用于油井电气系统的高电阻接地系统技术方案

一种用于油井的通常不接地的电源系统，该系统包括地上电源变压器以及地下泵用电动机。一种信号系统，其包含地下的检测器系统和地上信号调节和监测单元，其中该检测器系统利用电源线来传输传感器信号。向上述浮动系统提供一种可接通的高电阻接地装置，使得在电弧接地故障产生的过程中该系统可以立即接地，因此对电弧接地故障的不良后果进行抵偿以及对工作人员安全以及电气设备提供保护。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的主题一般的说涉及高电阻接地系统，更确切地说涉及用于油井电气系统的高电阻接地系统。近些年来，油井泵站装置已经利用一种不接地高压电源系统。这种系统考虑了位于在油井泵用电动机的中性点和油井中的导电套管之间的油井深处的仪表信号系统的连接。这样就节约了相当多的接线费用，否则需要在井下检测器系统和地面信号测量系统之间越过很大的距离。这种系统具有的一个缺点在于，三相电气系统共模电压不能控制，因为该电气系统不接地并且可能因此达到很高的数值。这对于人身是危险的并且可能破坏电气装置。在这样一种系统中没有一个电位是接地的。已经发现，这些不接地的系统有时会存在未能解释的，但有时却非常广泛发生的带有毁灭性后果的绝缘故障。已经发现，这些未能解释的绝缘故障的来由经常证明是在油井套管结构中的深处出现电弧接地的故障状态。在这种状况下产生严重的电压升高，这就是未能解释的绝缘故障的原因。对于这种不接地的电源系统的解决方案是将假设处在零电压下的中性点通过一个高电阻接地。已经证明高电阻接地是电源系统接地的最可靠的形式。它将在接地故障的状态下可达到的故障电流限制到仅几安培的数值，以及即使在发生接地故障的过程中，也可以使该系统继续运行而不需要切断电路。这对于连续运行的装置，即其中故障将导致明显损失的装置是非常希望的。该高电阻连接方式将减缓电压升高，因此防止暂态过电压的产生以及防止引起故障。同时该电阻将可达到的故障电流限制到非常低的数值。在过去应用高电阻接地体的传统方式是将Y连接的地面电源系统的中性点通过一个电阻接地，该电阻的数值是经选择的，以便在最坏的情况下流过的最大电流小于10安培。对于三角形连接的系统，利用三个接地的变压器或者曲折形(Z)接地变压器形成该中性点。在石油工业中，已经传统地按照不接地的方式运行一些可用于水下的电动泵和电动机，这是出于为地面运行连续性的考虑以及当发生故障时将泵和和电动机提升时需极高的费用。这为高电阻接地提供了很好的应用场合。该高电阻接地将使得可在水下使用的电动泵能够在接地故障状态下运行很长的时间。然而油井作业经常需要了解达到多高井下温度、压力等。现行的下行信号经过线对地的连接部分到达地面，利用电源导线作为信号通道的一个部分。小信号被叠加到电源线上，并被传送到地面。按照这种方式不需要高达长度为15,000英尺的极为昂贵的控制线。由于该电源系统是不接地的，这种方法从成本上讲是实用的。然而，它不能提供由高电阻接地系统所提供的暂态过电压保护，因为高电阻接地系统将使在电源导线上信号短路。因此如果能够找到一种用于油井井下用泵的电源系统是有利的(其具有如上所述的高电阻接地的全部优点)，不过这还得考虑到利用供电线路由油井的深处传输检测器信号。近来已经发现一种能实现这两个目的系统。提供高电阻接地但是在需要时(即在如果检测到电弧接地故障的情况下)之前，许可保持不连接。这意味着，来自在油井深处的电子监测系统的信号可以利用油井套管作为接地导体沿泵的电源线传输到地面。然而，如果发生电弧接地故障，出现的共模电压变化可以很快地在地面上检测到以及然后可以将高电阻接地加入到该电路中，以便限制电流和电压偏移。一旦发生这种情况，控制系统信号受到干扰，不过这是一种可以接受的折衷办法。在这时对人身和设备的保护变得更重要。在过去，这种系统已经利用与接地电阻相串联的气体放电开关和气体放电管。该接地电阻例如连接在电源变压器的中性点和上述气体放电管之间，然后又连接到地。如果上述电源变压器的中性点的电压为零，则没有电流流过该气体放电管，即其为维持开路状态。如果出现电弧接地故障，引起在变压器的中性点的共模电压上升，通过高电阻接地系统和串联的气体放电管的电流将使该气体放电管闪络或导通，因此将该高电阻接地，于是使在上述电力变压器的中性点上的电压返回到地电位。