CN209510304U - 新型井下高压电缆绝缘状态单相与多相分辨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型井下高压电缆绝缘状态单相与多相分辨装置，外围转换电路由三相变压器T0、熔断器FU0和外置分压电阻R0组成，内部电路包括PCB电源板、PCB控制板、通讯模块CM、触摸屏HMI和开关K0，其中PCB控制板由采样电路、基准电路、频率电路、电压电路和CPU模块电路组成。由于本实用新型对电泵系统中运行设备电缆是单相或多相的绝缘状况进行动态实时监测，可提高潜油电泵相关设备绝缘故障判断准确性，实现对潜油电泵的保护，从而延长电机的使用寿命，确保油井合理开采，及时发现隐患，并提前合理安排维修支持，为井下潜油电泵工作提供一项重要预警，适用于3.0K伏及以下的一拖一潜油电泵系统高压电缆。

Description

新型井下高压电缆绝缘状态单相与多相分辨装置

技术领域

本实用新型属于电力电子领域，涉及一种新型井下高压电缆绝缘状态单相与多相分辨装置，用于动态测量三相高压电缆总的绝缘值和分辨出电缆单相绝缘不良或多相绝缘不良的设备。

背景技术

潜油电泵作为采油行业的重要设备已经广泛的应用于各大油田,目前潜油电泵高压电缆绝缘电阻测量是在潜油电泵停机的状态下采用绝缘摇表进行测量及动态绝缘监测仪进行测量，随着电力电子器件的蓬勃发展，电力电子设备应用越来越广泛，绝缘电阻始终作为衡量电力电子设备绝缘性能好坏的重要参数之一，但是单一的绝缘阻值已不能完全反映井下电泵的工作状况，可以在有绝缘阻值的基础上，把高压电缆单相与多相绝缘不良的状况真实有效的反应出来越发的重要。潜油电泵系统供电电源通常为中性点不接地系统，电缆单相对地绝缘为零情况下，有可能能够长时间工作，而一旦出现两相或多相对地绝缘为零才会影响电泵运行。

发明内容

本实用新型所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种新型井下高压电缆绝缘状态单相与多相分辨装置,在潜油电泵工作时，提供井下高压电缆在线绝缘状态单相或多相的判断，用户使用方便、可靠。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

依据本实用新型提供的一种新型井下高压电缆绝缘状态单相与多相分辨装置，包括外围转换电路和内部电路，所述的外围转换电路由三相变压器T0、熔断器FU0和外置分压电阻R0组成，三相变压器T0的输入端经熔断器FU0与三相高压电缆串接，三相变压器T0输出端与外置分压电阻R0串接；内部电路包括PCB电源板、PCB控制板、通讯模块CM、触摸屏HMI和开关K0，其中PCB控制板由采样电路、基准电路、频率电路、电压电路和CPU模块电路组成；信号源输入电阻Rd与外置分压电阻R0串接，信号源输入电阻Rd与采样电路两端并接，信号源输入电阻Rb与基准比例电阻Ra串接，信号源输入电阻Rb与基准电路两端并接，采样电路、基准电路、频率电路、电压电路通过数据线分别连接CPU模块电路的输入端，CPU模块电路的输出端通过数据线连接通讯模块CM，通讯模块CM连接触摸屏HMI，PCB控制板的接地端子E0线连接钻井平台地；设备供电源采用110-220伏宽范围供电，供电源连接开关K0，开关K0与PCB电源板连接。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案进一步实现：

前述的采样电路由信号源输入电阻Rd一端连接外置分压电阻R0输出端，信号源输入电阻Rd的另一端与PCB控制板的GND连接；信号源输入电阻Rd与二极管D1并联后，再与电阻R21一端串联，电阻R21另一端分别与电容C17、电容C10并联后，再与耦合UIB输入前级脚5串联，耦合UIB的脚6连接电阻R22一端，电阻R22另一端连接耦合UIB的输出端脚7；耦合UIB输出端脚7与电阻R14、电阻R33串联，电阻R33再与电阻R25、电容C34、二极管D8并联;

前述的基准电路由信号源输入电阻Rb一端连接电阻Ra，另一端与PCB控制板GND连接；信号源输入电阻Rb与二极管D2并联后，再与电阻R23一端串联，电阻R23另一端与电容C18并联后，再与耦合UIB输入前级脚5串联，电阻R24一端连接耦合UIB的脚6，电阻R24另一端连接耦合UIB的输出端脚7，耦合UIB输出端脚7与电阻R15、电阻R34串联,电阻R34再与电阻R26、二极管D5并联。

