CN110043481A - 一种潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置，包括高压检测模块、抗干扰处理模块、低压信号提取模块、单片机信号处理模块、输出执行模块、电源模块；其中：所述的高压检测模块连接潜油电泵控制柜高压输出端，检测到的反转信号经抗干扰处理模块进行干扰信号处理，之后低压信号提取模块提取信号，传递给嵌入式单片机，嵌入式单片机对有效信号进行分解、提取、处理、分析，最后输出执行模块将输出指令给电泵控制柜继电器，继电器的常开触点断开启动按钮连接线，使机组不能启动。该装置安装到潜油无杆泵控制柜中，与启动回路进行连锁，可以检测到潜油电泵机组反转并在反转结束前阻止手动或者自动启动。有效保护机组安全和防止电网越级跳闸。

Description

一种潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置

技术领域

本发明涉及采油设备控制技术领域，具体是一种潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置。

背景技术

目前在国内外大排量采油中广泛应用潜油电泵机组进行采油，潜油电泵机组井在大排量采油中占有举足轻重的作用，潜油电泵机组属于潜油无杆采油设备的一种，具有投入成本高，管理难度大等特点。

大量正常运行的潜油电泵机组由于管理因素正常停机后，再重新开机，可能会出现机组绝缘损坏或断轴等事故，造成潜油电泵机组损坏躺井，需重新作业更换新机组，给油田采油造成巨大产量和经济损失。潜油电泵机组损坏的直接原因很长时间一直困扰着油田管理者。

经过长时间对损坏机组的观察研究发现，潜油电泵机组损坏的一个主要原因是因为潜油电泵井管柱单流阀装置缺失或失效。单流阀位于管柱结构中潜油电泵机组上部，停井后地面流程和管柱中的井液由于重力作用向下流淌，液体施加到叶轮上一个反向力，造成机组长时间高速反向旋转。若此时现场人员再开机，就会出现地面电源电压与机组高速反转感应电动势叠加，瞬间造成机组形成短路电流，对机组的绝缘和电缆的绝缘造成损坏；或造成地面电气控制设备越级跳闸等事故，造成大面积停电停井。或由于启动时的巨大转矩与机组反转时的动能叠加，造成机组瞬间断轴，导致机组无法再正常运行。

潜油电泵机组深潜地下，又是无杆采油设备，地面无法直观观测潜油电泵机组的转向。潜油电泵机组工作电压一般在800V-4000V之间。反转后期600~200转时的感应电势在0.5V以下。要求检测保护装置既能在线承受几千伏的高压，又能检查低于0.5V的信号，常规的检测手段无法实现。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提出一种通过检测到潜油电泵机组反转并在反转结束前阻止手动或者自动启动，从而有效保护机组安全和防止电网越级跳闸的潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置（以下简称防反转再启动保护装置）。

其采用的技术方案如下：

一种潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置，包括高压检测模块、抗干扰处理模块、低压信号提取模块、单片机信号处理模块、输出执行模块、电源模块；其中：所述的高压检测模块连接潜油电泵控制柜高压输出端，检测到的反转信号经抗干扰处理模块进行干扰信号处理，之后低压信号提取模块提取信号，传递给嵌入式单片机，嵌入式单片机对有效信号进行分解、提取、处理、分析，最后输出执行模块将输出指令给电泵控制柜继电器，继电器的常开触点断开启动按钮连接线，使机组不能启动。

上述方案进一步包括：

电源模块通过电源模块电路和电容连接控制柜电源后输出直流电压，接地端子必须可靠接地。

高压检测模块的高压连接部分由三条高压线和降压电阻和取样电阻组成。

抗干扰处理模块由电阻和放大器组成。

低压信号提取模块由滤波模块组成

还包括两个指示灯，一个是电源电压指示，另一个是反转状态指示。

本发明具有以下技术效果：

本发明通过检测电机反转时的电压和相序，采用嵌入式单片机技术和高电压精确检测技术，实现对潜油无杆采油设备的转向进行在线实时监测，有效避免机组反转时再启动造成机组损坏事故，能有效延长潜油无杆采油设备寿命，起到节能、减排、降耗的目的。

进一步的，本发明通过实时在线检测分析潜油电泵反转时的电压和相序确定电机是否处于反向旋转状态，开关量输出与控制柜控制回路联锁，保证电机反转时控制柜不能重新再启动，直至电机停止运转后方能重新启动。并对反转信息进行指示灯警示或进行信号远传。

更进一步的，本发明的核心是通过高电压精确检测技术对高压回路进行低电压分解分析确定电机转向。潜油电泵机组工作电压一般在800V-4000V之间。反转时的感应电压在50V-0.5V以下。本发明需要实时在线连接到高压回路中，既能承受5kV的高压，又能检测分析0.5V以下的反转感应电压和相序分量。由于主回路中的强电干扰非常强，干扰电压不止1V。常规的电压检测方法无法现实毫伏级的检测。本发明通过嵌入式单片机对有效信号进行分解、提取、处理、分析，以判断机组是否处于反转状态。并输出开关量与控制回路联锁，避免潜油电泵机组反转时再启动，有效延长了机组的使用寿命，给油田带来可观的经济效益。

