CN111864772A - 一种油井控制柜井底采集供电装置 - Google Patents

一种油井控制柜井底采集供电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油井控制柜井底采集供电装置，包括供电输入模块和第一供电模块；所述第一供电模块的输入端与所述供电输入模块的输出端连接；所述第一供电模块的输出端为采集模块供电；所述第一供电模块包括储能单元，所述储能单元设置在所述第一供电模块输出端与所述供电输入模块之间。本发明有效解决潜油柱塞泵工作频次造成采集模块中途断电的问题。

Description

一种油井控制柜井底采集供电装置
技术领域
本发明涉及油田数字化领域，尤其是涉及一种油井控制柜井底采集供电装置。
背景技术
在对石油资源的勘探及开发过程中，测试油井的状态对于保持资源的可持续利用有重要意义。其中一项重要的功能就是井底信息的采集，即将井底的信息采集下来，传输到井上以供进行实时的检测并分析。这里的信息采集主要是指井下的温度、压力等参数，基于对井下动力载波数据采集可以使潜油直驱螺杆泵运行实现闭环控制，对于机组稳定运行提供保证；以及对于之后***故障诊断以及大数据故障分析提供基础。
井底的信息采集主要由载波采集模块实现，井下的载波采集模块，主要通过潜油直驱螺杆泵上一相的抽头供电，井上控制柜部分给出电压激励，然后通过动力线缆上供电给井下的载波采集模块。由于驱动螺杆泵***控制具有间歇性，潜油柱塞泵工作频次会造成载波采集模块中途断电的问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种油井控制柜井底采集供电装置，其有效解决潜油柱塞泵工作频次造成采集模块中途断电的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：
一种油井控制柜井底采集供电装置，包括供电输入模块和第一供电模块；所述第一供电模块的输入端与所述供电输入模块的输出端连接；所述第一供电模块的输出端为采集模块供电；所述第一供电模块包括储能单元，所述储能单元设置在所述第一供电模块输出端与所述供电输入模块之间。
所述采集模块为载波采集模块。
在所述供电输入模块有电压输入状态下，电压通过所述供电输入模块传送至所述第一供电模块中；此时设置在所述第一供电模块中的储能单元开始储能，并且所述第一供电模块的输出端输出供采集模块工作的工作电压；
在所述供电输入模块没有电压输入状态下，所述储能单元开始放电，所述第一供电模块依靠所述储能单元在其输出端输出供采集模块工作的工作电压；
采用上述结构，所述储能单元能在所述供电输入模块有输入电压的情况下进行储能充电；所述储能单元在所述供电输入模块没有输入电压的情况下进行放电为所述第一供电模块供电；实现在所述供电输入模块断电的情况下，所述第一供电模块依然能输出电压供所述采集模块功能。
具体的，所述供电输入模块的电压来源于潜油直驱螺杆泵上一相的抽头；当所述潜油直驱螺杆泵正常工作时，所述潜油直驱螺杆泵上一相的抽头为所述供电输入模块供电；当所述潜油直驱螺杆泵处于工作间歇期间时，所述潜油直驱螺杆泵上一相的抽头停止为所述供电输入模块供电，即所述供电输入模块无电压输入即断电。
进一步地，所述油井控制柜井底采集供电装置包括第二供电模块；所述第二供电模块的输入端与所述供电输入模块的输出端连接；所述第二供电模块的输出端为控制模块供电。
控制模块一般采用单片机，其主要是接收采集模块采集的数据，再将数据发送至井上。
由于储能单元的储能能力有效，即在断电情况下，其能提供的电量有限，而控制模块***的耗电量又比较大；故采用上述结构，多设置一路第二供电模块为控制模块供电，将采集模块与控制模块分开供电，防止在断电的情况下，控制模块将储能单元内的电量快速消耗，保证所述第一供电模块在断电情况下始终能为采集模块提供工作电压。
