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潛油電泵是油田中使用的一種中壓的機(jī)械采油設(shè)備,。隨著油田開發(fā)自動化程度的提高，原潛油電泵定頻控制柜暴漏出功能不完善,、數(shù)據(jù)分析不方便、無波形記錄,、沒有通訊功能等問題,，而造成這些不足的主要原因是非專門針對潛油電泵的保護(hù)器不支持上述功能。

目前,，研究開發(fā)潛油電泵的國內(nèi)廠家較少,，且規(guī)模較小，產(chǎn)品沒有形成系列化和規(guī)?；?。為增強(qiáng)國內(nèi)潛油電泵保護(hù)器的競爭力,，彌補(bǔ)老式保護(hù)器的不足，有必要研制一種針對性的潛油電泵保護(hù)器,。

1  潛油電泵保護(hù)器和電機(jī)保護(hù)器的區(qū)別

1. 潛油電泵保護(hù)器屬于電機(jī)保護(hù)器的細(xì)分應(yīng)用產(chǎn)品,。在測量、保護(hù),、通信等功能上,，潛油電泵保護(hù)器與電機(jī)保護(hù)器基本通用，但潛油電泵的多種保護(hù),，如欠載,、電流不平衡、過壓,、欠壓等多采用反時限類型,，而這些保護(hù)在通用電機(jī)保護(hù)器中多采用定時限類型。
2. 潛油電泵保護(hù)器需有歷史數(shù)據(jù)記錄,、導(dǎo)出功能,，而常規(guī)電機(jī)保護(hù)器帶有故障記錄即可。
3. 為方便潛油電泵維護(hù),、考核,，潛油電泵保護(hù)器需帶有打卡功能，以便進(jìn)行打卡考核,，而常規(guī)電機(jī)保護(hù)器不必帶此功能,。

2  潛油電泵保護(hù)器特點

1. 潛油電泵保護(hù)器可實時測量三相電流、三相電壓,、頻率,，并可同時可顯示有功功率、電能等電參量,；可將檢測,、采集到的開關(guān)量類型工藝參數(shù)、4-20mA類型工藝參數(shù),，通過通信統(tǒng)一發(fā)送給系統(tǒng),。
2. 潛油電泵保護(hù)器具有過載、斷相,、電流不平衡,、堵轉(zhuǎn)、阻塞,、欠壓,、過壓、電壓不平衡等保護(hù)功能,，并可實現(xiàn)欠載自起動,。
3. 潛油電泵保護(hù)器可顯示三相電流,、三相電壓等參數(shù)的實時、歷史曲線,。
4. 潛油電泵保護(hù)器可將存儲的歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出到U盤,，導(dǎo)出文件支持EXCEL操作。U盤插入電腦后可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,，不必安裝附加分析軟件,。此功能可用于取代電流記錄儀。
5. 潛油電泵保護(hù)器支持MODBUS,、PROFIBUS通信協(xié)議,，通過通信網(wǎng)絡(luò)可直接傳送實時數(shù)據(jù)、發(fā)送起停命令,。

3  潛油電泵保護(hù)器產(chǎn)品組成

潛油電泵保護(hù)器由保護(hù)器主體,、人機(jī)交互模塊、開關(guān)電源組成,，如圖1所示,。保護(hù)器主體完成參數(shù)采集、保護(hù),、通訊功能,；人機(jī)交互模塊實現(xiàn)實時參數(shù)顯示、參數(shù)設(shè)置,、實時曲線顯示,、歷史曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢,、故障查詢等功能,；開關(guān)電源將AC/DC 220V（或其它等級）電壓轉(zhuǎn)換為低電壓供主體、人機(jī)交互模塊使用,。

圖1  潛油電泵產(chǎn)品組成示意圖

4  潛油電泵保護(hù)器的設(shè)計

潛油電泵保護(hù)器設(shè)計分為硬件和軟件兩方面.硬件設(shè)計包括電源,、信號采集、開關(guān)量輸入輸出,、通訊電路等部分,；軟件設(shè)計主要包括軟件架構(gòu)、測量算法,、保護(hù)算法,、控制算法等。

