CN202713164U

CN202713164U - 一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源

Info

Publication number: CN202713164U
Application number: CN 201220408580
Authority: CN
Inventors: 张新华; 张若煜
Original assignee: University of Shaoxing
Current assignee: University of Shaoxing
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-08-17

Abstract

本实用新型公开一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，属于电源技术领域。包括整流模块、逆变模块、单片机、DSP、驱动模块、隔离变压器、电压检测模块、电流检测模块、报警模块和人机接口模块等。滤波后的直流电经过逆变模块后变成单相交流电输出到隔离变压器，不会造成三相电网不平衡，采用DSP和单片机双CPU结构，既能快速实现SPWM运算，又能跟多个接口单元进行通讯，使控制电路进一步简化，减少所述加热电源内部的故障率。采用非晶态合金环状铁心的隔离变压器，中高频响应特性理想，自身损耗小；具有故障诊断和报警功能，能在野外无人看守的情况下，保证加热电源的可靠性。

Description

一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源

技术领域

本实用新型涉及一种电源，特别是涉及一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源。

背景技术

稠油在我国地下石油储藏中占有相当的比例，尤其在我国的辽河油田及近年开发的西部油田中比例较高，它的特点是粘度大、凝固点高、流动性差，在常态下难以用传统方法开采和集输。经过多年研究，国内外稠油采集技术可分为化学方法、物理方法和生物方法三大类。前者污染环境问题难以解决，后者尚未达工业应用水平，目前稠油采集主要采用物理方法降稠, 除加柴油或煤油等稀释降粘外, 已实施工业应用并确有成效的物理方法是热采。

电热采是稠油热采的其中一种，电热采装置通常由四大部分构成：专用加热电源、空心抽油杆、空心抽油泵和加热电缆。早期是利用专用加热电源将空心抽油杆及抽油机整体作为一个负载加热，这样既解决了稠油在上抽举升过程中有可能重新冷凝而阻塞油管的问题，又实现了不间断连续采油，这是稠油热采技术的一大进步。

加热电源是稠油电热采技术装置的核心。目前，很多电热采井口电源十分简易，只是一个单相隔离变压器，将油田电网的中压电变为所需低压电后直接向井筒内供电。显然隔离变压器的输出是固定的，既不能灵活调压，更不能调频，也无法根据井口温度要求实现闭环控制。这种粗放的电加热方式电能利用率比较低，功率因数低，而且造成三相电网严重不平衡。

此外，因为稠油电热采加热电源常年置于野外，设备的可靠性及故障监测至关重要，目前的稠油电热采加热电源普遍不具故障诊断和报警功能，不能及时排除故障，使加热电源在工作过程中受到破坏性损害。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可灵活调节输出电压大小和频率、电能利用率高、不会干扰三相电网且具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源。

为了实现上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，包括整流模块、逆变模块、单片机、DSP、驱动模块、隔离变压器、电压检测模块、电流检测模块、报警模块和人机接口模块等。整流模块的输入端连接三相交流电，输出端连接逆变模块的输入端，逆变模块的输出端连接隔离变压器；电压检测模块和电流检测模块分别连接在整流模块和逆变模块之间，驱动模块的输出端连接逆变模块，输入端连接DSP，DSP和单片机双向连接，报警模块的输入端连接单片机的输出端，人机接口模块与单片机双向连接；所述隔离变压器采用非晶态合金环状铁心及高耐压大电流绕组。

整流模块和逆变模块之间还并联有一滤波电容，滤波电容的负极与整流模块之间串联有一限流电阻，在限流电阻的两侧并联有一继电器。限流电阻的作用是限制上电瞬间对滤波电容的充电电流，保护整流电路，当滤波电容充电结束后，继电器吸合，限流电阻短路，不再起作用。

