專利名稱：一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電源，特別是涉及一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源。
技術(shù)背景稠油在我國地下石油儲藏中占有相當?shù)谋壤?，尤其在我國的遼河油田及近年開發(fā)的西部油田中比例較高，它的特點是粘度大、凝固點高、流動性差，在常態(tài)下難以用傳統(tǒng)方法開采和集輸。經(jīng)過多年研究，國內(nèi)外稠油采集技術(shù)可分為化學(xué)方法、物理方法和生物方法三大類。前者污染環(huán)境問題難以解決，后者尚未達工業(yè)應(yīng)用水平，目前稠油采集主要采用物理方法降稠，除加柴油或煤油等稀釋降粘外，已實施工業(yè)應(yīng)用并確有成效的物理方法是熱米。電熱采是稠油熱采的其中一種，電熱采裝置通常由四大部分構(gòu)成專用加熱電源、空心抽油桿、空心抽油泵和加熱電纜。早期是利用專用加熱電源將空心抽油桿及抽油機整體作為一個負載加熱，這樣既解決了稠油在上抽舉升過程中有可能重新冷凝而阻塞油管的問題，又實現(xiàn)了不間斷連續(xù)采油，這是稠油熱采技術(shù)的一大進步。加熱電源是稠油電熱采技術(shù)裝置的核心。目前，很多電熱采井口電源十分簡易，只是一個單相隔離變壓器，將油田電網(wǎng)的中壓電變?yōu)樗璧蛪弘姾笾苯酉蚓矁?nèi)供電。顯然隔離變壓器的輸出是固定的，既不能靈活調(diào)壓，更不能調(diào)頻，也無法根據(jù)井口溫度要求實現(xiàn)閉環(huán)控制。這種粗放的電加熱方式電能利用率比較低，功率因數(shù)低，而且造成三相電網(wǎng)嚴重不平衡。此外，因為稠油電熱采加熱電源常年置于野外，設(shè)備的可靠性及故障監(jiān)測至關(guān)重要，目前的稠油電熱采加熱電源普遍不具故障診斷和報警功能，不能及時排除故障，使加熱電源在工作過程中受到破壞性損害。有鑒于此，本發(fā)明人對此進行研究，專門開發(fā)出一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，本案由此產(chǎn)生。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種可靈活調(diào)節(jié)輸出電壓大小和頻率、電能利用率高、不會干擾三相電網(wǎng)且具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的解決方案是一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，包括整流模塊、逆變模塊、單片機、DSP、驅(qū)動模塊、隔離變壓器、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、報警模塊和人機接口模塊等。整流模塊的輸入端連接三相交流電，輸出端連接逆變模塊的輸入端，逆變模塊的輸出端連接隔離變壓器；電壓檢測模塊和電流檢測模塊分別連接在整流模塊和逆變模塊之間，驅(qū)動模塊的輸出端連接逆變模塊，輸入端連接DSP，DSP和單片機雙向連接，報警模塊的輸入端連接單片機的輸出端，人機接口模塊與單片機雙向連接；所述隔離變壓器采用非晶態(tài)合金環(huán)狀鐵心及高耐壓大電流繞組。整流模塊和逆變模塊之間還并聯(lián)有一濾波電容，濾波電容的負極與整流模塊之間串聯(lián)有一限流電阻，在限流電阻的兩側(cè)并聯(lián)有一繼電器。限流電阻的作用是限制上電瞬間對濾波電容的充電電流，保護整流電路，當濾波電容充電結(jié)束后，繼電器吸合，限流電阻短路，不再起作用。電壓檢測模塊位于濾波電容和逆變模塊之間，兩個輸入端分別連接在濾波電容的兩側(cè)，采用高速霍爾電壓傳感器檢測濾波整流后的電壓大小。電流檢測模塊的輸入端連接在濾波電容的正極與逆變模塊之間，采用高速霍爾電流傳感器測量整流濾波后的電流大小。所述DSP選用電機控制類的DSP芯片，本實用新型選用ADI公司的型號為ADMCF328 的 DSP 芯片。所述逆變模塊采用正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)技術(shù)進行逆變，選用IGBT模塊，四個IGBT模塊組成一個單相全橋逆變電路。單片機用于人機接口模塊、通訊及各種I/O接口控制。報警模塊采用聲光報警，報警模塊的輸出端連接遠程控制器。三相交流電經(jīng)過整流模塊整流濾波后變成直流電，再經(jīng)過大容量濾波電容，有效提高電源的功率因數(shù)，減少對電網(wǎng)的干擾。濾波后的直流電經(jīng)過逆變模塊后變成單相交流電輸出到隔離變壓器，這樣就不會造成三相電網(wǎng)不平衡，再通過隔離變壓器的變比，可以將輸出電壓提高到負載需要的上限。通過DSP和驅(qū)動模塊控制逆變模塊的調(diào)制頻率，使輸出到隔離變壓器的電壓及頻率任意可調(diào)，便于根據(jù)不同井深及負載參數(shù)實現(xiàn)最佳匹配；DSP作為逆變主控芯片，利用DSP的高速運算能力及其內(nèi)部用于逆變控制的專用指令及算法來實現(xiàn)高速SPWM技術(shù)。