4.1  硬件設(shè)計

由于常用的潛油電泵工作電壓從AC 200V~AC2000V,，因此不宜將潛油電泵工作電源直接作為潛油電泵保護(hù)的工作電源，常規(guī)做法是用隔離變壓器將潛油電泵工作電壓轉(zhuǎn)換為AC 110V控制電壓,。針對此種情況,，潛油電泵保護(hù)器電源采用開關(guān)電源,，這是因為開關(guān)電源的工作范圍寬、效率高,，適用于此種情況,。

信號采集包括電壓、電流等電參量采集,。為保證采集可靠性,，通常采用TV、TA作為電壓,、電流信號的隔離變換器,。選用TA時，應(yīng)注意TA電壓等級,。常規(guī)TA電壓等級為0.66KV,，而在潛油電泵工作電壓達(dá)到AC 1000V甚至AC 2000V時，應(yīng)選用3.3KV等級的TA,，以保證隔離安全,。

開關(guān)量輸入輸出以及通信電路的設(shè)計為常規(guī)設(shè)計，沒有過多特殊性,。

可靠性設(shè)計包括電磁兼容,、安全性設(shè)計。電磁兼容設(shè)計初期要充分考慮各種可能出現(xiàn)的問題,，做好預(yù)留措施規(guī)劃,。常用的抗干擾方法包括：電源部分加EMC濾波器；信號采集部分增加濾波電路,；在信號處理的各芯片輸入口處加端口保護(hù)電路,；在芯片電源輸入處加去藕電容等。

4.2  軟件設(shè)計

常用的采樣算法有直流采樣和交流采樣,。交流采樣可測量非正弦波信號,，因此在電參量測量中廣泛采用。常用測量算法有基于正弦信號的算法和基于非正弦的算法,?；谡倚盘柕乃惴òò胫軆?nèi)取zui大值算法、半周積分算法,、一階導(dǎo)數(shù)算法,、二階導(dǎo)數(shù)算法、采樣值積算法,、三采樣值算法等,；基于非正弦信號的算法包括傅里葉算法、一階差分后半波傅里葉算法,、真有效值算法等,。各種算法都有其優(yōu)缺點,。基于正弦信號的算法雖然算法簡單,、消耗資源少,，但是當(dāng)有諧波或波形變換后測量不準(zhǔn)確；而基于非正弦信號的算法雖然算法較復(fù)雜,，但可保證測量值的正確性,。

  由于在保護(hù)算法中設(shè)計反時限曲線算法有一定難度，因此有些產(chǎn)品標(biāo)注為反時限,，但實際卻是定時限分割,，如：（1.2-1.5）倍、60s保護(hù),，（1.5-2）倍,、40s保護(hù)，2倍以上,、10s保護(hù),。這違背了反時限曲線的基本原則，如果信號在臨界點上下跳動,，那么動作時間將不準(zhǔn)確,。真正的反時限具有一條連續(xù)的反時限曲線，真正做到大倍數(shù)大動作快,，小倍數(shù)小動作慢,。

軟件設(shè)計時，除需要選取合理的算法外,，還要注意軟件設(shè)計的規(guī)范化,。軟件設(shè)計的基本原則是信息隱蔽與模塊獨立性，好的軟件要求高內(nèi)聚（內(nèi)聚是模塊強(qiáng)度的度量）,、低耦合,。

軟件測試是軟件設(shè)計中*的一個重要環(huán)節(jié)，其目的是檢驗軟件是否滿足規(guī)定,。開發(fā)過程中藥遵循早測試,、早改正原則，單元測試通過后再進(jìn)行集成測試,、確認(rèn)測試和驗收測試,。

5  結(jié)論語

    潛油電泵是由常規(guī)電動機(jī)保護(hù)器產(chǎn)品衍生出的新一類電機(jī)保護(hù)器，更適用于潛油泵,，新增欠載,、過壓、欠壓、電流不平衡,、電壓不平衡等反時限保護(hù),，同時帶有電流、電壓,、功率、頻率,、電能,、剩余電流等測量功能，更符合客戶要求,。