Устройство защиты погружной телеметрии

Устройство защиты погружной телеметрии

Реферат

Изобретение относится к схемам защиты электрических приборов от воздействия напряжения, превышающего допустимое, и может быть использовано для защиты погружных телеметрических систем измерения внутрискважинных параметров и параметров погружных электронасосов для добычи нефти.

Известен датчик термоманометрический (патент №2242719, МПК G01D 3/028, Н02Н 7/08), предназначенный для использования в системах диагностики погружных электронасосов и содержащий устройство защиты, полупроводниковый диод, датчик давления, датчик температуры, электромагнитное реле и пороговый элемент. Устройство защиты содержит предохранитель, варистор, LC-фильтр. Устройство защиты предназначено для защиты датчика от перенапряжений, возникающих при однофазном коротком замыкании статорной обмотки на корпус электродвигателя. При напряжении на выходе предохранителя, превышающем напряжение открывания варистора, предохранитель «перегорает» и тем самым защищает датчик.

Недостатком устройства защиты является невозможность восстановления защиты после снятия аварийного перенапряжения.

Наиболее близким техническим решением является устройство защиты погружной телеметрии (патент RU №2304834, МПК Н02Н 7/08, Н02Н 9/04), содержащее LC-фильтр, герконовое реле, электронный ключ, диод, зарядное и высокоомное сопротивления, накопительный и времязадающий конденсаторы, включающую катушку. Устройство позволяет повысить надежность защиты погружной телеметрии за счет размыкания цепи в устройстве защиты на входе LC-фильтра при нарушении изоляции силовой цепи, а также при воздействии проверочного напряжения при измерении сопротивления изоляции элементов силовой цепи.

Недостатком устройства защиты является наличие постоянного сопротивления между входом (нулевой точкой статорной обмотки) и землей (общим проводом), что при измерении сопротивления изоляции элементов силовой цепи требует дополнительных расчетов.

Задачей изобретения является повышение точности измерения сопротивления изоляции элементов силовой цепи.

Технический результат заключается в повышении точности измерения сопротивления изоляции элементов силовой цепи за счет увеличения сопротивления устройства защиты между нулевой точкой статорной обмотки электродвигателя и землей.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство защиты погружной телеметрии, содержащее герконовое реле, первый вывод которого подключен к аноду диода, а второй вывод соединен с входом LC-фильтра, выход которого соединен с обмоткой герконового реле, при этом катод диода соединен с первым выводом зарядного резистора, введен дополнительный диод, катод которого соединен с вторым выводом герконового реле, а анод - с вторым выводом зарядного резистора и входом делителя напряжения, выход которого соединен с входом порогового устройства, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, при этом вход электронного ключа соединен с вторым выводом обмотки герконового реле, а выход - с входом контроллера блока погружной телеметрии, к выходу LC-фильтра подсоединен катод ограничительного стабилитрона, анод которого соединен с землей.

Делитель напряжения содержит первый резистор, первый вывод которого является входом делителя, а второй вывод является выходом делителя и соединен с первыми выводами второго резистора и конденсатора, вторые выводы которых соединены с землей.

LC-фильтр содержит дроссель и конденсатор, который первым выводом соединен с выходом дросселя, а вторым - с землей.

Выход устройства защиты погружной телеметрии соединен с входом контроллера блока погружной телеметрии, измеряющего внутрискважинные параметры и текущие параметры погружного электродвигателя, при этом контроллер соединен с землей. Устройство защиты погружной телеметрии и контроллер образуют блок погружной телеметрии.

Система телеметрии погружного электронасоса, применяемого для добычи нефти, содержит наземный блок и блок погружной телеметрии, соединенные посредством силовой цепи, содержащей выходную обмотку питающего погружной электродвигатель трансформатора, погружной кабель и статорную обмотку погружного электродвигателя. Для измерения сигналов, поступающих с датчиков блока погружной телеметрии, наземный блок формирует на входе устройства защиты погружной телеметрии положительное напряжение, а для измерения сопротивления изоляции силовой цепи наземный блок формирует постоянное отрицательное напряжение.

