一种具有限流保护的电流传输信号方法与流程

本发明涉及一种具有限流保护的电流传输信号方法，属于油藏地质开采中的实时运行动态监测。

背景技术：

1、电动潜油离心泵作为一种无长距离传动杆井下机械采油设备具有排量大、扬程高的特点，在注水开发高产油水井、海上油田采油中发挥了普通机械采油设备不可替代的作用。潜油电泵机组不间断长期工作在高温、高压、高振动的恶劣环境，为了保护其安全运行需要对其进行实时工作状态的无人智能监测，并根据监测数据调节潜油电泵机组工作参数。井下仪器接在潜油电泵之下，国内现有的测试仪器很少在潜油电泵下端串接限流保护的功能仪器，如果井下仪器电流过大或短路损坏将造成潜油电泵无法正常工作和损坏。

2、油井井口距离井下液面几百米至几千米不等，在变频复杂干扰环境中将井下电机监测参数传输到地面是阻碍开发该类仪器的瓶颈。传统的高频电力线载波modem通讯电路经过国内外大学、科研机构和行业企业试验都无法满足油井下的可靠数据通讯，原因在于潜油电泵电力线路随机存在变频谐波干扰、电机绕组或三相电抗器不对称、断相引起的瞬态高压等诸多不确定因素，容易造成载波信号波形衰减变形，严重时无法准确解码。电平信号传输易受电机负载变化电压波动影响和电缆长度阻抗变换影响，使得误码率高丢帧严重。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种具有限流保护的电流传输信号方法。该方法能够避免潜油电泵因其它串接仪器故障而损坏，能保证某一个仪器短节损坏不影响其它仪器短节的正常工作，利用恒定的直流电流值将井下仪器采集的参数转化为对应数字量传输到地面，具有很强的抗干扰能力。

2、本发明的技术方案：一种具有限流保护的电流传输信号方法，包括恒流电路、电流短路保护电路、过压保护电路、低纹波精密电源电路和d/a驱动下的恒流发送电路，其中恒流电路分别与仪器高压电源与信号公用总线和电流短路保护电路连接，电流短路保护电路经过压保护电路与低纹波精密电源电路连接，通过低纹波精密电源电路为井下每个仪器短节提供低压仪器电源，d/a驱动下的恒流发送电路将井下仪器短节测试参数进行数字调制，依据协议载波到仪器高压电源与信号公用总线上进行信号传输。

3、前述的一种具有限流保护的电流传输信号方法中，所述恒流电路由第一三级管、第一二极管、第二二极管、第一电阻和第二电阻构成；其中第一三极管的基极分别与第一二极管的正极和第二二极管的负极连接，第一三级管的集电极和第一电阻的另一端连接到仪器高压电源与信号公用总线上；第一三级管的发射极和第二电阻一端连接；第一二极管的负极与第一电阻的一端连接；第二二极管的正极和第二电阻的另一端与电流短路保护电路连接。

4、前述的一种具有限流保护的电流传输信号方法中，所述电流短路保护电路由第二三极管、第三二极管和第三电阻构成；其中第二三极管的基极分别与第三二极管的正极和第三电阻的一端连接；第二三极管的集电极与第三二极管的负极、第二二极管的正极以及第二电阻的另一端连接；第二三极管的发射极为电平输出端口与过压保护电路连接；第三电阻的另一端接地。

5、前述的一种具有限流保护的电流传输信号方法中，所述过压保护电路由第三三极管、第四二极管、第四电阻构成；其中第三三极管的基极与第四二极管的负极和第四电阻的一端连接；第四电阻的另一端连接第三三极管的集电极和第二三极管的发射极；第三三极管的发射极为电平输出端口与低纹波精密电源电路连接，第四二极管的正极接地。

