一种油井套管阴极保护专用脉冲恒电位电源，微处理器与采样信号滤波放大处理电路、GPRS模块及PWM驱动电路相连；PWM驱动电路与全桥逆变器、斩波器相连；全桥逆变器通过一次整流滤波单元与AC380V电源相连；全桥逆变器通过中频变压单元与二次整流滤波单元相连；二次整流滤波单元与斩波器相连；斩波器与油井套管相连；采样信号滤波放大处理电路与主电源电压传感器、主电源电流传感器、油井套管电位传感器及异常信号传感器相连；功率主电路生成频率、幅值、占空比均可控的脉冲电流，控制单元采集、处理外部信号，调节输出参数，使套管的保护电位始终处于最佳范围；具有体积小、重量轻、电源动特性及可控性佳的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属腐蚀与防护
，具体涉及一种油井套管阴极保护专用脉冲 恒电位电源及其构建方法，用于油井套管脉冲电流阴极保护领域，也可进一步扩展应用至 石油及天然气长输管线、埋地管道、地下钢结构的脉冲电流阴极保护。
技术介绍
实践表明，传统的直流型油井套管阴极保护电源系统存在套管保护深度不够、能 耗高、电流及电位分布不均匀等问题。近期的研究表明采用脉冲电流对油井套管实施阴极 保护可有效解决这些问题，由于脉冲电流具有更强的穿透力，更均匀的电位分布，及更灵活 的调节方式，使其在套管阴极保护方面更有前途。本专利技术正是在此背景下完成的一种一种 油井套管阴极保护专用脉冲恒电位电源系统。 由于脉冲电流的占空比、幅值、频率等参数均对油井套管脉冲电流阴极保护效果 有显著影响，因此实现各个脉冲电流参数的独立准确调节是整个脉冲电源系统的关键，而 其中电源的主电路结构形式是保证电源性能的核心。 随着电力电子技术、自动控制技术和微型计算机技术的飞跃发展，二次逆变技术 越来越显示出它巨大的优越性。与传统的晶闸管整流电源相比，基于二次逆变的脉冲恒电 位电源具有输出参数控制准确，动特性好，效率高，体积小，重量轻等优点，同时结合先进的 控制单元及控制算法可准确地对电源输出参数进行实时调控，并可方便地扩展其外围功 能，如运行状态显示及报警，数据无线传输与监控等，非常适合对地处偏远且不集中的油井 套管实施阴极保护，对建设数字化油田具有重大意义，展示出广阔的应用前景。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种油井套管阴极保护专用 脉冲恒电位电源及其构建方法，解决了传统的直流型恒电位仪存在套管保护深度不够、能 耗高、电流及电位分布不均匀的问题；具有体积小、重量轻、电源动特性及可控性佳的特点。 为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种油井套管阴极保护专用脉冲恒 电位电源，包括有微处理器，微处理器与采样信号滤波放大处理电路、GPRS模块及PWM驱动 电路相连；PWM驱动电路分别与全桥逆变器、斩波器相连；全桥逆变器通过一次整流滤波单 元与AC380V电源相连；全桥逆变器通过中频变压单元与二次整流滤波单元相连；二次整流 滤波单元与斩波器相连；斩波器与油井套管相连； 所述的采样信号滤波放大处理电路分别与主电源电压传感器、主电源电流传感器、油 井套管电位传感器及异常信号传感器相连。 所述的全桥逆变器还与保护电路A相连；斩波器与保护电路B相连。 所述的微处理器与PWM驱动电路之间连接控制信号隔离放大电路。 所述的微处理器还与参数显示、参数输入单元相连。 所述的微处理器、参数显示、参数输入、GPRS模块、PWM驱动电路、采样信号滤波放 大处理电路组成控制单元。 所述的AC380V电源、一次整流滤波单元、全桥逆变器、中频变压单元、二次整流滤 波单元、斩波器、保护电路A及保护电路B组成功率主电路。 所述的微处理器采用高性能数字信号处理器。 所述的全桥逆变器、斩波器均包括有功率开关器件，功率开关器件采用功率晶体 管GTR或金属一氧化物一半导体型场效应晶体管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT或门 极关断晶闸管GT0。 一种油井套管阴极保护专用脉冲恒电位电源的构建方法，包括以下步骤： 1) 首先采用全桥逆变器构成电源的一次逆变单元，并引入中频变压单元实现一次侧的 电能传递与电压变换，并同时实现电气隔离； 2) 采用斩波器构成电源的二次逆变单元并输出频率、幅值、占空比均可独立调节的脉 冲电流； 3) 在二次逆变主电路结构的基础上，增设以高性能DSP微处理器为核心的控制单元， 通过DSP输出的PWM控制信号控制一、二次逆变中功率管的动作； 4) 设置电流、电压采样电路，通过对外部反馈信号采集进行运算，外部反馈信号包括输 出电流、输出电压、套管实测电位，生成控制PWM信号； 5) 在控制软件中嵌入控制算法及信号采样滤波算法，控制算法采用闭环控制策略实现 电源的自适应调节，即通过对外部信号的测量不断调整自身输出参数，确保套管始终处于 最佳的阴极保护状态； 6) 扩展电源的外围功能，所述的外围功能包括：实现电源的参数调节与显示，同时通过 扩展GPRS无线数传功能实现油井套管阴极保护现场数据与远程中控中心的无线通讯，实 现套管阴极保护的数字化管理。 所述的一次逆变单元由全桥变换电路组成，全桥变换电路由可控开关型功率管组 成；二次逆变单元由斩波电路组成。 