本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果：

由于本实用新型对电泵系统中运行设备电缆是单相或多相的绝缘状况进行动态实时监测，可以大大提高潜油电泵相关设备绝缘故障判断准确性，实现对潜油电泵的保护，从而延长电机的使用寿命，确保油井合理开采，及时发现隐患，并提前合理安排维修支持，为井下潜油电泵工作提供一项重要预警。

本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1为本实用新型的外围转换电路图；

图2为本实用新型的内部电路图；

图3为本实用新型PCB控制板的采样电路图;

图3a为本实用新型的采样电路的独立直流信号源与独立交流信号源物理模型图；

图3b为本实用新型的采样电路的等效独立直流信号源与等效独立交流信号源物理模型图；

图3c为本实用新型的采样电路叠加后的等效脉冲直流信号物理模型图；

图3d为本实用新型的采样电路的有效的等效脉冲直流信号图；

图4为本实用新型PCB控制板的基准电路图。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1～2所示的一种新型井下高压电缆绝缘状态单相与多相分辨装置，包括外围转换电路和内部电路，所述的外围转换电路由三相变压器T0、熔断器FU0和外置分压电阻R0组成，三相变压器T0的输入端经熔断器FU0与三相高压电缆串接，三相变压器T0输出端与外置分压电阻R0串接；内部电路包括PCB电源板、PCB控制板、通讯模块CM、触摸屏HMI和开关K0，其中PCB控制板由采样电路、基准电路、频率电路、电压电路和CPU模块电路组成；信号源输入电阻Rd与外置分压电阻R0串接，信号源输入电阻Rd与采样电路两端并接，信号源输入电阻Rb与基准比例电阻Ra串接，信号源输入电阻Rb与基准电路两端并接，采样电路、基准电路、频率电路、电压电路通过数据线分别连接CPU模块电路的输入端，CPU模块电路的输出端通过数据线连接通讯模块CM，通讯模块CM连接触摸屏HMI，PCB控制板的接地端子E0线连接钻井平台地；设备供电源采用110-220伏宽范围供电，供电源连接开关K0，开关K0与PCB电源板连接。

采样电路是数据收集核心电路，主要处理信号；基准电路为计算模型提供基准；频率电路用来捕获交流信号的动态频率；电压电路用来捕获T0高压侧电压；CPU模块用来进行数据的算法处理，为整个电路的软件核心。

当有供电源供电，开关K0闭合，外围转换电路的信号源包括基波直流信号与载波交流信号同时经过外置分压电阻R0流入PCB控制板内的信号源输入电阻Rd，经PCB控制板电路处理提取后流出PCB控制板，到达GND端，完成信号回路。

PCB控制板处理过的数据通过CPU模块电路输出到通讯模块CM(communicationmodule)和触摸屏HMI，完成数据的输出。

供电源开关关闭后，PCB电源板产生不同电压等级4组直流电源，其中一组为图2的POWER，此POWER供电电路由2个支路组成，图2中Sig0和GND为节点。

支路1电流方向为：Sig0节点--基准比例电阻Ra--信号源输入电阻Rb--GND节点--GND。

支路2电流方向为（结合图1）：Sig0节点--钻井平台地--绝缘电阻RX--T0中性点--R0外置分压电阻--信号源输入电阻Rd--GND节点--GND。

（其中：RX是电缆的绝缘电阻）

在结合欧姆定律后：RX=((Vb/Vd)-1)*1000

其中：电压Vb与电压Vd为对应信号源输入电阻Rb与信号源输入电阻Rd的电压。

但是以上模型中电压Vd只适用电路中直流信号，当有交流载波信号进入信号源输入电阻Rd时，采样电路工作。

如图3所示的采样电路由信号源输入电阻Rd一端连接外置分压电阻R0输出端，信号源输入电阻Rd的另一端与PCB控制板的GND连接；信号源输入电阻Rd与二极管D1并联后，再与电阻R21一端串联，电阻R21另一端分别与电容C17、电容C10并联后，再与耦合UIB输入前级脚5串联，耦合UIB的脚6连接电阻R22一端，电阻R22另一端连接耦合UIB的输出端脚7；耦合UIB输出端脚7与电阻R14、电阻R33串联，电阻R33再与电阻R25、电容C34、二极管D8并联。

流经信号源输入电阻Rd的信号有直流基波信号与载波交流信号，信号经过电容C17与电容C10进行高频滤波，把不需要脉冲信号去除，信号在进入耦合UIB后，流经电阻R14、电阻R33进行降幅，在电阻R25两端得到一个脉冲直流信号，此信号进入CPU模块电路，至此采样电路完成对采样信号的滤波，合成，降幅处理。

