CN105429119B - 一种潜油电泵测试系统的过流保护方法及装置 - Google Patents

一种潜油电泵测试系统的过流保护方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种潜油电泵测试系统的过流保护方法及装置。本发明是在井下的潜油电泵与地面的测试设备之间的供电总线接入一个过流保护装置；当潜油电泵的供电电流超过设定值时，通过过流保护装置将供电电流限制在设定范围内。本发明在监测到电泵电机供电电缆由于高压击穿或井下腐蚀性液体或气体侵蚀出现短路时能及时保护整个系统不被二次损坏，响应时间快。采用闭环控制，能在故障消除后及时恢复线路正常工作状态。本发明对供电和通讯系统无干扰。控制灵活性强。根据不同系统或环境的需要，只需调整取样电阻阻值大小即能实现电流阈值的控制。

Description

一种潜油电泵测试系统的过流保护方法及装置
技术领域
本发明涉及一种潜油电泵测试系统的过流保护方法及装置，属于井下设备及仪器的过载保护技术领域。
背景技术
井下设备及仪器与地面的数据通讯通常采用为井下仪器提供电源的铠装电缆完成，具体方法是将包含有数据信息的载波信号加载到铠装电缆的芯线上，由铠装电缆同时完成井下仪器的供电和数据传送任务。由于潜油电泵通常工作在地下4000米以下的深部地层，其供电电缆电压高达数千伏，潜油电泵在井下被高压高温腐蚀性液体或气体侵蚀，工作环境相当恶劣，供电电缆被高压击穿的危险随时存在。因此需要研究出一种方法及装置，以确保供电电缆被击穿或设备本身发生故障时，能够保护整个系统不会遭到二次损坏。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种潜油电泵测试系统的过流保护方法及装置,以防井下设备及仪器出现故障或供电电缆被击穿时，能够及时切断供电电源，避免供电和接收设备免受二次损坏，防止扩大故障范围，从而克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明的一种潜油电泵测试系统的过流保护方法为，该方法是在井下的潜油电泵与地面的测试设备之间的供电总线接入一个过流保护装置；当潜油电泵的供电电流超过设定值时，通过过流保护装置将供电电流限制在设定范围内。
前述方法中，所述过流保护装置包括MOS管和取样电阻R4，MOS管的两个开关电极与取样电阻R4串联后串接在潜油电泵供电总线上；取样电阻R4用于感应供电总线上的电流变化，MOS管的两个开关电极在MOS管控制极的作用下控制供电总线电流。
前述方法中，所述MOS管的两个开关电极分别为漏极和源极；取样电阻R4与MOS管源极连接的节点与运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的同相输入端与钳位二极管V1的正极连接，钳位二极管V1的负极与取样电阻R4另一端连接；当电源总线电流超过设定值时，取样电阻R4两端的电压大于钳位二极管V1两端的电压，使得运算放大器的同相输入端电位低于反相输入端电位，运算放大器的输出端输出低电平，运算放大器的输出端经限流电阻R3与MOS管的控制极连接，使MOS管逐渐截止从而将环路电流限制在设定范围内。
前述方法中，所述MOS管采用高VBR提高过流保护装置的电压适应范围，MOS管采用低RDS的MOS管使该过流保护装置接入后不会对原电路造成较大影响；MOS管的型号为IRFI720GPBF。
前述方法中，所述钳位二极管V1选用型号为1N4448的低压降二极管，以降低负载波动对过流保护装置的影响；同时取样电阻R4的阻值为不大于20欧姆的小阻值电阻，以减小取样电阻R4对供电电路的影响。
前述方法中，所述钳位二极管V1的负极经调节电阻R2与潜油电泵供电总线正极连接；通过改变调节电阻R2的阻值设定供电总线允许通过的最大电流值。
前述方法中，所述运算放大器由稳压管V2、功率电阻R1和滤波电容C1构成的稳压电路提供电源；滤波电容C1采用高压无极性电容，功率电阻R1采用大功率阻燃电阻；以确保过流保护装置的供电可靠性。
根据上述方法构成的本发明的一种潜油电泵测试系统的过流保护装置为，该装置包括位于地面的测试设备和位于井下的潜油电泵，测试设备与潜油电泵之间经供电总线连接，供电总线包括供电电缆+V和回馈电缆-V；在回馈电缆-V上串联有由供电电缆+V提供工作电源的过流保护装置。
前述装置中，所述过流保护装置包括串接在回馈电缆-V上的取样电阻R4和MOS管，MOS管的漏极与潜油电泵一端的回馈电缆-V’连接，MOS管源极与取样电阻R4一端连接，取样电阻R4另一端与测试设备一端的回馈电缆-V连接；MOS管源极与取样电阻R4的连接点与运算放大器的反相输入端4连接，运算放大器的同相输入端3与钳位二极管V1正极连接，钳位二极管V1负极与取样电阻R4另一端连接，运算放大器输出端1经限流电阻R3与MOS管栅极连接。