进一步地，所述第一供电模块包括第一开关电源单元，所述第一开关电源单元设置在所述储能模块与所述第一供电模块的输出端之间；所述第二供电模块包括第二开关电源单元，所述第二开关电源单元设置在所述第二供电模块的输出端之前。
采用上述结构，所述第一开关电源单元将所述第一供电模块输入至第一开关电源单元的电压进行转化，并输出采集模块工作时所需要的工作电压；
所述第二开关电源单元将所述第二供电模块输入至第二开关电源单元的电压进行转化，并输出控制模块工作时所需要的工作电压；
具体的，所述第一开关电源单元和第二开关电源单元包括开关电源芯片及其***电路。
进一步地，所述供电输入模块设置有载波隔离单元。
所述所述载波隔离单元包括差模电感L1、L2，主要用于隔离高频载波信号，放置动力线载波信号衰减，同时起到一定的滤波效果；
所述载波隔离单元还包括共模电感T1，主要用于抑制共模噪声。
进一步的，所述供电输入模块还设置有保险单元，具体为熔断器；主要用于交流输入保护，即防止电路过载、短路。
进一步地，所述油井控制柜井底采集供电装置包括第一整流模块；所述第一整流模块设置在所述供电输入模块与所述第一供电模块的连接处。
所述供电输入模块输入的为交流电，而所述第一供电模块需要输出直流电；采用上述结构，所述供电输入模块输入的交流电通过所述第一整流模块转化为直流电。
具体的，所述第一整流模块为四个二极管组成的全桥电路；其中第一个二极管的正极与第二个二极管的负极连接，并在连接处引出交流输入端；第二个二极管的正极与第三个二极管的正极连接，并在连接处引出直流负极输出端；第三个二极管的负极与第四个二极管的正极连接，并在连接处引出交流输入端；第四个二极管的负极与第一个二极管的负极连接，并在连接处引出直流正极输出端；
第一整流模块中的交流输入端与所述供电输入模块连接；直流负极输出端接地；直流正极输出端与所述储能单元、第一开关电源单元连接。
进一步地，所述油井控制柜井底采集供电装置包括第二整流模块，而所述第二供电模块需要输出直流电；所述第二整流模块设置在所述供电输入模块与所述第二供电模块的连接处。
所述供电输入模块输入的为交流电；采用上述结构，所述供电输入模块输入的交流电通过所述第二整流模块转化为直流电。
具体的，所述第二整流模块为四个二极管组成的全桥电路，结构与第一整流模块相同；其中，第二整流模块的交流输入端与所述供电输入模块连接；直流负极输出端接地；直流正极输出端与所述第二开关电源单元连接。
进一步地，所述储能单元前设置有预充限流单元。
储能单元前具体理解为：所述供电输入模块与储能单元之间，具体为所述第一整流模块与所述储能单元之间。
所述预充限流单位为限流电阻，主要用于限制电流大小，防止储能单元充电时，瞬时电流过大，造成储能单元寿命的缩减。
进一步地，所述第一开关电源单元前设置有直流输入保护单元。
所述第一开关电源单元前可理解为储能单元与第一开关电源单元之间。
采用上述结构，所述直流输入保护单元主要用于对所述第一开关电源单元的输入进行保护。
进一步地，所述第二开关电源单元前设置有直流输入保护单元。
第二开关电源单元前具体理解为：所述第二供电单元的输入端与第二开关电源单元之间，具体为所述第二整流模块与所述第二开关电源单元之间。
采用上述结构，所述直流输入保护单元主要用于对所述第二开关电源单元的输入进行保护。
进一步地，所述储能单元包括两个具有较大电容量的储能电容；所述储能电容的一端与所述第一供电模块的输出端连接，另一端接地。
采用上述结构，储能电容用于储存能量，以保证中途中途断电时维持采集模块的正常供电需求。
进一步地，所述直流输入保护单元包括防反二极管、以及保护二极管；所述第一供电模块、第二供电模块设置的直流输入保护单元中的防反二极管分别串联在所述第一开关电源单元、第二开关电源单元之前；所述第一供电模块、第二供电模块设置的直流输入保护单元中的保护二极管的负极分别与所述第一开关电源单元、第二开关电源单元连接，正极均接地。
