浅谈潜油电泵保护器设计原理

 
【关键词】潜油电泵 保护器 控制器

为方便潜油电泵维护、考核，潜油电泵保护器需带有打卡功能，以便进行打 卡考核，而常规电机保护器不必带此功能。

潜油电泵保护器由保护器主体、人机交互模块、开关电源组成，如图 1 所示。 保护器主体完成参数采集、保护、通讯功能；人机交互模块实现实时参数显示、 参数设置、实时曲线显示、历史曲线显示、历史数据查询、故障查询等功能；开 关电源将 AC/DC 220V（或其它等级）电压转换为低电压供主体、人机交互模块 使用。

开关量输入输出、通讯电路等部分；软件设计主要包括软件架构、测量算法、保 护算法、控制算法等。

5 结论语 潜油电泵是由常规电动机保护器产品衍生出的新一类电机保护器，更适用于

文章来源：科易网

由于常用的潜油电泵工作电压从 AC 200V~AC2000V，因此不宜将潜油电泵 工作电源直接作为潜油电泵保护的工作电源，常规做法是用隔离变压器将潜油电 泵工作电压转换为 AC 110V 控制电压。针对此种情况，潜油电泵保护器电源采 用开关电源，这是因为开关电源的工作范围宽、效率高，适用于此种情况。

潜油电泵保护器具有过载、断相、电流不平衡、堵转、阻塞、欠压、过压、 电压不平衡等保护功能，并可实现欠载自起动。

能上，潜油电泵保护器与电机保护器基本通用，但潜油电泵的多种保护，如欠载、 电流不平衡、过压、欠压等多采用反时限类型，而这些保护在通用电机保护器中 多采用定时限类型。

此在电参量测量中广泛采用。常用测量算法有基于正弦信号的算法和基于非正弦 的算法。基于正弦信号的算法包括半周内取最大绝对值算法、半周绝对积分算法、 一阶导数算法、二阶导数算法、采样值积算法、三采样值算法等；基于非正弦信 号的算法包括傅里叶算法、一阶差分后半波傅里叶算法、真有效值算法等。各种 算法都有其优缺点。基于正弦信号的算法虽然算法简单、消耗资源少，但是当有 谐波或波形变换后测量不准确；而基于非正弦信号的算法虽然算法较复杂，但可 保证测量值的正确性。

 

目前，研究开发潜油电泵的国内厂家较少，且规模较小，产品没有形成系列 化和规模化。为增强国内潜油电泵保护器的竞争力，弥补老式保护器的不足，有 必要研制一种针对性的潜油电泵保护器。
【摘要】设计一种符合潜油电泵特性的专用潜油电泵保护器，该潜油电泵保护器具有过载、 断相、不平衡、过压、欠压、电压不平衡等保护功能。给出此类产品的设计原理，介绍了该 产品与常规电机保护器的区别以及其硬软件设计原理。

潜油电泵保护器需有历史数据记录、导出功能，而常规电机保护器带有故障 记录即可。

由于在保护算法中设计反时限曲线算法有一定难度，因此有些产品标注为反 时限，但实际却是定时限分割，如：（1.2-1.5）倍、60s  保护，（1.5-2）倍、40s 保护，2 倍以上、10s 保护。这违背了反时限曲线的基本原则，如果信号在临界 点上下跳动，那么动作时间将不准确。真正的反时限具有一条连续的反时限曲线， 真正做到大倍数大动作快，小倍数小动作慢。

度的提高，原潜油电泵定频控制柜暴漏出功能不完善、数据分析不方便、无波形 记录、没有通讯功能等问题，而造成这些不足的主要原因是非专门针对潜油电泵 的保护器不支持上述功能。

信号采集包括电压、电流等电参量采集。为保证采集可靠性，通常采用 TV、 TA 作为电压、电流信号的隔离变换器。选用 TA 时，应注意 TA 电压等级。常规 TA 电压等级为 0.66KV，而在潜油电泵工作电压达到 AC 1000V 甚至 AC 2000V 时，应选用 3.3KV 等级的 TA，以保证隔离安全。

3 潜油电泵保护器产品组成

1 潜油电泵保护器和电机保护器的区别 潜油电泵保护器属于电机保护器的细分应用产品。在测量、保护、通信等功

潜油电泵保护器可显示三相电流、三相电压等参数的实时、历史曲线。

软件设计时，除需要选取合理的算法外，还要注意软件设计的规范化。软件 设计的基本原则是信息隐蔽与模块独立性，好的软件要求高内聚（内聚是模块强 度的度量）、低耦合。

潜油泵，新增欠载、过压、欠压、电流不平衡、电压不平衡等反时限保护，同时 带有电流、电压、功率、频率、电能、剩余电流等测量功能，更符合客户要求。

软件测试是软件设计中不可缺少的一个重要环节，其目的是检验软件是否满 足规定。开发过程中药遵循早测试、早改正原则，单元测试通过后再进行集成测 试、确认测试和验收测试。
功功率、电能等电参量；可将检测、采集到的开关量类型工艺参数、4-20mA 类 型工艺参数，通过通信统一发送给系统。

4 潜油电泵保护器的设计 潜油电泵保护器设计分为硬件和软件两方面.硬件设计包括电源、信号采集、

潜油电泵保护器支持 MODBUS、PROFIBUS 通信协议，通过通信网络可直 接传送实时数据、发送起停命令。

图 1 潜油电泵产品组成示意图
潜油电泵保护器可将存储的历史数据导出到 U 盘，导出文件支持 EXCEL 操 作。U 盘插入电脑后可直接进行数据分析，不必安装附加分析软件。此功能可用 于取代电流记录仪。

可能出现的问题，做好预留措施规划。常用的抗干扰方法包括：电源部分加 EMC
4.2 软件设计 常用的采样算法有直流采样和交流采样。交流采样可测量非正弦波信号，因
浅谈潜油电泵保护器设计原理

开关量输入输出以及通信电路的设计为常规设计，没有过多特殊性。 可靠性设计包括电磁兼容、安全性设计。电磁兼容设计初期要充分考虑各种

4.1 硬件设计

2 潜油电泵保护器特点 潜油电泵保护器可实时测量三相电流、三相电压、频率，并可同时可显示有
0 引言 潜油电泵是油田中使用的一种中压的机械采油设备。随着油田开发自动化程
滤波器；信号采集部分增加滤波电路；在信号处理的各芯片输入口处加端口保护 电路；在芯片电源输入处加去藕电容等。