本专利技术的有益效果是： 本专利技术是在二次逆变体制即AC-DC-AC-DC-AC(脉冲波）的基础上构建功率主电路，同 时构建控制单元对功率主电路进行实时控制。功率主电路负责生成频率、幅值、占空比均可 控的脉冲电流，控制单元负责对外部信号如输出电流、电压、套管实测电位的采集与计算， 同时根据控制算法对脉冲电流的输出参数进行实时调节，使得套管的保护电位始终处于最 佳范围，确保油井套管获得最佳的保护状态，同时在此基础上扩展外围功能，如故障自检、 人机交互、GPRS无线数据传输功能，使其构成一个完整的智能化脉冲电源，方便人们对运行 参数进行设定与监控，同时保障系统运行正常平稳，特别是对那些不便于人工职守地处偏 远的油井套管来说，该系统可极大程度的保障油井套管安全、降低人工成本、提高系统运行 效率，同时由于智能化控制单元的引入，可以很方便地对脉冲电源实施技术升级改造，不断 优化其性能，另外，本系统具有使用广泛的特点，可以应用于石油及天然气长输管线、埋地 管道、地下钢结构的脉冲电流阴极保护，具有极大的社会效益和经济效益。本专利技术还具有以 下优点： 1)功率主电路基于二次逆变体制构建，一次逆变部分实现电气隔离和电压变换，中频 变压器的引入极大程度地减小了电源的体积，减轻了电源重量。二次逆变部分使得直流变 为脉冲，实现脉冲参数的调节。 2) -次逆变部分采用全桥器件作功率变换器件，二次逆变部分采用斩波器作功率 调节器，一、二次逆变均采用PWM方式进行控制； 3) 采用先进微处理器构建控制单元，设置电压和电流传感器采集外部信号并通过先进 的自动控制算法输出PWM控制信号，实现电源系统的自动化及智能化运行； 4) 在先进微处理器的基础上扩展外围功能，如增设液晶显示屏、键盘、GPRS数传模块等 外设，实现系统运行过程中的参数显示与设置，数据的远程传输，运行状态的实时监控等功 能； 本专利技术的油井套管阴极保护专用脉冲恒电位电源系统，具有以下明显优点： 1)该电源具有更强的电流穿透力、更均匀的保护电位分布，能够提供更大的输出电流， 而且脉冲电流输出参数如频率、幅值、占空比可以在较大范围内进行调节，使其在套管阴极 保护方面更有前途。 2)二次逆变主电路结构形式的引入极大程度地减小了电源体积，减轻了电源重 量，提升了电源效率，同时由于实现了电气隔离使电源的安全性得到提升。 3)二次逆变主电路结构形式的引入使得脉冲电流输出参数如频率、幅值、占空比 可以在较大范围内进行独立调节，使其在套管阴极保护方面更有前途。 4)先进微处理器及先进控制算法的应用极大程度的提升了电源的智能化水平，使 得系统可根据设定值及外部反馈信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种油井套管阴极保护专用脉冲恒电位电源，其特征在于，包括有微处理器，微处理器与采样信号滤波放大处理电路、GPRS模块及PWM驱动电路相连；PWM驱动电路分别与全桥逆变器、斩波器相连；全桥逆变器通过一次整流滤波单元与AC380V电源相连；全桥逆变器通过中频变压单元与二次整流滤波单元相连；二次整流滤波单元与斩波器相连；斩波器与油井套管相连；所述的采样信号滤波放大处理电路分别与主电源电压传感器、主电源电流传感器、油井套管电位传感器及异常信号传感器相连。
【技术特征摘要】
1. 一种油井套管阴极保护专用脉冲恒电位电源，其特征在于，包括有微处理器，微处理 器与采样信号滤波放大处理电路、GPRS模块及PWM驱动电路相连；PWM驱动电路分别与全桥 逆变器、斩波器相连；全桥逆变器通过一次整流滤波单元与AC380V电源相连；全桥逆变器 通过中频变压单元与二次整流滤波单元相连；二次整流滤波单元与斩波器相连；斩波器与 油井套管相连； 所述的采样信号滤波放大处理电路分别与主电源电压传感器、主电源电流传感器、油 井套管电位传感器及异常信号传感器相连。2. 根据权利要求1所述的一种油井套管阴极保护专用脉冲恒电位电源，其特征在于， 所述的全桥逆变器还与保护电路A相连；斩波器与保护电路B相连。3. 根据权利要求1所述的一种油井套管阴极保护专用脉冲恒电位电源，其特征在于， 所述的微处理器与PWM驱动电路之间连接控制信号隔离放大电路。4. 根据权利要求1所述的一种油井套管阴极保护专用脉冲恒电位电源，其特征在于， 所述的微处理器还与参数显示、参数输入单元相连。5. 根据权利要求1所述的一种油井套管阴极保护专用脉冲恒电位电源，其特征在于， 所述的微处理器、参数显不、参数输入、GPRS模块、PWM驱动电路、米样信号滤波放大处理电 路组成控制单元。6. 根据权利要求1所述的一种油井套管阴极保护专用脉冲恒电位电源，其特征在于， 所述的AC380V电源、一次整流滤波单元、全桥逆变器、中频变压单元、二次整流滤波单元、 斩波器、保护电路A及保护电路B组成功率主电路。7. 根据权利要求1所述的一种油井套管阴极保护专用脉冲恒电位电源，其特征在于， 所述的微处理器采用高性能数字信号处理器。8. 根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：周好斌，袁森，周勇，栗汝杰，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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