图3a为采样电路的独立直流信号源与独立交流信号源物理模型图；图3b为采样电路的等效独立直流信号源与等效独立交流信号源物理模型图；图3c为采样电路叠加后的等效脉冲直流信号物理模型图。由图3a至图3c物理模型得出(U1为直流基波信号源，U2为载波交流信号源）：

电阻R25两端的脉冲直流信号源有效值U25=√U1*U1+U2*U2

通过模型推导出的U25代入软件计算。

图3d为采样电路的有效的等效脉冲直流信号图，是在电阻R25上捕获的一个完整脉冲周期的信号，其中727与724两点连线所在的直线方程等效于直流基波信号源。

完整的脉冲直流信号等效于交流载波信号源。

下一步通过软件核心算法完成对脉冲直流信号源的剥离，CPU模块软件数据库进行遍历比较，当数剧匹配后，生成判断数据发送到通讯模块CM(communication module)，通讯模块CM再输送到触摸屏HMI，完成整个工作周期。

如图4所示的基准电路由信号源输入电阻Rb一端连接电阻Ra，另一端与PCB控制板的GND连接；信号源输入电阻Rb与二极管D2并联后，再与电阻R23一端串联，电阻R23另一端与电容C18并联后，再与耦合UIB输入前级脚5串联，电阻R24一端连接耦合UIB的脚6，电阻R24另一端连接耦合UIB的输出端脚7，耦合UIB输出端脚7与电阻R15、电阻R34串联,电阻R34再与电阻R26、二极管D5并联。在R26两端获得电压信号，此电压信号是一个趋于稳定的值，可以作为比较基准使用，故此电路称为基准电路。

本设备检测处理过的脉冲直流电压响应，利用纯电阻电路欧姆定律，基尔霍夫电压与电流节点方程，叠加信号技术与分离信号技术手段，代入相关软件中数据模型进行算法分析。实现潜油电泵高压电缆在线动态判断单项与多相绝缘状况，为判断设备寿命和及时发现早期故障提供有力依据，适用于3.0K伏及以下的一拖一潜油电泵系统高压电缆。

Claims (3)

1.一种新型井下高压电缆绝缘状态单相与多相分辨装置，包括外围转换电路和内部电路，其特征在于：所述的外围转换电路由三相变压器T0、熔断器FU0和外置分压电阻R0组成，三相变压器T0的输入端经熔断器FU0与三相高压电缆串接，三相变压器T0输出端与外置分压电阻R0串接；内部电路包括PCB电源板、PCB控制板、通讯模块CM、触摸屏HMI和开关K0，其中PCB控制板由采样电路、基准电路、频率电路、电压电路和CPU模块电路组成；信号源输入电阻Rd与外置分压电阻R0串接，信号源输入电阻Rd与采样电路两端并接，信号源输入电阻Rb与基准比例电阻Ra串接，信号源输入电阻Rb与基准电路两端并接，采样电路、基准电路、频率电路、电压电路通过数据线分别连接CPU模块电路的输入端，CPU模块电路的输出端通过数据线连接通讯模块CM，通讯模块CM连接触摸屏HMI，PCB控制板的接地端子E0线连接钻井平台地；设备供电源采用110-220伏宽范围供电，供电源连接开关K0，开关K0与PCB电源板连接。

2.根据权利要求1所述的新型井下高压电缆绝缘状态单相与多相分辨装置，其特征在于：所述的采样电路由信号源输入电阻Rd一端连接外置分压电阻R0输出端，信号源输入电阻Rd的另一端与PCB控制板的GND连接；信号源输入电阻Rd与二极管D1并联后，再与电阻R21一端串联，电阻R21另一端分别与电容C17、电容C10并联后，再与耦合UIB输入前级脚5串联，耦合UIB的脚6连接电阻R22一端，电阻R22另一端连接耦合UIB的输出端脚7；耦合UIB输出端脚7与电阻R14、电阻R33串联，电阻R33再与电阻R25、电容C34、二极管D8并联。

3.根据权利要求1所述的新型井下高压电缆绝缘状态单相与多相分辨装置，其特征在于：所述的基准电路由信号源输入电阻Rb一端连接基准比例电阻Ra，另一端与PCB控制板的GND连接；信号源输入电阻Rb与二极管D2并联后，再与电阻R23一端串联，电阻R23另一端与电容C18并联后，再与耦合UIB输入前级脚5串联，电阻R24一端连接耦合UIB的脚6，电阻R24另一端连接耦合UIB的输出端脚7，耦合UIB输出端脚7与电阻R15、电阻R34串联,电阻R34再与电阻R26、二极管D5并联。