6、前述的一种具有限流保护的电流传输信号方法中，所述低纹波精密电源电路由第一电容、第二电容、第四三极管、第一运算放大器、第五二极管构成；其中第一电容的一端分别与第四三极管的集电极、过压保护电路的第三三极管的发射极、以及第一运算放大器的电源正输入端口8脚连接；第五二极管的负极连接第一运算放大器的信号正输入端3脚；第一运算放大器的信号负输入端2脚分别连接第四三极管的发射极和第二电容的一端；第四三极管的发射极输出稳压后的低压仪器电源；第一电容和第二电容的另一端、第五二极管的正极、第一运算放大器的电源负输入端口4脚接地；第一运算放大器的电源输出端口1脚与第四三极管的基极连接。

7、前述的一种具有限流保护的电流传输信号方法中，所述d/a驱动下的恒流发送电路由第二运算放大器、第五三极管、第六二极管、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻构成；其中第五电阻一端接入仪器高压电源与信号公用总线，另一端连接第五三极管的集电极；第五三极管的基极通过第六电阻与第二运算放大器的电源输出端口7脚连接；第八电阻连接第二运算放大器的信号负输入端6脚和第五三极管的发射极形成反馈，第七电阻的一端连接第五三极管的发射极和第八电阻、另一端接地；第二运算放大器的信号正输入端5脚连接第六二极管的负极和第九电阻的一端，第六二极管正极接地，第九电阻的另一端为d/a控制信号输入端。

8、前述的一种具有限流保护的电流传输信号方法中，所述恒流电路中第一三级管为高压大功率npn达林顿管，其放大倍数≥1000倍，ce之间允许耐压为仪器高压电源与信号公用总线最高电压的2倍；第一二极管为恒流管，恒流值在0.5ma～1ma；第二二极管为齐纳二极管；第二电阻r2为低温漂精密功率电阻；

9、所述电流短路保护电路中第二三级管为低压功率达林顿管，其放大倍数为100～300倍，ce之间允许耐压不超过仪器高压电源与信号公用总线的最高电压；第三二极管为普通稳压二极管稳压范围为1.0v～1.5v；

10、所述过压保护电路中第三三级管为低压功率达林顿管，其放大倍数≥100倍；第四二极管为齐纳二极管，其稳压值大于仪器所需要的低压仪器电源2v～3v；第四电阻为0.5w的普通功率电阻，取值在10kω～20kω之间。

11、前述的一种具有限流保护的电流传输信号方法中，所述低纹波精密电源电路中第一电容和第二电容为高温陶瓷电容，容量≥10μf，第四三级管为高速开关三极管，其放大倍数为10～30倍；第一运算放大器为轨至轨高精密低功耗运算放大器；第五二极管为高精度低温漂稳压基准电源。

12、前述的一种具有限流保护的电流传输信号方法中，所述d/a驱动下的恒流发送电路中第二运算放大器为轨至轨高精密低功耗运算放大器；第五三级管为高压高速开关三极管，其放大倍数为50～80倍；第五电阻为普通功率电阻；第六电阻、第七电阻、第八电阻为高精密低温漂电阻。

13、前述的一种具有限流保护的电流传输信号方法中，所述井下仪器短节测试参数的大小转化为4进制编码与恒流直流大小成比例对应关系。

14、本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的方法由恒流电路、电流短路保护电路、过压保护电路、低纹波精密电源电路、d/a驱动下的恒流发送电路组成，仪器高压电源与信号公用总线经过恒流电路、电流短路保护电路、过压保护电路、低纹波精密电源电路为井下每个仪器短节提供电源，d/a驱动下的恒流发送电路将井下仪器短节测试参数载波到电源总线上，该方法使得任意仪器功能短节损坏时不会影响其它支路仪器工作，仪器损坏短路不会造成潜油电泵的电机线圈设备短路烧毁，可用于直流电源或交流电源线路中进行载波信号传输，传输信号幅度大小不受电缆阻抗变化和电源频率变化的影响，由分离器件构成工作温度可以达到175℃以上，具有极强的抗变频干扰和缺项短路保护功能，实现了复杂交流电压波动情况下的信号可靠传输。