采用上述结构，所述防反二极管用于防止电压反向输入第一开关电源单元和第二开关电源单元，造成元器件的损坏；所述保护二极管采用TVS管，用于对所述第一开关电源单元、第二开关电源单元的瞬时过载保护。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的油井控制柜井底采集供电装置，其设置有储能单元有效解决潜油柱塞泵工作频次造成载波采集模块中途断电的问题。
(2)本发明的油井控制柜井底采集供电装置，其采用采集模块与控制模块分开双路供电形式，解决控制模块耗电大，易在断电时将储能单元存储的能量快速耗尽，导致采集模块供电不足的问题。
(3)本发明的油井控制柜井底采集供电装置的结构设计合理。
附图说明
图1为本发明油井控制柜井底采集供电装置的结构框图示意图；
图2为本发明油井控制柜井底采集供电装置的具体电路结构示意图；
附图标记：1供电输入模块；101载波隔离单元；102保险单元；2第一供电模块；201储能单元；202第一开关电源单元；203预充限流单元；3第二供电模块；301第二开关电源单元；4第一整流模块；5第二整流模块；6直流输入保护单元；601防反二极管；602保护二极管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1—2所示，一种油井控制柜井底采集供电装置，包括供电输入模块1和第一供电模块2；所述第一供电模块2的输入端与所述供电输入模块1的输出端连接；所述第一供电模块2的输出端为采集模块供电；所述第一供电模块2包括储能单元201，所述储能单元201设置在所述第一供电模块2输出端与所述供电输入模块1之间。
所述采集模块为载波采集模块。
在所述供电输入模块1有电压输入状态下，电压通过所述供电输入模块1传送至所述第一供电模块2中；此时设置在所述第一供电模块2中的储能单元201开始储能，并且所述第一供电模块2的输出端输出供采集模块工作的工作电压；
在所述供电输入模块1没有电压输入状态下，所述储能单元201开始放电，所述第一供电模块2依靠所述储能单元201在其输出端输出供采集模块工作的工作电压；
采用上述结构，所述储能单元201能在所述供电输入模块1有输入电压的情况下进行储能充电；所述储能单元201在所述供电输入模块1没有输入电压的情况下进行放电为所述第一供电模块2供电；实现在所述供电输入模块1断电的情况下，所述第一供电模块2依然能输出电压供所述采集模块功能。
具体的，所述供电输入模块1的电压来源于潜油直驱螺杆泵上一相的抽头；当所述潜油直驱螺杆泵正常工作时，所述潜油直驱螺杆泵上一相的抽头为所述供电输入模块1供电；当所述潜油直驱螺杆泵处于工作间歇期间时，所述潜油直驱螺杆泵上一相的抽头停止为所述供电输入模块1供电，即所述供电输入模块1无电压输入即断电。
优选的，所述油井控制柜井底采集供电装置包括第二供电模块3；所述第二供电模块3的输入端与所述供电输入模块1的输出端连接；所述第二供电模块3的输出端为控制模块供电。
控制模块一般采用单片机，其主要是接收采集模块采集的数据，再将数据发送至井上。
由于储能单元201的储能能力有效，即在断电情况下，其能提供的电量有限，而控制模块***的耗电量又比较大；故采用上述结构，多设置一路第二供电模块3为控制模块供电，将采集模块与控制模块分开供电，防止在断电的情况下，控制模块将储能单元201内的电量快速消耗，保证所述第一供电模块2在断电情况下始终能为采集模块提供工作电压。
在断电情况时，在第一供电模块2上设置储能单元201是因为，采集模块自身复位时间较长，而油井潜油泵的冲次时间很短，这样会导致采集模块采集的数据完全发不出来，故设置储能单元201；
而第二供电模块3无需设置储能单元201是因为，控制模块不用实时将数据传输至井上。
优选的，所述第一供电模块2包括第一开关电源单元202，所述第一开关电源单元202设置在所述储能模块与所述第一供电模块2的输出端之间；所述第二供电模块3包括第二开关电源单元202，所述第二开关电源单元202设置在所述第二供电模块3的输出端之前。
