一种潜油电泵机组的泄漏电流的监控系统及方法与流程

本发明涉及石油开采设备潜油电泵监控技术领域，尤其涉及一种潜油电泵机组的泄漏电流的监控系统及方法。

背景技术：

通常认为绝缘体是不导电的，但实际上，几乎没有一种绝缘材料是绝对不导电的。任何一种绝缘材料，在其两端施加电压，总会有一定电流通过，这种电流的有功分量叫做泄漏电流，而这种现象也叫做绝缘体的泄漏。实际上，泄漏电流是电气线路或设备在没有故障而施加电压的情况下，流经绝缘部分的电流。因此，泄漏电流的大小是衡量电器绝缘性能好坏的重要标志之一，是产品安全性能的主要指标。将泄漏电流限制在一个很小值，这对提高产品安全性能具有重要作用。

在石油开采领域，潜油电泵机组在没有故障而施加电压的作用下，在三相电缆的绝缘层的绝缘性能老化处，三相导线与电缆铠皮之间形成回路，从而会产生泄露电流。采油井井下的环境十分复杂，比如井下的高温高压环境以及硫化氢、二氧化碳等一些油井化学剂会造成潜油电泵机组的输电电缆绝缘损坏，造成系统破坏性故障。所以潜油电泵机组的泄漏电流的测量是非常重要的。

在现有技术中，为了保证潜油电泵的安全使用，在下井前对潜油电泵机组进行绝缘测试，也就是测量潜油电泵机组的泄漏电流。测量过程中使用的是2.5KV-10KV的兆欧表。测量时将表笔负极接待测相线，表笔正极接地。尽管兆欧表的输出电流很小，但是如果不采取保护措施，兆欧表产生的瞬间高压将会击穿使井下设备损坏。因此还在通路的电机星点位置接一个高压二极管，以在绝缘测试时保护井下设备，除非高压二极管击穿，否则井下设备不会有瞬时高压电流流过。此方法的缺点是，只能保证潜油电泵机组下井前绝缘性能的可靠性，无法实时测量潜油电泵机组工作时的绝缘性能，一旦绝缘出现故障，没有相应的数据支持，工作人员无法对潜油电泵机组的工况进行预估，没有办法采取相应的解决措施。要想知道潜油电泵机组长期工作下绝缘性能的好坏，潜油电泵必须停止工作，起出全部油管，既浪费时间又花费资金。

另一种检测潜油电泵机组的泄漏电流的方法为，在井下参数单元供电两极之间反并联一个二极管，当井上二次仪表提供正电压时，二极管不导通，井下电路部分能正常工作，能够检测除机组泄露电流值外的参数。当井上二次仪表向下提供反压时，反并联二级管导通，井下电路部分被旁路掉，此时其他部件不能工作。此时的系统电流就是潜油电泵机组的泄漏电流。通过检测回路中的电流值便完成中性点泄漏电流的测量。此方法的缺点是，只有给井下提供反向电压时，才可以测得泄漏电流，不能实时监测。

现阶段国内家用电器泄漏电流的测量有一套非常成熟的测量规范，但这种测量方法必须是具有一定资质的检测机构才能对电器进行测量。用户自身在没有专业技术支持的情况下无法实现泄漏电流的测量。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种潜油电泵机组的泄漏电流的监控系统及方法；在潜油电泵处于井下并处于工作状态的情况下也能够实现泄漏电流的监控；不需要给井下提供反压，能够实现实时监控；监控技术简单，不需要为用户提供专业技术支持。

本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种实时监控潜油电泵机组的泄漏电流的系统，所述系统包括：

闭环霍尔电流传感器，为潜油电泵供电的三相电缆的电缆铠皮穿过所述闭环霍尔电流传感器的内孔，以使得所述闭环霍尔电流传感器从流经所述电缆铠皮的电流中测量出交流形式的所述泄漏电流的大小并将所述泄漏电流的大小转换成直流模拟值，其中，流经所述电缆铠皮的电流包括交流形式的所述泄漏电流和用于测量所述潜油电泵的多个井下参数的井下测量单元产生的直流形式的参数电流信号；