电压检测模块位于滤波电容和逆变模块之间，两个输入端分别连接在滤波电容的两侧，采用高速霍尔电压传感器检测滤波整流后的电压大小。

电流检测模块的输入端连接在滤波电容的正极与逆变模块之间，采用高速霍尔电流传感器测量整流滤波后的电流大小。

所述DSP选用电机控制类的DSP芯片，本实用新型选用ADI公司的型号为ADMCF328的DSP芯片。

所述逆变模块采用正弦脉冲宽度调制（SPWM）技术进行逆变，选用IGBT模块，四个IGBT模块组成一个单相全桥逆变电路。

单片机用于人机接口模块、通讯及各种I/O接口控制。

报警模块采用声光报警，报警模块的输出端连接远程控制器。

三相交流电经过整流模块整流滤波后变成直流电，再经过大容量滤波电容，有效提高电源的功率因数，减少对电网的干扰。滤波后的直流电经过逆变模块后变成单相交流电输出到隔离变压器，这样就不会造成三相电网不平衡，再通过隔离变压器的变比，可以将输出电压提高到负载需要的上限。

通过DSP和驱动模块控制逆变模块的调制频率，使输出到隔离变压器的电压及频率任意可调，便于根据不同井深及负载参数实现最佳匹配；DSP作为逆变主控芯片，利用DSP的高速运算能力及其内部用于逆变控制的专用指令及算法来实现高速SPWM技术。单片机双向连接DSP和人机接口模块，控制人机界面、通讯及各种I/O接口，数字智能接口很容易实现温度闭环控制及网络监控。本实用新型采用DSP和单片机双CPU结构，既能快速实现SPWM运算，又能跟多个接口单元进行通讯，使控制电路进一步简化，减少所述加热电源内部的故障率。

电压检测模块和电流检测模块实时检测所述加热电源的电压和电流大小，并将数据发送给 DSP和单片机进行处理分析，当发送的数据异常，即加热电源出现过欠压、过载、短路、过热等故障时，单片机根据分析结果诊断出故障类型，对非损坏性故障进行自我恢复，而对损坏性故障则自动停机，并通过报警模块发出声光报警，报警模块同时也将故障信号通过RS485串口发送给远程控制器。通过上述故障诊断和报警处理模块，本实用新型所述的加热电源能在野外无人看守的情况下，保证加热电源的可靠性。

采用非晶态合金环状铁心的隔离变压器，中高频响应特性理想，自身损耗小，特别适合中频变压，中频输出能在加热体上产生良好的集肤效应，电热转换效率更高。

以下结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细描述。

附图说明

图1为本实施例的稠油电热采加热电源的控制原理图。

具体实施方式

一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，包括整流模块1、逆变模块2、隔离变压器3、驱动模块4、DSP5、单片机6、人机接口模块7、电流检测模块8、电压检测模块9和报警模块10等。整流模块1的输入端连接三相交流电，输出端连接逆变模块2的输入端，逆变模块2的输出端连接隔离变压器3；电压检测模块9和电流检测模块8分别连接在整流模块1和逆变模块2之间，驱动模块4的输出端连接逆变模块2，输入端连接DSP5，DSP5和单片机6双向连接，报警模块10的输入端连接单片机6的输出端，人机接口模块7与单片机6双向连接；所述隔离变压器3采用非晶态合金环状铁心及高耐压大电流绕组。

整流模块1和逆变模块2之间还并联有一滤波电容C，滤波电容C的负极与整流模块1之间串联有一限流电阻R，在限流电阻R的两侧并联有一继电器K。限流电阻R的作用是限制所述加热电源上电瞬间对滤波电容C的充电电流，保护整流电路，当滤波电容C充电结束后，继电器K吸合，限流电阻R短路，不再起作用。

电压检测模块9位于滤波电容C和逆变模块2之间，两个输入端分别连接在滤波电容C的两侧，采用高速霍尔电压传感器检测滤波整流后的电压大小。

电流检测模块8的输入端连接在滤波电容C的正极与逆变模块2之间，采用高速霍尔电流传感器测量整流滤波后的电流大小。

所述DSP5选用电机控制类的DSP芯片，本实用新型选用ADI公司的ADMCF328。

所述逆变模块2采用正弦脉冲宽度调制（SPWM）技术进行逆变，选用IGBT模块，四个IGBT模块组成一个单相全桥逆变电路，本实施例选用德国EUPEC公司型号为BSM600GA120DLC。

