两次惠斯通电桥法定位潜油电缆绝缘故障点的方法
【专利摘要】本发明公开了两次惠斯通电桥法定位潜油电缆绝缘故障点的方法，通过惠斯通电桥1、电桥2之间的切换，实现对潜油电缆绝缘故障点的定位。设计步骤包括：1.把开关Ka、Kb调到“1”档，接成的电路称为惠斯通电桥1，见附图2，调节桥臂L1、L2的阻值使电桥1达到平衡，从而得到潜油电缆AB两相的阻值RAB。2.把开关Ka、Kb调到“2”档，接成的电路称为惠斯通电桥2，见附图4，在电桥2中把潜油电缆铠皮与芯线之间的绝缘电阻RE视为电源U2的内阻，调节U2、L1、L2使电桥2达到平衡，从而确定潜油电缆A、B两端各自到故障点E之间的阻值的比例。3.根据步骤1、2结论和电缆材料的均质性计算出故障点E到电缆A端之间的阻值，可以确定潜油电缆故障点的位置。
【专利说明】
两次惠斯通电桥法定位潜油电缆绝缘故障点的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种检测潜油电缆绝缘故障点的测定方法。
【背景技术】
[0002] 当潜油电缆发生绝缘失效故障，尤其是当发生高压不能击穿的绝缘失效故障时， 难以确定故障点的位置。
[0003] 潜油电缆作为潜油电机的供电线路，深藏于油井之中，这导致潜油电缆绝缘故障 诊断难度增加。
[0004] 目前国内外主要的电缆绝缘故障诊断方法主要分为高压击穿法及脉冲响应法。高 压击穿法是通过对电缆施加高电压，使绝缘点击穿再辅以其它检测手段确定故障点的位 置。当绝缘故障点不能被高压击穿时，难以确定故障点的位置。脉冲响应具体原理是测试时 向电缆注入一个低压脉冲，该脉冲沿电缆传播，遇到故障点的时候脉冲产生反射，反向脉冲 被送到测量点被仪器记录下来，根据发射时间与反射时间的时间差计算故障点的距离。
[0005] 根据前期研究与实验，我们设计一种全新的定位潜油电缆绝缘故障的方法，它能 够对高压不能击穿的绝缘故障点进行定位，能够实现对潜油井安装实时绝缘故障检测。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种两次惠斯通电桥法实现潜油电缆绝缘故障点定位的方法。
[0007] 1.两次惠斯通电桥法定位潜油电缆绝缘故障位置的方法，不仅能够检测井下的潜 油电缆绝缘故障点的位置，而且能够实时检测潜油电缆安装。
[0008] 2.电桥2采用小功率高压可调稳压源供电，在不击穿潜油电缆绝缘介质的条件下 进行故障点定位。
[0009] 3.利用继电器控制可调电桥桥臂的阻值。通过控制档位开关的位置，构成不同的 惠斯通电桥;两个可变电阻桥臂1^丄 2由一串电阻及继电器的常开触点组成，见附图6,其每 路电阻按1 Q、2Q、2Q、5Q、l〇Q、2〇Q、2〇Q、5〇Q、100Q、200Q、200Q、500Q、lkQ、2k Q、2kQ、5kQ、10kQ、20kQ、20kQ、50kQ串联连接，。继电器的常开触点与对应的电阻相 并联，当触点闭合时，该电阻的阻值被强制调节为0,从而实现桥臂电阻阻值的调节。
[0010] 4.调转电压表V表笔，判断电桥是否平衡。当电缆的绝缘电阻值很大时，即使将直 流电压源U2的值调到很大，电桥上的电压仍然会非常微弱，此时当调节电桥使得测量电压 表V的示数为零时并不能表示电桥已经达到平衡，仍有调节的余地，应该采用"调换表笔不 变法"。所谓调换表笔不变法，即指，当将电压表V的正负表笔对调时，如果电压表示数(包括 正负号)保持不变，则表示电桥真正达到了平衡，而如果调换后读数不同，则应该调节桥臂 电阻值使读数向两次读数的平均值方向变化。
[0011] 5.定位绝缘故障点。其方法包括：
[0012] 1)将档位开关调到"1"档，如图1所示构建成惠斯通电桥1，通过控制继电器调节两 个可调电阻桥臂1^丄 2使电桥达到平衡，此时根据电桥计算公式可以计算出潜油电缆A、B两 端之间电阻的阻值Rab。其中电源U1为恒定低压电压源(如DCWVhLhLs为可调电阻桥臂;R3 为10~100Q的固定电阻。
[0013] 2)将档位开关调到"2"档，如图2所示构成惠斯通电桥2,通过继电器调节可调电阻 Ri、R2使电桥达到平衡；当调换电压表V的表笔时，如果电压表读数前后不变或变化量在2微 伏范围内，才能视为电桥达到平衡状态。此时根据电桥计算公式可以计算出潜油电缆绝缘 故障点E到电缆两个端点A、B两端的阻值之比。其中U2为小功率0~10000V可调直流电压源； L1、L 2为可调电阻桥臂;Re为故障点E处电缆销皮与电缆A相芯线之间的绝缘电阻;Rb e为电缆B 端到故障点E之间的电阻，作为电桥的一个桥臂;Rae为电缆A端到故障点E之间的电阻，也作 为电桥的一个桥臂。
[0014] 3)计算RAE，求出故障点E到A端的距离。Rae为故障点E至A端阻值大小；已知潜油电 缆线芯电阻率P、电缆线芯横截面积S和RAE，求出A端距离故障点E的距离L，由此可以确定故 障点E的位置。
