УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОЙ ТЕЛЕМЕТРИИ Российский патент 2007 года по МПК H02H7/08 H02H9/04 

Изобретение относится к схемам защиты электрических измерительных 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 блок погружной системы телеметрии установки погружного центробежного насоса для добычи нефти (Полезная модель №46889 RU, МПК Н02Н 7/08, Е21В 47/12), содержащий средства для измерения температуры, давления, вибраций, а также средства защиты от аварийного повышения питающего напряжения. При этом блок содержит средства для обеспечения возможности измерения (регистрации) сопротивления изоляции силовой цепи, включающей вторичную обмотку силового повышающего трансформатора, погружной кабель питания погружного электродвигателя и статорную обмотку этого двигателя. Средства защиты представляют собой низкочастотный фильтр в виде LC-контура. Фильтр защищает от перенапряжений, обусловленных дисбалансом питающего электродвигатель трехфазного напряжения.

Недостатком средств защиты является перегрев и выход из строя дросселя LC-фильтра при длительном воздействии аварийного переменного напряжения, а также повышенные габариты LC-фильтра (для обеспечения возможности измерения сопротивления изоляции элементов силовой цепи LC-фильтр должен выдерживать высокое отрицательное напряжение). Габариты LC-фильтра увеличивают габариты блока погружной телеметрии в целом.

Наиболее близким техническим решением является 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, дроссель и конденсатор, образующие 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, а также повышенные габариты LC-фильтра, так как для обеспечения возможности измерения сопротивления изоляции элементов силовой цепи LC-фильтр должен выдерживать высокое проверочное (отрицательное) напряжение.

Задачей изобретения является повышение надежности защиты погружной телеметрии.

Технический результат заключается в размыкании 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.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство защиты погружной телеметрии, содержащее дроссель и конденсатор, образующие LC-фильтр, введено герконовое реле, первый вывод которого подключен к аноду диода и к первому выводу высокоомного сопротивления, а второй вывод герконового реле соединен с последовательно соединенными дросселем LC-фильтра и удерживающей катушкой герконового реле, при этом катод диода соединен с первым выводом зарядного сопротивления, второй вывод которого соединен с первым выводом включающей катушки герконового реле и с первым выводом накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с общим проводом, а второй вывод высокоомного сопротивления соединен с управляющим выводом электронного ключа и с первым выводом времязадающего конденсатора, второй вывод которого соединен с общим проводом, второй вывод включающей катушки герконового реле присоединен к входу электронного ключа, выход которого подключен к общему проводу.

Выход устройства защиты погружной телеметрии соединен с входом содержащего датчики контроллера погружной телеметрии, измеряющего внутрискважинные параметры и текущие параметры погружного электродвигателя, при этом контроллер соединен с общим проводом (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 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 не формирует (не подает) или 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 от перенапряжений, обусловленных дисбалансом питающего погружной электродвигатель трехфазного напряжения, во время измерений. Герконовое реле выполнено высоковольтным и в разомкнутом состоянии выдерживает высокое переменное напряжение, а также высокое постоянное отрицательное напряжение. Удерживающая катушка герконового реле предназначена для удержания реле в замкнутом состоянии при протекании тока через устройство защиты и контроллер.

Диод выполнен высоковольтным и предназначен для запирания тока при подаче высокого постоянного отрицательного напряжения, а также для пропускания тока при подаче положительного напряжения. Зарядное сопротивление ограничивает ток, заряжающий накопительный конденсатор. Накопительный конденсатор предназначен для накопления энергии с целью обеспечения прохождения тока через включающую катушку герконового реле (при открытии электронного ключа) на общий провод.

Высокоомное сопротивление и времязадающий конденсатор предназначены для формирования напряжения, открывающего электронный ключ. Включающая катушка герконового реле замыкает герконовое реле при протекании через нее включающего тока, т.е. обеспечивает протекание тока через LC-фильтр, удерживающую катушку и контроллер, соединенный с общим проводом (землей).

Повышение надежности защиты погружной телеметрии обеспечивается за счет нормально разомкнутых контактов герконового реле, расположенного на входе LC-фильтра, и размыкания контактов герконового реле при нарушении изоляции силовой цепи в процессе измерений и передачи сигналов, т.е. в случае появления перенапряжения на входе устройства защиты погружной телеметрии (на выходе наземного блока телеметрии). Повышение надежности защиты погружной телеметрии обеспечивается также за счет высокой электрической прочности диода и герконового реле в разомкнутом состоянии, выдерживающих длительные отрицательные (относительно общего провода) напряжения при измерении сопротивления изоляции элементов силовой цепи.