采用上述结构，所述第一开关电源单元202将所述第一供电模块2输入至第一开关电源单元202的电压进行转化，并输出采集模块工作时所需要的工作电压；
所述第二开关电源单元202将所述第二供电模块3输入至第二开关电源单元202的电压进行转化，并输出控制模块工作时所需要的工作电压；
具体的，所述第一开关电源单元202和第二开关电源单元202包括开关电源芯片及其***电路。
优选的，所述供电输入模块1设置有载波隔离单元101。
所述所述载波隔离单元101包括差模电感L1、L2，主要用于隔离高频载波信号，放置动力线载波信号衰减，同时起到一定的滤波效果；
所述载波隔离单元101还包括共模电感T1，主要用于抑制共模噪声。
进一步的，所述供电输入模块1还设置有保险单元102，具体为熔断器；主要用于交流输入保护，即防止电路过载、短路。
优选的，所述油井控制柜井底采集供电装置包括第一整流模块4；所述第一整流模块4设置在所述供电输入模块1与所述第一供电模块2的连接处。
所述供电输入模块1输入的为交流电，而所述第一供电模块2需要输出直流电；采用上述结构，所述供电输入模块1输入的交流电通过所述第一整流模块4转化为直流电。
具体的，所述第一整流模块4为四个二极管组成的全桥电路；其中第一个二极管的正极与第二个二极管的负极连接，并在连接处引出交流输入端；第二个二极管的正极与第三个二极管的正极连接，并在连接处引出直流负极输出端；第三个二极管的负极与第四个二极管的正极连接，并在连接处引出交流输入端；第四个二极管的负极与第一个二极管的负极连接，并在连接处引出直流正极输出端；
第一整流模块4中的交流输入端与所述供电输入模块1连接；直流负极输出端接地；直流正极输出端与所述储能单元201、第一开关电源单元202连接。
优选的，所述油井控制柜井底采集供电装置包括第二整流模块5，而所述第二供电模块3需要输出直流电；所述第二整流模块5设置在所述供电输入模块1与所述第二供电模块3的连接处。
所述供电输入模块1输入的为交流电；采用上述结构，所述供电输入模块1输入的交流电通过所述第二整流模块5转化为直流电。
具体的，所述第二整流模块5为四个二极管组成的全桥电路，结构与第一整流模块4相同；其中，第二整流模块5的交流输入端与所述供电输入模块1连接；直流负极输出端接地；直流正极输出端与所述第二开关电源单元202连接。
优选的，所述储能单元201前设置有预充限流单元203。
储能单元201前具体理解为：所述供电输入模块1与储能单元201之间，具体为所述第一整流模块4与所述储能单元201之间。
所述预充限流单位为限流电阻，主要用于限制电流大小，防止储能单元201充电时，瞬时电流过大，造成储能单元201寿命的缩减。
优选的，所述第一开关电源单元202前设置有直流输入保护单元6。
所述第一开关电源单元202前可理解为储能单元201与第一开关电源单元202之间。
采用上述结构，所述直流输入保护单元6主要用于对所述第一开关电源单元202的输入进行保护。
优选的，所述第二开关电源单元202前设置有直流输入保护单元6。
第二开关电源单元202前具体理解为：所述第二供电单元的输入端与第二开关电源单元202之间，具体为所述第二整流模块5与所述第二开关电源单元202之间。
采用上述结构，所述直流输入保护单元6主要用于对所述第二开关电源单元202的输入进行保护。
优选的，所述储能单元201包括两个具有较大电容量的储能电容；所述储能电容的一端与所述第一供电模块2的输出端连接，另一端接地。
采用上述结构，储能电容用于储存能量，以保证中途中途断电时维持采集模块的正常供电需求；具体的，两个储能电容采用两个10000UF的铝电解电容。
优选的，所述直流输入保护单元6包括防反二极管601、以及保护二极管602；所述第一供电模块2、第二供电模块3设置的直流输入保护单元6中的防反二极管601分别串联在所述第一开关电源单元202、第二开关电源单元202之前；所述第一供电模块2、第二供电模块3设置的直流输入保护单元6中的保护二极管602的负极分别与所述第一开关电源单元202、第二开关电源单元202连接，正极均接地。