單片機雙向連接DSP和人機接口模塊，控制人機界面、通訊及各種I/O接口，數(shù)字智能接口很容易實現(xiàn)溫度閉環(huán)控制及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。本實用新型采用DSP和單片機雙CPU結(jié)構(gòu)，既能快速實現(xiàn)SPWM運算，又能跟多個接口單元進行通訊，使控制電路進一步簡化，減少所述加熱電源內(nèi)部的故障率。電壓檢測模塊和電流檢測模塊實時檢測所述加熱電源的電壓和電流大小，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP和單片機進行處理分析，當發(fā)送的數(shù)據(jù)異常，即加熱電源出現(xiàn)過欠壓、過載、短路、過熱等故障時，單片機根據(jù)分析結(jié)果診斷出故障類型，對非損壞性故障進行自我恢復(fù)，而對損壞性故障則自動停機，并通過報警模塊發(fā)出聲光報警，報警模塊同時也將故障信號通過RS485串口發(fā)送給遠程控制器。通過上述故障診斷和報警處理模塊，本實用新型所述的加熱電源能在野外無人看守的情況下，保證加熱電源的可靠性。采用非晶態(tài)合金環(huán)狀鐵心的隔離變壓器，中高頻響應(yīng)特性理想，自身損耗小，特別適合中頻變壓，中頻輸出能在加熱體上產(chǎn)生良好的集膚效應(yīng)，電熱轉(zhuǎn)換效率更高。
以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步詳細描述。

圖I為本實施例的稠油電熱采加熱電源的控制原理圖。
具體實施方式
一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，包括整流模塊I、逆變模塊
2、隔離變壓器3、驅(qū)動模塊4、DSP5、單片機6、人機接口模塊7、電流檢測模塊8、電壓檢測模塊9和報警模塊10等。整流模塊I的輸入端連接三相交流電，輸出端連接逆變模塊2的輸入端，逆變模塊2的輸出端連接隔離變壓器3 ；電壓檢測模塊9和電流檢測模塊8分別連接在整流模塊I和逆變模塊2之間，驅(qū)動模塊4的輸出端連接逆變模塊2，輸入端連接DSP5，DSP5和單片機6雙向連接，報警模塊10的輸入端連接單片機6的輸出端，人機接口模塊7與單片機6雙向連接；所述隔離變壓器3采用非晶態(tài)合金環(huán)狀鐵心及高耐壓大電流繞組。整流模塊I和逆變模塊2之間還并聯(lián)有一濾波電容C，濾波電容C的負極與整流模塊I之間串聯(lián)有一限流電阻R，在限流電阻R的兩側(cè)并聯(lián)有一繼電器K。限流電阻R的作用是限制所述加熱電源上電瞬間對濾波電容C的充電電流，保護整流電路，當濾波電容C充電結(jié)束后，繼電器K吸合，限流電阻R短路，不再起作用?！る妷簷z測模塊9位于濾波電容C和逆變模塊2之間，兩個輸入端分別連接在濾波電容C的兩側(cè)，采用高速霍爾電壓傳感器檢測濾波整流后的電壓大小。電流檢測模塊8的輸入端連接在濾波電容C的正極與逆變模塊2之間，采用高速霍爾電流傳感器測量整流濾波后的電流大小。所述DSP5選用電機控制類的DSP芯片，本實用新型選用ADI公司的ADMCF328。所述逆變模塊2采用正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)技術(shù)進行逆變，選用IGBT模塊，四個IGBT模塊組成一個單相全橋逆變電路，本實施例選用德國EUPEC公司型號為BSM600GA120DLC。單片機6用于人機接口模塊7、通訊及各種I/O接口控制。報警模塊10采用聲光報警，報警模塊10的輸出端連接遠程控制器。三相交流電經(jīng)過整流模塊I整流濾波后變成直流電，再經(jīng)過大容量濾波電容C，有效提高電源的功率因數(shù)，減少對電網(wǎng)的干擾。濾波后的直流電經(jīng)過逆變模塊2后變成單相交流電輸出到隔離變壓器3，這樣就不會造成三相電網(wǎng)不平衡，再通過隔離變壓器3的變t匕，可以將輸出電壓提高到負載需要的上限。通過DSP5和驅(qū)動模塊4控制逆變模塊2的調(diào)制頻率，使輸出到隔離變壓器3的電壓及頻率任意可調(diào)，便于根據(jù)不同井深及負載參數(shù)實現(xiàn)最佳匹配；DSP5作為逆變主控芯片，利用DSP5的高速運算能力及其內(nèi)部用于逆變控制的專用指令及算法來實現(xiàn)高速SPWM技術(shù)。單片機6雙向連接DSP5和人機接口模塊7，控制人機界面、通訊及各種I/O接口，數(shù)字智能接口很容易實現(xiàn)溫度閉環(huán)控制及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。本實用新型采用DSP5和單片機6雙CPU結(jié)構(gòu)，既能快速實現(xiàn)SPWM運算，又能跟多個接口單元進行通訊，使控制電路進一步簡化，減少所述加熱電源內(nèi)部的故障率。電壓檢測模塊9和電流檢測模塊8實時檢測所述加熱電源的電壓和電流大小，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP5和單片機6進行處理分析，當發(fā)送的數(shù)據(jù)異常，即加熱電源出現(xiàn)過欠壓、過載、短路、過熱等故障時，單片機6根據(jù)分析結(jié)果診斷出故障類型，對非損壞性故障進行自我恢復(fù)，而對損壞性故障則自動停機，并通過報警模塊10發(fā)出聲光報警，報警模塊10同時也將故障信號通過RS485串口發(fā)送給遠程控制器11。