附图说明

附图1是本发明一种总体线路框图；

附图2是本发明的电路原理图；

附图3 是潜油电泵控制柜加装本发明防反转再启动保护装置的改造图；

附图4是本发明的单片机处理模块测试曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参照附图1-3，一种潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置，包括高压检测模块、抗干扰处理模块、低压信号提取模块、单片机信号处理模块、输出执行模块、电源模块。其中：

所述的高压检测模块连接潜油电泵控制柜高压输出端，检测到的反转信号经抗干扰处理模块进行干扰信号处理，之后低压信号提取模块提取信号，传递给嵌入式单片机，嵌入式单片机对有效信号进行分解、提取、处理、分析，最后输出执行模块将输出指令给电泵控制柜继电器，继电器的常开触点断开启动按钮连接线，使机组不能启动。当电机停转后，继电器的常开触点闭合，此时可以启动机组。

进一步的，高压检测模块的高压连接部分由三条高压线组成，这三条高压线直接和接触器三相电压输出端连接，此高压连接额定最高5000伏AC。电源模块取自控制柜内部110V电源，接地端子必须可靠接地。

更进一步的，潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置还包括两个指示灯，一个是电源电压指示，另一个是反转状态指示。可以让现场操作人员直观的看到电泵机组反转状态。

实施例2

参照附图1，一种潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置，包括高压检测模块1、抗干扰处理模块2、低压信号提取模块3、单片机信号处理模块4、输出执行模块5、电源模块6。

参照附图2，电源模块5通过电源模块电路U4和电容C5/C6/C7取自控制柜内部100-265V电源后输出+12，接地端子必须可靠接地。高压检测模块1的高压连接部分由三条高压线和降压电阻R11、R21、R31和取样电阻R1、R2、R3组成，经过电阻R50/R51/R59、R52/R53/R61、R54/R55/R60和放大器U1A、U1B、U1C组成的抗干扰处理模块2进行干扰信号处理，之后低压信号进入滤波模块U2组成的低压信号提取模块3提取信号，传递给嵌入式单片机U3组成的单片机信号处理模块4，嵌入式单片机对有效信号进行分解、提取、处理、分析，最后输出执行模块将输出指令给电泵控制柜继电器K1，继电器K1的常开触点断开启动按钮连接线，使机组不能启动。当电机停转后，继电器K1的常开触点闭合，此时可以启动机组。

进一步的，潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置还包括两个指示灯，一个是电源电压指示灯V2，另一个是反转状态指示灯V1。可以让现场操作人员直观的看到电泵机组反转状态。

现场应用实例

埕岛油田位于渤海湾南部浅海海域，隶属于中国石化胜利油田，年产原油336万吨，是国内最大的浅海采油油田。该装置在胜利油田埕岛海上潜油电泵井得到较广泛的应用，效果较好。近年来，埕岛油田海上潜油电泵井因电泵停井后反转状态再启动导致井下机组故障和大面积停井事故大幅减少，为企业避免了大量的经济和产量损失，年节约电泵井维护费用约500万元，减少原油产量损失1000t。

现场实例：CB248A-7潜油电泵井井下单流阀装置缺失，分析认为该井停井后井下潜油电泵机组反转。通过控制柜改造，加入本发明的防反转再启动保护装置试验。改造原理图详见附图3和效果图4。

该井停井后，防反转再启动保护装置立刻检测的到反转电压，指示灯亮，继电器的常开触点断开启动按钮连接线，机组不能启动。当电机停转后，继电器的常开触点闭合，启动机组正常。

本技术可通过技术转化为产品，安装到潜油无杆泵控制柜中，与启动回路进行连锁。避免机组反转时再启动。具有可观的经济效益。潜油无杆采油泵防反转再启动保护装置用于需要检测泵反转的装有潜油电泵的油井或采水井。当电机急停或者关停的时候，地面流程或油管里面的液体因为要流回井下会引起泵/电机反转。如果电机在这时开启，会引起设备损坏。潜油无杆采油泵防反转再启动保护装置可以检测到反转并在反转结束前阻止手动或者自动启动。

Claims (6)

1.一种潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置，包括高压检测模块、抗干扰处理模块、低压信号提取模块、单片机信号处理模块、输出执行模块、电源模块；其特征在于：所述的高压检测模块连接潜油电泵控制柜高压输出端，检测到的反转信号经抗干扰处理模块进行干扰信号处理，之后低压信号提取模块提取信号，传递给嵌入式单片机，嵌入式单片机对有效信号进行分解、提取、处理、分析，最后输出执行模块将输出指令给电泵控制柜继电器，继电器的常开触点断开启动按钮连接线，使机组不能启动。

2.根据权利要求1所述的潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置，其特征在于：电源模块通过电源模块电路和电容连接控制柜电源后输出直流电压，接地端子必须可靠接地。

3.根据权利要求1或2所述的潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置，其特征在于：高压检测模块的高压连接部分由三条高压线和降压电阻和取样电阻组成。

4.根据权利要求3所述的潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置，其特征在于：抗干扰处理模块由电阻和放大器组成。

5.根据权利要求4所述的潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置，其特征在于：低压信号提取模块由滤波模块组成。

6.根据权利要求3所述的潜油无杆采油设备防反转再启动保护装置，其特征在于：还包括两个指示灯，一个是电源电压指示，另一个是反转状态指示。