【附图说明】
[0015] 图1为惠斯通电桥1原理示意图。
[0016] 图中：1为可调惠斯通桥臂U，2为可调惠斯通桥臂L2,3为固定电阻R3,4为潜油电缆 A、B两端之间电阻的阻值R AB，5为恒压低压直流电源U1。
[0017] 图2为惠斯通电桥1原理结构图。
[0018]图3为惠斯通电桥2原理示意图。
[0019] 图中：1为可调惠斯通桥臂U，2为可调惠斯通桥臂L2,3为电缆B端到故障点E之间的 电阻阻值Rbe，4为电缆A端到故障点E之间的电阻阻值R AE，5为小功率高压可调直流电源U2。
[0020] 图4为惠斯通电桥2原理结构图。
[0021] 图5为整体设计电路图。
[0022]图6为可调电阻桥臂U、L2的连接原理图。
[0023]其中：可调电阻桥臂1^丄2的连接图相同。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0025] 首先，如图2所示，将Ka、Kb调节到T档，接入电源山，将导线a端、导线b端，分别固 定到电缆的A、B端，固定导线d于潜油电缆的铠皮D端上，构成惠斯通电桥1。根据电压表V的 示数，通过控制继电器调节可调电阻桥臂1^丄 2，直至电桥达到平衡状态，将桥臂1^丄2的阻 值分别记录为Rn和R21。其中，电源U1采用恒压低压直流电源。
[0026] 然后，如图4所示，将Ka、Kb调节到"2"档，接入0~10000V小功率高电压可调电压源， 接线方式不变，构成惠斯通电桥2,其中Re为E点潜油电缆的绝缘电阻。根据电压表V的示数， 控制继电器调节可调电阻Ri、R 2至电桥平衡，将此时桥臂U、L2的阻值分别记录为R12和R22。
[0027]在完成了两次电桥测量后，根据电桥平衡时的数据，通过计算得到故障点的位置。 计算方法如下：
[0028]当电桥1调节平衡之后，将记录的电桥中可调电阻桥臂的数值Rn和R21及已知电阻 R3的电阻值代入下式 (1)
[0030]计算得出整段电缆的阻值为
(2)
[0032]惠斯通电桥2调节平衡之后，将记录的电桥中可调电阻桥臂的数值R12和R22的电阻 值代入下式
(3)
[0034] 计算得出故障点E到电缆两个端子A和B的电阻的比值，并根据公式
[0035] Rab = Rae+Rbe (4)
[0036] 可以得出AE段的电阻值
(5)
[0038] 并根据已知的电缆芯线电阻率P( Q .m)和电缆线芯截面积S，即可得到电缆A端到 故障点E的距离
(6)
[0040]从而实现故障点定位。
【主权项】
1. 两次惠斯通电桥法定位潜油电缆绝缘故障点的方法，其特征在于:搭建惠斯通电桥I 测量潜油电缆A、B两端间阻值Rab的大小;搭建惠斯通电桥2测量绝缘故障点E到潜油电缆A 端、B端的电阻阻值Rae、RBe的比例;通过计算求出绝缘故障点E到电缆A端的阻值Rae。2. 根据权利要求1所述方法，根据潜油电缆铜芯的电阻率P、电缆铜芯横截面积S和Rae的 关系，计算出A、E之间的距离L，确定故障点E的位置;潜油电缆绝缘故障定位的计算公式为：其中，L为A点到E点的距离;P为电缆线芯的电阻率;S为电缆线芯横截面积、Rn、R21为电 桥1平衡时公用可调电阻桥臂阻值;R12、R22为电桥2平衡时公用可调电阻桥臂1^丄 2的 阻值。3. 根据权利要求1、2所述方法，其特征在于：用继电器控制调节电桥1、电桥2中的公用 可调电阻桥臂1^丄2的阻值；电桥1、电桥2中的公用可调电阻桥臂1^丄 2分别用多个精准电阻 串联组成，且每个电阻与一个继电器的常开触点相并联，当继电器的常开触点闭合时，与其 相并联的电阻被短路而相当于一个〇欧姆的电阻，通过用微处理器控制继电器动作的方式 实现桥臂电阻值的自动调节;使得电桥达到平衡，并记录可调电阻桥臂1^丄 2的阻值。4. 根据权利要求1、2、3所述方法，判断电桥平衡的方法其特征在于：用分辨率<1μν的 直流数字电压表测量电桥的输出电压；当对调电压表正负表笔时，电压表数值保持不变或 误差保持在± 2μν范围内。5. 根据权利要求1、2、3所述方法，其特征在于:惠斯通电桥1中的桥臂电阻R3最优取值范 围R3=IO~200 Ω，其电阻采用低温漂高精密薄膜芯片电阻，其精度为〇.〇1%，温漂为5ppm。6. 根据权利要求1、2、3、4所述方法，其特征在于:绝缘电阻Rd阻值范围很大，为了保证电 桥上有合适的电压，以便电压表能精确反映电桥的状态，惠斯通电桥2的直流电压源U2采用 小功率高电压可调稳压源，电源电压调节范围为〇~10000V。
【文档编号】G01R31/08GK105891675SQ201610221333
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】刘广孚, 郭亮, 游永智, 朱赫, 董雪, 郭曙光, 常先宇, 常云飞, 周凯迪
【申请人】中国石油大学(华东)