前述装置中，所述钳位二极管V1负极与稳压管V2正极连接，稳压管V2负极与功率电阻R1一端连接，功率电阻R1另一端与供电电缆+V连接，稳压管V2两端并联有滤波电容C1；稳压管V2负极与运算放大器电源端5连接，运算放大器公共端2与钳位二极管V1负极连接；钳位二极管V1正极经调节电阻R2与稳压管V2负极连接。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明在监测到电泵电机供电电缆由于高压击穿或井下腐蚀性液体或气体侵蚀出现短路时能及时保护整个系统不被二次损坏，响应时间快。本发明采用闭环控制，能在故障消除后及时恢复线路正常工作状态。本发明对供电和通讯系统无干扰，控制灵活性强。本发明根据不同系统或环境的需要，只需调整取样电阻阻值大小即能实现电流阈值的控制。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明过流保护装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
本发明的一种潜油电泵测试系统的过流保护方法，如图1所示：该方法是在井下的潜油电泵与地面的测试设备之间的供电总线接入一个过流保护装置；当潜油电泵的供电电流超过设定值时，通过过流保护装置将供电电流限制在设定范围内。过流保护装置如图2所示，包括MOS管和取样电阻R4，MOS管的两个开关电极与取样电阻R4串联后串接在潜油电泵供电总线上；取样电阻R4用于感应供电总线上的电流变化，MOS管的两个开关电极在MOS管控制极的作用下控制供电总线电流。MOS管的两个开关电极分别为漏极和源极；取样电阻R4与MOS管源极连接的节点与运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的同相输入端与钳位二极管V1的正极连接，钳位二极管V1的负极与取样电阻R4另一端连接；当电源总线电流超过设定值时，取样电阻R4两端的电压大于钳位二极管V1两端的电压，使得运算放大器的同相输入端电位低于反相输入端电位，运算放大器的输出端输出低电平，运算放大器的输出端经限流电阻R3与MOS管的控制极连接，使MOS管逐渐截止从而将环路电流限制在设定范围内。MOS管采用高击穿电压VBR提高过流保护装置的电压适应范围，MOS管采用低导通电阻RDS的MOS管使该过流保护装置接入后不会对原电路造成较大影响；MOS管的型号为IRFI720GPBF。钳位二极管V1选用型号为1N4448的低压降二极管，以降低负载波动对过流保护装置的影响；同时取样电阻R4的阻值为不大于20欧姆的小阻值电阻，以减小取样电阻R4对供电电路的影响。钳位二极管V1的负极经调节电阻R2与潜油电泵供电总线正极连接；通过改变调节电阻R2的阻值设定供电总线允许通过的最大电流值。运算放大器由稳压管V2、功率电阻R1和滤波电容C1构成的稳压电路提供电源；滤波电容C1采用高压无极性电容，功率电阻R1采用大功率阻燃电阻；以确保过流保护装置的供电可靠性。
根据上述方法构成的本发明的一种潜油电泵测试系统的过流保护装置，如图1所示，该装置包括位于地面的测试设备和位于井下的潜油电泵，测试设备与潜油电泵之间经供电总线连接，供电总线包括供电电缆+V和回馈电缆-V；在回馈电缆-V上串联有由供电电缆+V提供工作电源的过流保护装置。所述过流保护装置如图2所示，包括串接在回馈电缆-V上的取样电阻R4和MOS管，MOS管的漏极与潜油电泵一端的回馈电缆-V’连接，MOS管源极与取样电阻R4一端连接，取样电阻R4另一端与测试设备一端的回馈电缆-V连接；MOS管源极与取样电阻R4的连接点与运算放大器的反相输入端4连接，运算放大器的同相输入端3与钳位二极管V1正极连接，钳位二极管V1负极与取样电阻R4另一端连接，运算放大器输出端1经限流电阻R3与MOS管栅极连接。钳位二极管V1负极与稳压管V2正极连接，稳压管V2负极与功率电阻R1一端连接，功率电阻R1另一端与供电电缆+V连接，稳压管V2两端并联有滤波电容C1；稳压管V2负极与运算放大器电源端5连接，运算放大器公共端2与钳位二极管V1负极连接；钳位二极管V1正极经调节电阻R2与稳压管V2负极连接。
实施例
本例的原理框图如图1所示，是在井下的潜油电泵与地面的测试设备之间的供电总线接入一个过流保护装置；当潜油电泵的供电电流超过设定值时，通过过流保护装置将供电电流限制在设定范围内。过流保护装置的具体电路如图2所示，电路由取样电阻R4、钳位二极管V1、MOS管及低功率运算放大器组成限流控制电路。该电路允许通过的最大电流值为钳位二极管V1的正向导通电压除以取样电阻R4的阻值。功率电阻R1和稳压管V2及滤波电容C1构成稳压电路，在供电总线的供电电缆+V上取电实现对运算放大器供电。当检测到总线电流小于设计电流时，运算放大器输出高电平，使MOS管完全导通，整个系统正常工作；当检测到总线电流超过设定允许值时，控制环路在取样电阻R4上电压因为超过钳位二极管V1的钳位电压，运算放大器输出低电平，使MOS管逐渐截止，从而使得环路电流被限制在设定范围内。
本电路的创新点主要有以下几个方面：
1)采用低压降二极管作为钳位二极管V1，钳位二极管V1的正向导通电压作为限流参考门限电压。避免负载波动影响，同时降低取样电阻R4阻值，减小连接该限流保护电后对原电路的影响。
2)利用系统的高压供电回路取电给系统过流保护电路供电，由功率电阻R1和稳压管V2及滤波电容C1构成稳压电路。滤波电容C1必须采用高压无极性电容，功率电阻R1为一定功率的防火电阻。
3)采用高VBR和低RDS的MOS管实现电流的关断控制。高VBR可使该电路具有宽电压工作能力；低RDS可使该电路接入后不对原电路造成大的影响。
本发明中不但可用于潜油电泵的保护，也可以应用了其它井下设备及仪器的保护。