采用上述结构，所述防反二极管601用于防止电压反向输入第一开关电源单元202和第二开关电源单元202，造成元器件的损坏；所述保护二极管602采用TVS管，用于对所述第一开关电源单元202、第二开关电源单元202的瞬时过载保护。
优选的，所述第二供电模块3在输入端侧设置第一电容，所述第一电容一端与所述第二供电模块3的输入端连接，另一端接地；所述第一电容主要用于滤波；具体的，所述所述第一电容采用一个560UF的铝电解电容。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种油井控制柜井底采集供电装置，其特征在于：包括供电输入模块(1)和第一供电模块(2)；所述第一供电模块(2)的输入端与所述供电输入模块(1)的输出端连接；所述第一供电模块(2)的输出端为采集模块供电；所述第一供电模块(2)包括储能单元(201)，所述储能单元(201)设置在所述第一供电模块(2)输出端与所述供电输入模块(1)之间。
2.根据权利要求1所述的油井控制柜井底采集供电装置，其特征在于：包括第二供电模块(3)；所述第二供电模块(3)的输入端与所述供电输入模块(1)的输出端连接；所述第二供电模块(3)的输出端为控制模块供电。
3.根据权利要求2所述的油井控制柜井底采集供电装置，其特征在于：所述第一供电模块(2)包括第一开关电源单元(202)，所述第一开关电源单元(202)设置在所述储能模块与所述第一供电模块(2)的输出端之间；所述第二供电模块(3)包括第二开关电源单元(301)，所述第二开关电源单元(301)设置在所述第二供电模块(3)的输出端之前。
4.根据权利要求1所述的油井控制柜井底采集供电装置，其特征在于：所述供电输入模块(1)设置有载波隔离单元(101)。
5.根据权利要求1所述的油井控制柜井底采集供电装置，其特征在于：包括第一整流模块(4)；所述第一整流模块(4)设置在所述供电输入模块(1)与所述第一供电模块(2)的连接处。
6.根据权利要求2所述的油井控制柜井底采集供电装置，其特征在于：包括第二整流模块(5)；所述第二整流模块(5)设置在所述供电输入模块(1)与所述第二供电模块(3)的连接处。
7.根据权利要求1所述的油井控制柜井底采集供电装置，其特征在于：所述储能单元(201)前设置有预充限流单元(203)。
8.根据权利要求3所述的油井控制柜井底采集供电装置，其特征在于：所述第一供电模块(2)包括设置在所述第一开关电源单元(202)前的直流输入保护单元(6)；所述第二供电模块(3)包括设置在所述第二开关电源单元(301)前的直流输入保护单元(6)。
9.根据权利要求1所述的油井控制柜井底采集供电装置，其特征在于：所述储能单元(201)包括两个具有较大电容量的储能电容；所述储能电容的一端与所述第一供电模块(2)的输出端连接，另一端接地。
10.根据权利要求8所述的油井控制柜井底采集供电装置，其特征在于：所述直流输入保护单元(6)包括防反二极管(601)、以及保护二极管(602)；所述第一供电模块(2)、第二供电模块(3)设置的直流输入保护单元(6)中的防反二极管(601)分别串联在所述第一开关电源单元(202)、第二开关电源单元(301)之前；所述第一供电模块(2)、第二供电模块(3)设置的直流输入保护单元(6)中的保护二极管(602)的负极分别与所述第一开关电源单元(202)、第二开关电源单元(301)连接，正极均接地。
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CN112838664A (zh) * 2020-12-30 2021-05-25 广州旭杰电子有限公司 一种新型高压直流供电装置
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