通過上述故障診斷和報警處理模塊，本實用新型所述的加熱電源能在野外無人看守的情況下，保證加熱電源的可靠性。[0034]采用非晶態(tài)合金環(huán)狀鐵心的隔離變壓器3，中高頻響應(yīng)特性理想，自身損耗小，特別適合中頻變壓，中頻輸出能在加熱體上產(chǎn)生良好的集膚效應(yīng)，電熱轉(zhuǎn)換效率更高。上述實施例和圖式并非限定本實用新型的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員對其所做的適當變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本實用新型的專利范疇。
權(quán)利要求1.一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，其特征在于包括整流模塊、逆變模塊、單片機、DSP、驅(qū)動模塊、隔離變壓器、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、報警模塊和人機接口模塊；整流模塊的輸入端連接三相交流電，輸出端連接逆變模塊的輸入端，逆變模塊的輸出端連接隔離變壓器；電壓檢測模塊和電流檢測模塊分別連接在整流模塊和逆變模塊之間，驅(qū)動模塊的輸出端連接逆變模塊，輸入端連接DSP，DSP和單片機雙向連接，報警模塊的輸入端連接單片機的輸出端，人機接口模塊與單片機雙向連接；所述隔離變壓器采用非晶態(tài)合金環(huán)狀鐵心及高耐壓大電流繞組。
2.如權(quán)利要求I所述的一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，其特征在于整流模塊和逆變模塊之間還并聯(lián)有一濾波電容，濾波電容的負極與整流模塊之間串聯(lián)有一限流電阻，在限流電阻的兩側(cè)并聯(lián)有一繼電器。
3.如權(quán)利要求I所述的一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，其特征在于電壓檢測模塊位于濾波電容和逆變模塊之間，兩個輸入端分別連接在濾波電容的兩偵牝采用高速霍爾電壓傳感器檢測濾波整流后的電壓大小。
4.如權(quán)利要求I所述的一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，其特征在于電流檢測模塊的輸入端連接在濾波電容的正極與逆變模塊之間，采用高速霍爾電流傳感器測量整流濾波后的電流大小。
5.如權(quán)利要求I所述的一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，其特征在于所述DSP選用電機控制類DSP芯片。
6.如權(quán)利要求5所述的一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，其特征在于所述DSP選用ADI公司型號為ADMCF328的DSP芯片。
7.如權(quán)利要求I所述的一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，其特征在于所述逆變模塊采用正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)進行逆變。
8.如權(quán)利要求7所述的一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，其特征在于所述逆變模塊選用IGBT模塊，四個IGBT模塊組成一個單相全橋逆變電路。
9.如權(quán)利要求I所述的一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，其特征在于報警模塊采用聲光報警，報警模塊的輸出端連接遠程控制器。
專利摘要本實用新型公開一種具有故障診斷和報警功能的稠油電熱采加熱電源，屬于電源技術(shù)領(lǐng)域。包括整流模塊、逆變模塊、單片機、DSP、驅(qū)動模塊、隔離變壓器、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、報警模塊和人機接口模塊等。濾波后的直流電經(jīng)過逆變模塊后變成單相交流電輸出到隔離變壓器，不會造成三相電網(wǎng)不平衡，采用DSP和單片機雙CPU結(jié)構(gòu)，既能快速實現(xiàn)SPWM運算，又能跟多個接口單元進行通訊，使控制電路進一步簡化，減少所述加熱電源內(nèi)部的故障率。采用非晶態(tài)合金環(huán)狀鐵心的隔離變壓器，中高頻響應(yīng)特性理想，自身損耗??；具有故障診斷和報警功能，能在野外無人看守的情況下，保證加熱電源的可靠性。
文檔編號H02H7/12GK202713164SQ201220408580
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者張新華, 張若煜 申請人:紹興文理學(xué)院