Продолжительность и периодичность измерения и передачи сигналов от датчиков блока погружной телеметрии определяется наземным блоком. При измерении сигналов, поступающих с датчиков блока погружной телеметрии, герконовое реле устройства защиты погружной телеметрии замкнуто. В период отсутствия измерения сигналов или при измерении сопротивления изоляции силовой цепи герконовое реле устройства защиты погружной телеметрии нормально разомкнуто.

При нарушении изоляции силовой цепи во время измерения сигналов, поступающих с датчиков блока погружной телеметрии, наземный блок снимает сформированное (поданное) положительное напряжение, т.е. прерывает работу блока погружной телеметрии, при этом герконовое реле размыкается и тем самым защищает LC-фильтр и контроллер от перенапряжения, возникающего на входе устройства защиты, после чего наземным блоком подается постоянное отрицательное напряжение для измерения сопротивления изоляции силовой цепи, при этом разомкнутое герконовое реле защищает LC-фильтр и контроллер от воздействия постоянного отрицательного напряжения.

Дроссель и конденсатор, образующие LC-фильтр, предназначены для защиты контроллера во время измерений от перенапряжений, обусловленных дисбалансом питающего погружнрй электродвигатель трехфазного напряжения. Герконовое реле выполнено высоковольтным и в разомкнутом состоянии выдерживает высокое переменное напряжение, а также высокое постоянное отрицательное напряжение. Обмотка герконового реле предназначена для замыкания геркона и удержания его в замкнутом состоянии при протекании тока через устройство защиты и контроллер.

Диод выполнен высоковольтным и предназначен для запирания тока при подаче отрицательного напряжения, а также для пропускания тока при подаче положительного напряжения. Зарядное сопротивление ограничивает ток, заряжающий конденсатор LC-фильтра.

Повышение точности измерения сопротивления изоляции обеспечивается за счет изменения способа определения устройством положительной постоянной составляющей на его входе для включения герконового реле. Данный способ обеспечивает увеличение сопротивления устройства между нулевой точкой статорной обмотки электродвигателя и землей при измерении сопротивления изоляции, что достигается за счет применения таких узлов, как ограничительный стабилитрон, дополнительный диод, делитель напряжения, пороговое устройство и электронный ключ.

Ограничительный стабилитрон предназначен для ограничения напряжения заряда конденсатора LC-фильтра. Резистивно-емкостной делитель напряжения предназначен для задания необходимого напряжения для порогового устройства, которое в свою очередь включает электронный ключ, обеспечивающий контакт между выходом устройства защиты и входом контроллера. Дополнительный диод предназначен для исключения влияния конденсатора LC-фильтра на работу делителя напряжения и порогового устройства.

На чертеже приведена схема электрическая устройства защиты погружной телеметрии.

Устройство содержит дроссель 1 и конденсатор 2, образующие LC-фильтр, герконовое реле 3, первый вывод которого подключен к аноду диода 4, а второй вывод герконового реле 3 соединен с первым выводом дросселя 1 LC-фильтра и катодом дополнительного диода 5. Катод диода 4 соединен с первым выводом зарядного резистора 6, второй вывод которого соединен с анодом дополнительного диода 5 и с первым выводом резистора 7, входящего в состав делителя напряжения, состоящего из резисторов 7, 8 и конденсатора 9. Второй вывод резистора 7 соединен с входом порогового устройства 10 и с первыми выводами резистора 8 и конденсатора 9, вторые выводы которых соединены с землей. Пороговое устройство 10 реализовано на основе полевых транзисторов. Второй вывод дросселя 1 соединен с первым выводом обмотки герконового реле 11, с катодом ограничительного стабилитрона 12 и с первым выводом конденсатора 2. Второй вывод конденсатора 2 и анод ограничительного стабилитрона 12 соединены с землей. Второй вывод обмотки 11 герконового реле 3 через электронный ключ 13 соединен с входом контроллера блока погружной телеметрии. Выход порогового устройства 10 соединен с управляющим входом электронного ключа 13, который представляет собой полевой транзистор.