微控制单元，配置为接收所述直流模拟值并将所述直流模拟值与泄漏电流阈值进行比较；

报警模块，配置为当所述直流模拟值大于所述泄漏电流阈值时报警并使所述潜油电泵机组停止工作。

第二方面，本发明实施例提供了一种实时监控潜油电泵机组的泄漏电流的方法，所述方法应用于第一方面所述的系统，所述方法包括：

闭环霍尔电流传感器从流经电缆铠皮的电流中测量出交流形式的所述泄漏电流的大小并将所述泄漏电流的大小转换成直流模拟值；

微控制单元接收所述直流模拟值并将所述直流模拟值与泄漏电流阈值进行比较；

报警模块在所述直流模拟值大于所述泄漏电流阈值时报警并使所述潜油电泵机组停止工作。

本发明实施例提供了一种潜油电泵机组的泄漏电流的监控系统及方法；通过在地面使用闭环霍尔电流传感器测量泄漏电流，不用将潜油电泵机组全部起出井口；闭环霍尔电流传感器只能测得交流电流值，不会被同样流经电缆铠皮的直流参数电流信号所影响，可以实时监测潜油电泵机组的电流泄漏情况；闭环霍尔电流传感器与被测电流流经的回路之间没有直接的电气连接，不会消耗被测电流流经的回路的能量，对回路的影响较小，测量值比较准确；测量方法简单，不需要用户具备专业技能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种实时监控潜油电泵机组的泄漏电流的系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种潜油电泵机组以及实时监控该潜油电泵机组的泄漏电流的系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种闭环霍尔电流传感器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种实时监控潜油电泵机组的泄漏电流的方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种实时监控潜油电泵机组200的泄漏电流LC的系统100。所述潜油电泵机组200包括由三相交流电源210供电的潜油电泵230(参见图2)，其中，三相交流电源210经由变频控制器220通过三相电缆240为潜油电泵230供电，所述三相电缆240包括三相导线241、电缆铠皮242以及所述三相导线241与所述电缆铠皮242之间的绝缘层243。所述泄漏电流LC(在图2中以实线箭头示出)是在潜油电泵230通过三相电缆240供电时，在所述绝缘层243的绝缘性能老化处(例如图2中所示的绝缘老化点244处)由所述三相导线241与所述电缆铠皮242形成回路而产生的流经所述电缆铠皮242的交流电流。所述潜油电泵机组200还包括用于测量所述潜油电泵230的多个井下参数(比如温度、振动、所承受的压力)的井下测量单元250(参见图2)，井下测量单元250产生的直流形式的参数电流信号PC(在图2中以虚线箭头示出)通过所述电缆铠皮242传输到地面，井下测量单元250依据井上星点O1与井下星点O2之间的星点等势原理被供电。所述系统100包括：

闭环霍尔电流传感器110，为潜油电泵230供电的三相电缆240的电缆铠皮242穿过所述闭环霍尔电流传感器110的内孔H(参见图2)，以使得所述闭环霍尔电流传感器110从流经所述电缆铠皮242的电流中测量出交流形式的所述泄漏电流LC的大小并将所述泄漏电流LC的大小转换成直流模拟值，其中，流经所述电缆铠皮242的电流包括交流形式的所述泄漏电流LC和用于测量所述潜油电泵230的多个井下参数的井下测量单元250产生的直流形式的参数电流信号PC；

微控制单元120，配置为接收所述直流模拟值并将所述直流模拟值与泄漏电流阈值进行比较；

报警模块130，配置为当所述直流模拟值大于所述泄漏电流阈值时报警并使所述潜油电泵机组200停止工作。

闭环霍尔电流传感器110的工作原理如下：被测电流产生的磁场被闭环霍尔电流传感器110的霍尔元件111(参见图4)所感应，所产生的输出信号驱动相应的功率管使其导通，产生补偿电流，补偿电流流过绕制的次级线圈产生磁场。该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，补偿了原来的磁场，使得霍尔元件111的感应输出减小。当被测电流产生的磁场与补偿电流产生的磁场相等时，补偿电流不再增加，霍尔元件感应的磁场为零，闭环霍尔电流传感器通过补偿电流测得的被测电流。由上述工作原理可知，闭环霍尔电流传感器110只能测得交流电流值，因此不会被经由电缆铠皮242从井下传输上来的直流参数电流信号PC所影响，从而可以实时监测潜油电泵机组200的电流泄漏情况。而且，闭环霍尔电流传感器110与被测电流流经的回路之间没有直接的电气连接，不会消耗被测电流流经的回路的能量，对回路的影响较小，测量值比较准确。

