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浅谈潜油电泵保护器设计原理
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?；て鞑恢С稚鲜龉δ?。
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?；Ｎ銮抗谇庇偷绫帽；て鞯木赫?，弥补老式?；て鞯牟蛔?，有必要研制一种针对性的潜油电泵保护器。
1 潜油电泵?；て骱偷缁；て鞯那?/strong>
- 潜油电泵?；て魇粲诘缁；て鞯南阜钟τ貌贰Ｔ诓饬?、?；?、通信等功能上，潜油电泵?；て饔氲缁；て骰就ㄓ?，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?；ぴ谕ㄓ玫缁；て髦卸嗖捎枚ㄊ毕蘩嘈?。
- 潜油电泵保护器需有历史数据记录、导出功能，而常规电机?；て鞔泄收霞锹技纯?。
- 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?；て鞑槐卮斯δ?。
2 潜油电泵?；て魈氐?/strong>
- 潜油电泵?；て骺墒凳辈饬咳嗟缌鳌⑷嗟缪?、频率，并可同时可显示有功功率、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。
- 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?；すδ?，并可实现欠载自起动。
- 潜油电泵?；て骺上允救嗟缌?、三相电压等参数的实时、历史曲线。
- 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。
- 潜油电泵?；て髦С諱ODBUS、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。
3 潜油电泵?；て鞑纷槌?/strong>
潜油电泵?；て饔杀；て髦魈?、人机交互?？?、开关电源组成，如图1所示。保护器主体完成参数采集、?；?、通讯功能；人机交互?？槭迪质凳辈问允?、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?？槭褂谩?/p>
图1 潜油电泵产品组成示意图
4 潜油电泵?；て鞯纳杓?/strong>
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、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、?；に惴ā⒖刂扑惴ǖ?。
4.1 硬件设计
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?；て鞯缭床捎每氐缭?，这是因为开关电源的工作范围宽、效率高，适用于此种情况。
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。
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。
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?；谡倚藕诺乃惴òò胫苣谌ui大值算法、半周积分算法、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?；谡倚藕诺乃惴ㄋ淙凰惴虻?、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。
由于在?；に惴ㄖ猩杓品词毕耷咚惴ㄓ幸欢讯龋虼擞行┎繁曜⑽词毕?，但实际却是定时限分割，如：（1.2-1.5）倍、60s?；ぃ?.5-2）倍、40s?；?，2倍以上、10s?；?。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。
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?？槎懒⑿?，好的软件要求高内聚（内聚是?？榍慷鹊亩攘浚?、低耦合。
软件测试是软件设计中*的一个重要环节，其目的是检验软件是否满足规定?？⒐讨幸┳裱绮馐?、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。
5 结论语
潜油电泵是由常规电动机?；て鞑费苌龅男乱焕嗟缁；て?，更适用于潜油泵，新增欠载、过压、欠压、电流不平衡、电压不平衡等反时限?；ぃ贝械缌?、电压、功率、频率、电能、剩余电流等测量功能，更符合客户要求。