На чертеже приведена схема электрическая устройства защиты погружной телеметрии.

Устройство защиты погружной телеметрии содержит (см. чертеж) дроссель 1 и конденсатор 2, образующие LC-фильтр 3. Герконовое реле 4, первый вывод которого подключен к аноду диода 5 и к первому выводу высокоомного сопротивления 6, вторым выводом подключено к последовательно соединенным дросселю 1 LC-фильтра и удерживающей катушке 7 герконового реле. Катод диода 5 соединен с первым выводом зарядного сопротивления 8, второй вывод которого соединен с первым выводом включающей катушки 9 герконового реле и с первым выводом накопительного конденсатора 10, второй вывод которого соединен с общим проводом. Второй вывод высокоомного сопротивления 6 соединен с управляющим выводом электронного ключа 11, выполненного в виде транзисторного ключа, и с первым выводом времязадающего конденсатора 12, второй вывод которого соединен с общим проводом. Второй вывод включающей катушки 9 герконового реле присоединен к входу электронного ключа 11 (к стоку транзисторного ключа), выход (исток транзисторного ключа) которого подключен к общему проводу.

В процессе работы погружного электродвигателя на входе устройства защиты погружной телеметрии автоматически наводится 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 4 разомкнуто. Для обеспечения работы контроллера погружного блока наземным блоком телеметрии на вход устройства защиты погружного блока подается положительное напряжение. При этом накопительный конденсатор 10 заряжается через диод 5 и зарядное сопротивление 8, а также заряжается времязадающий конденсатор 12 через высокоомное сопротивление 6. При достижении на времязадающем конденсаторе 12 заданного порогового для транзисторного ключа 11 напряжения (через заданный промежуток времени), последний открывается и замыкает накопительный конденсатор 10 через включающую катушку 9 на общий провод (землю). При протекании тока от накопительного конденсатора 10 через включающую катушку 9 замыкается контакт герконовое реле 4, и начинает протекать ток через LC-фильтр 3 и удерживающую катушку 7, а также через контроллер - на общий провод. Во время подачи положительного напряжения герконовое реле 4 удерживается в замкнутом состоянии магнитным полем удерживающей катушки 7. В то же время наземным блоком регистрируются сигналы, поступающие от погружного блока. 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 4 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 4 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 надежность защиты погружной телеметрии путем использования электрически прочного герконового реле, расположенного перед LC-фильтром и размыкающего цепь при появлении перенапряжения на входе устройства, что позволяет использовать электрически менее прочные конденсаторы LC-фильтра с меньшими габаритами и, тем самым, уменьшить габариты блока погружной телеметрии в целом.

Использование: для защиты погружных телеметрических систем насосных установок для добычи нефти. Технический результат заключается в повышении надежности защиты погружной телеметрии с помощью герконового реле, размыкающего цепь при появлении перенапряжения на входе устройства, а также в уменьшении габаритов блока погружной телеметрии. Устройство содержит дроссель (1) и конденсатор (2), образующие LC-фильтр (3), герконовое реле (4), первый вывод которого подключен к аноду диода (5) и к первому выводу высокоомного сопротивления (6), а второй вывод герконового реле (4) соединен с последовательно соединенными дросселем (1) LC-фильтра и удерживающей катушкой (7) герконового реле. Катод диода (5) соединен с первым выводом зарядного сопротивления (8), второй вывод которого соединен с первым выводом включающей катушки (9) герконового реле и с первым выводом накопительного конденсатора (10), второй вывод которого соединен с общим проводом. Второй вывод высокоомного сопротивления (6) соединен с управляющим выводом электронного ключа (11) и с первым выводом времязадающего конденсатора (12), второй вывод которого соединен с общим проводом. Второй вывод включающей катушки (9) герконового реле присоединен к входу электронного ключа (11), выход которого подключен к общему проводу. 1 ил.

Устройство защиты погружной телеметрии, содержащее дроссель и конденсатор, образующие LC-фильтр, отличающееся тем, что оно содержит герконовое реле, первый вывод которого подключен к аноду диода и к первому выводу высокоомного сопротивления, а второй вывод герконового реле соединен с последовательно соединенными дросселем LC-фильтра и удерживающей катушкой герконового реле, при этом катод диода соединен с первым выводом зарядного сопротивления, второй вывод которого соединен с первым выводом включающей катушки герконового реле и с первым выводом накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с общим проводом, а второй вывод высокоомного сопротивления соединен с управляющим выводом электронного ключа и с первым выводом времязадающего конденсатора, второй вывод которого соединен с общим проводом, второй вывод включающей катушки герконового реле присоединен к входу электронного ключа, выход которого подключен к общему проводу.