在本发明的优选实施方式中，如图2所示，所述系统100还可以包括显示屏140，所述显示屏140配置为实时显示所述微控制单元120接收到的直流模拟值。

在本发明的优选实施方式中，如图2所示，所述系统100还可以包括上位机150，所述上位机150配置为实时绘制与所述微控制单元120接收到的直流模拟值对应的绝缘性能曲线。潜油电泵机组200的绝缘性能是一个缓慢衰减的变量，所以代表潜油电泵机组200的绝缘性能好坏的泄漏电流LC也是一个需要长期实时监测的量。将泄漏电流值绘制成一条随时间变化的曲线图，用户可以观测到潜油电泵机组200的绝缘性能随时间变化的情况，能及时判断绝缘性能的老化程度，并预测潜油电泵机组200的绝缘老化趋势以便及时采取相应保护措施，保障潜油电泵机组的安全运行。

在本发明的优选实施方式中，如图2所示，所述系统100还包括多通道模拟量采集模块160，所述多通道模拟量采集模块160配置为通过第一通道采集所述闭环霍尔电流传感器110输出的所述直流模拟值并将所述直流模拟值发送给所述微控制单元120。

在本发明的优选实施方式中，如图2所示，所述多通道模拟量采集模块160进一步配置为通过第二通道采集经由所述电缆铠皮242传输的所述参数电流信号并将所述参数电流信号发送给所述微控制单元120。

图2还示出了为闭环霍尔电流传感器110、微控制单元120、模拟量采集模块160以及井下测量单元250供电的电源。参见图2，井上电源板SP上安装有供电模块S1-S3，这些供电模块由例如图2中示出的85～265VAC电源S提供电能。供电模块S1例如为开关电源，为闭环霍尔电流传感器110提供±12V的双电源供电电压并且为多通道模拟量采集模块160提供12V的供电电压；供电模块S2例如为型号为MTW3-S5H的AC/DC模块，为微控制单元120提供5V的供电电压；供电模块S4通过滤波电路251和三相电抗绕组252为井下测量单元250提供电能，供电模块S4例如为讯杰电子MEW5-S60A的AC/DC模块，产生60V井下供电电压。

对于上述闭环霍尔电流传感器110，图3示出了本发明实施例提供的一种闭环霍尔电流传感器110的结构示意图。如图3所示，所述闭环霍尔电流传感器110包括闭环霍尔元件111和变送器112，所述闭环霍尔元件111在与所述电缆铠皮242没有直接电气连接的情况下测量出所述泄漏电流LC的大小，为了便于微控制单元120接收泄漏电流信号，所述变送器112将所述泄漏电流LC的大小转换成所述直流模拟值。所述变送器112包括四个接口，第一接口I1和第二接口I2为双电源供电接口，第三接口I3接地，第四接口I4为变送输出接口，例如可以采用山东元星电子生产的泄漏电流变送器，将输入的0-50mA交流电流转换成4-20mA标准直流电流信号变送输出。

针对上述系统，参见图4，其示出了本发明实施例所提供的一种实时监控潜油电泵机组200的泄漏电流LC的方法，所述方法应用于上述实施例所描述的实时监控潜油电泵机组200的泄漏电流LC的系统，所述方法包括：

S401：闭环霍尔电流传感器110从流经所述电缆铠皮242的电流中测量出交流形式的所述泄漏电流LC的大小并将所述泄漏电流LC的大小转换成直流模拟值；

S402：微控制单元120接收所述直流模拟值并将所述直流模拟值与泄漏电流阈值进行比较；

S403：报警模块130在所述直流模拟值大于所述泄漏电流阈值时报警并使所述潜油电泵机组200停止工作。

针对图4所示的技术方案，在优选实施方式中，所述方法还包括显示屏140实时显示所述微控制单元120接收到的直流模拟值。

针对图4所示的技术方案，在优选实施方式中，所述方法还包括上位机150实时绘制与所述微控制单元120接收到的直流模拟值对应的绝缘性能曲线。

针对图4所示的技术方案，在优选实施方式中，所述方法还包括多通道模拟量采集模块160通过第一通道采集所述闭环霍尔电流传感110器输出的所述直流模拟值并将采集到的直流模拟值发送给所述微控制单元120。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。