单片机6用于人机接口模块7、通讯及各种I/O接口控制。

报警模块10采用声光报警，报警模块10的输出端连接远程控制器。

三相交流电经过整流模块1整流滤波后变成直流电，再经过大容量滤波电容C，有效提高电源的功率因数，减少对电网的干扰。滤波后的直流电经过逆变模块2后变成单相交流电输出到隔离变压器3，这样就不会造成三相电网不平衡，再通过隔离变压器3的变比，可以将输出电压提高到负载需要的上限。

通过DSP5和驱动模块4控制逆变模块2的调制频率，使输出到隔离变压器3的电压及频率任意可调，便于根据不同井深及负载参数实现最佳匹配；DSP5作为逆变主控芯片，利用DSP5的高速运算能力及其内部用于逆变控制的专用指令及算法来实现高速SPWM技术。单片机6双向连接DSP5和人机接口模块7，控制人机界面、通讯及各种I/O接口，数字智能接口很容易实现温度闭环控制及网络监控。本实用新型采用DSP5和单片机6双CPU结构，既能快速实现SPWM运算，又能跟多个接口单元进行通讯，使控制电路进一步简化，减少所述加热电源内部的故障率。

电压检测模块9和电流检测模块8实时检测所述加热电源的电压和电流大小，并将数据发送给 DSP5和单片机6进行处理分析，当发送的数据异常，即加热电源出现过欠压、过载、短路、过热等故障时，单片机6根据分析结果诊断出故障类型，对非损坏性故障进行自我恢复，而对损坏性故障则自动停机，并通过报警模块10发出声光报警，报警模块10同时也将故障信号通过RS485串口发送给远程控制器11。通过上述故障诊断和报警处理模块，本实用新型所述的加热电源能在野外无人看守的情况下，保证加热电源的可靠性。

采用非晶态合金环状铁心的隔离变压器3，中高频响应特性理想，自身损耗小，特别适合中频变压，中频输出能在加热体上产生良好的集肤效应，电热转换效率更高。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims

1.一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，其特征在于：包括整流模块、逆变模块、单片机、DSP、驱动模块、隔离变压器、电压检测模块、电流检测模块、报警模块和人机接口模块；整流模块的输入端连接三相交流电，输出端连接逆变模块的输入端，逆变模块的输出端连接隔离变压器；电压检测模块和电流检测模块分别连接在整流模块和逆变模块之间，驱动模块的输出端连接逆变模块，输入端连接DSP，DSP和单片机双向连接，报警模块的输入端连接单片机的输出端，人机接口模块与单片机双向连接；所述隔离变压器采用非晶态合金环状铁心及高耐压大电流绕组。

2.如权利要求1所述的一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，其特征在于：整流模块和逆变模块之间还并联有一滤波电容，滤波电容的负极与整流模块之间串联有一限流电阻，在限流电阻的两侧并联有一继电器。

3.如权利要求1所述的一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，其特征在于：电压检测模块位于滤波电容和逆变模块之间，两个输入端分别连接在滤波电容的两侧，采用高速霍尔电压传感器检测滤波整流后的电压大小。

4.如权利要求1所述的一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，其特征在于：电流检测模块的输入端连接在滤波电容的正极与逆变模块之间，采用高速霍尔电流传感器测量整流滤波后的电流大小。

5.如权利要求1所述的一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，其特征在于：所述DSP选用电机控制类DSP芯片。

6.如权利要求5所述的一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，其特征在于：所述DSP选用ADI公司型号为ADMCF328的DSP芯片。

7.如权利要求1所述的一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，其特征在于：所述逆变模块采用正弦脉冲宽度调制技术进行逆变。

8.如权利要求7所述的一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，其特征在于：所述逆变模块选用IGBT模块，四个IGBT模块组成一个单相全桥逆变电路。

9.如权利要求1所述的一种具有故障诊断和报警功能的稠油电热采加热电源，其特征在于：报警模块采用声光报警，报警模块的输出端连接远程控制器。