В процессе работы погружного электродвигателя на входе устройства защиты погружной телеметрии автоматически возникает переменное напряжение (до 200 В). LC-фильтр защищает контроллер и обеспечивает его работоспособность до величины переменного напряжения (на входе устройства) 1000 В. Работа блока погружной телеметрии может осуществляться как при включенном, так и при отключенном погружном электродвигателе. Для измерения сопротивления изоляции статорных обмоток погружного электродвигателя мегомметром (измерителем сопротивления изоляции) подается постоянное отрицательное напряжение до минус 10 кВ.

В исходном состоянии герконовое реле 3 разомкнуто. Для обеспечения работы контроллера погружного блока телеметрии наземным блоком телеметрии на вход устройства защиты погружного блока телеметрии подается положительное напряжение. При этом заряжается конденсатор 2 LC-фильтра через высоковольтный диод 4, зарядный резистор 6, дополнительный диод 5, дроссель 1. При достижении на входе порогового устройства 10 заданного напряжения происходит замыкание электронного ключа 13. Начинает протекать ток с заряженного конденсатора 2 через обмотку 11 герконового реле, через замкнутый электронный ключ 13, а также через контроллер погружного блока телеметрии на землю. При этом срабатывает герконовое реле 3, через замкнутые контакты которого начинает протекать рабочий ток с входа защитного устройства через дроссель 1, обмотку 11 герконового реле, электронный ключ 13 и контроллер погружного блока телеметрии на землю. Контакты реле остаются замкнутыми до конца цикла измерения, во время которого наземным блоком регистрируются сигналы, поступающие от погружного блока. Благодаря наличию дополнительного диода 5 и ограничительного стабилитрона 12 предотвращаются ложные срабатывания устройства защиты при большом переменном напряжении на входе без положительной постоянной составляющей. После окончания очередного цикла измерений наземным блоком телеметрии снимается положительное напряжение с входа устройства защиты погружной телеметрии. При этом протекание тока через устройство защиты погружной телеметрии и контроллер прекращается и контакт герконового реле 3 автоматически размыкается. Устройство защиты погружной телеметрии приходит в исходное состояние.

Для измерения сопротивления изоляции погружного кабеля и статорных обмоток погружного электродвигателя с наземного блока телеметрии подается постоянное отрицательное напряжение, при этом герконовое реле 3 находится в разомкнутом состоянии, что позволяет измерять сопротивление изоляции элементов силовой цепи и одновременно обеспечить защиту LC-фильтра и контроллера.

Заявляемое устройство защиты погружной телеметрии может быть изготовлено в составе блока погружной телеметрии в условиях серийного производства с использованием стандартного оборудования и технологий.

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность измерения сопротивления изоляции элементов силовой цепи за счет увеличения сопротивления устройства защиты между нулевой точкой статорной обмотки электродвигателя и землей.

1. Устройство защиты погружной телеметрии, содержащее герконовое реле, первый вывод которого подключен к аноду диода, а второй вывод соединен с входом LC-фильтра, выход которого соединен с обмоткой герконового реле, при этом катод диода соединен с первым выводом зарядного резистора, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный диод, катод которого соединен с вторым выводом герконового реле, а анод - с вторым выводом зарядного резистора и входом делителя напряжения, выход которого соединен с входом порогового устройства, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, при этом вход электронного ключа соединен с вторым выводом обмотки герконового реле, а выход - с входом контроллера блока погружной телеметрии, к выходу LC-фильтра подсоединен катод ограничительного стабилитрона, анод которого соединен с землей.

2. Устройство защиты погружной телеметрии по п.1, отличающееся тем, что делитель напряжения содержит первый резистор, первый вывод которого является входом делителя, а второй вывод является выходом делителя и соединен с первыми выводами второго резистора и конденсатора, вторые выводы которых соединены с землей.

3. Устройство защиты погружной телеметрии по п.1, отличающееся тем, что LC-фильтр содержит дроссель и конденсатор, который первым выводом соединен с выходом дросселя, а вторым - с землей.