Claims (2)

1.一种潜油电泵测试系统的过流保护方法，其特征在于：该方法是在井下的潜油电泵与地面的测试设备之间的供电总线接入一个过流保护装置；当潜油电泵的供电电流超过设定值时，通过过流保护装置将供电电流限制在设定范围内；过流保护装置包括MOS管和取样电阻R4，MOS管的两个开关电极与取样电阻R4串联后串接在潜油电泵供电总线上；取样电阻R4用于感应供电总线上的电流变化，MOS管的两个开关电极在MOS管控制极的作用下控制供电总线电流；MOS管的两个开关电极分别为漏极和源极；取样电阻R4与MOS管源极连接的节点与运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的同相输入端与钳位二极管V1的正极连接，钳位二极管V1的负极与取样电阻R4另一端连接；当电源总线电流超过设定值时，取样电阻R4两端的电压大于钳位二极管V1两端的电压，使得运算放大器的同相输入端电位低于反相输入端电位，运算放大器的输出端输出低电平，运算放大器的输出端经限流电阻R3与MOS管的控制极连接，使MOS管逐渐截止从而将环路电流限制在设定范围内；MOS管采用高击穿电压VBR提高过流保护装置的电压适应范围，MOS管采用低导通电阻RDS的MOS管使该过流保护装置接入后不会对原电路造成较大影响；所述MOS管的型号为IRFI720GPBF；钳位二极管V1选用型号为1N4448的低压降二极管，以降低负载波动对过流保护装置的影响；同时取样电阻R4的阻值为不大于20欧姆的小阻值电阻，以减小取样电阻R4对供电电路的影响；钳位二极管V1的正极经调节电阻R2与潜油电泵供电总线正极连接；通过改变调节电阻R2的阻值设定供电总线允许通过的最大电流值；运算放大器由稳压管V2、功率电阻R1和滤波电容C1构成的稳压电路提供电源；滤波电容C1采用高压无极性电容，功率电阻R1采用大功率阻燃电阻；以确保过流保护装置的供电可靠性。
2.一种根据权利要求1所述方法构成的潜油电泵测试系统的过流保护装置，包括位于地面的测试设备和位于井下的潜油电泵，测试设备与潜油电泵之间经供电总线连接，供电总线包括供电电缆+V和回馈电缆-V；其特征在于：在回馈电缆-V上串联有由供电电缆+V提供工作电源的过流保护装置；过流保护装置包括串接在回馈电缆-V上的取样电阻R4和MOS管，MOS管的漏极与潜油电泵一端的回馈电缆-V’连接，MOS管源极与取样电阻R4一端连接，取样电阻R4另一端与测试设备一端的回馈电缆-V连接；MOS管源极与取样电阻R4的连接点与运算放大器的反相输入端（4）连接，运算放大器的同相输入端（3）与钳位二极管V1正极连接，钳位二极管V1负极与取样电阻R4另一端连接，运算放大器输出端（1）经限流电阻R3与MOS管栅极连接；钳位二极管V1负极与稳压管V2正极连接，稳压管V2负极与功率电阻R1一端连接，功率电阻R1另一端与供电电缆+V连接，稳压管V2两端并联有滤波电容C1；稳压管V2负极与运算放大器电源端（5）连接，运算放大器公共端（2）与钳位二极管V1负极连接；钳位二极管V1正极经调节电阻R2与稳压管V2负极连接。
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