这样就防止了危险的电弧接地故障以及极高数值的电压偏移，还提供限流功能。这种系统具有的优点在于，在气体放电管遮断电压和导通特性一旦被选择对于所用的各气体放电管的值是固定的。如果利用这样一种高电阻接地系统将是有利的，该系统在不需要的时间阶段内可控制处于断开状态，但是当需要时利用一个高可靠性能系统可控制接通。在这样一个系统中，可将电流、电压等的数值编程输入到该系统中，以便保证在单一的系统中宽范围地使用。如果能找到这样一种系统，将是有利的，该系统提高了整个系统的安全性，其能够用于Y或者三角形连接的变压器并且在所有的接地故障状态下能够保证连续运行，并且能够提供告警将接地故障状态通知工作人员。在本专利技术中，将一对反向并联的可控硅整流器(SCR)或者门控装置连接在初级接地的变压器和在一个信号阻断系统(SBS)中的接地点之间。该SCR利用一个检测在输出变压器和地之间的电压的电路来控制。对于三角形连接的电源，采用另一种接地变压器的方案。在正常运行的过程中，该电子系统与Y连接的变压器的中性点相连接以及当该中性点对地电压开始从零偏移时进行检测。当发生这种情况时，通过将电子检测器系统编程使该反向并联门控可控硅SCR触发，因此将串联的高电阻值电阻器经过当时导通的SBS接地。然后一个定时输出的继电器线圈闭合通常断开的并联继电器触点，以便持续地通过高电阻值电阻器装置提供到地的电流通道，直到该故障已经清除或者该系统另外已经维修再次进入运行状态。具体来说，提供有一种这样一种电气系统，其正常按照不接地的状态运行，但是有时即在该电气系统的第一部分和地之间可能产生不希望的电压的情况下将其中的一个导体接地。将一个接地阻抗装置连接到该电气系统中的一个第二部分，用于通过将其连接到地来降低不希望产生的电压。将控制系统与该接地阻抗装置以及该电气系统相互连接，用于检测不希望产生的电压并且将接地阻抗装置连接到电气系统中的该第二部分以便降低不希望产生的电压。该控制装置包含一个与该阻抗相连接的门控导通装置，例如SCR系统，用于通过该阻抗与该电气系统中的该第二部分连接。一控制装置与门控导通装置相互连接，用于响应于不希望产生的电压的出现使该门控导通装置投入运行。在本专利技术的一个实施例中，该阻抗装置主要是电阻性的，以及该第一和第二部分是相同的。此外将不希望产生的电压基本上降到零。该系统可以是Y连接的或者是三角形连接的或是这两者的组合。按照一种运行模式，该系统应用在这样一种油井电气系统中，其通常运行在不接地状态，但是有时井下电源导线例如通过电弧接地故障接地。电源位于在地面上，利用该电源驱动井下泵用电动机。上述导体配置在其间以及在位于地面的电源系统的中性点的第一部分和地之间产生不希望形成的电压。为了更好的理解本专利技术可以参照在附图中所表示的本专利技术的优选实施例，其中附图说明图1表示油井井下电动泵系统的局部断开的示意图，该系统是由具有本专利技术的井下信号检测系统和信号阻断系统的地面电源驱动的；图2表示信号阻断装置，与在附图1中所表示的相似，用于本专利技术的低压实施方式；图3表示与附图1中所示相似的系统，但略去了该电源系统中的井下部分，其中的电源系统是三角形连接以及信号阻断和相关的检测系统进行了相应的改进。图4表示一个井下三角形连接的泵用电动机系统，其适用于如附图1所表示的地面Y连接电源或者如图3中表示三角形连接的地面电源系统。图5表示一个与如在附图3中所表示的相类似的系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电气系统，其通常工作在不接地的状态，但是有时使其中的一个导体接地，其中在所述电气系统中的第一部分和地之间产生不希望产生的电压，该系统包含：所述电气系统，其包含电源装置和负载装置，在其间配置有所述电导体；接地阻抗装置，其连接到所述电气系统中的第二部分，用于通过将所述第二部分基本上接地来降低所述不希望形成的电压；控制系统装置，其与所述接地阻抗装置和所述电气系统相互连接，用于检测所述不希望形成的电压以及将所述可相互连接的接地阻抗装置连接到所述电气系统中的所述第二部分以便降低所述不希望形成的电压；所述控制系统装置，包含：门控导通装置，其与所述阻抗装置相互连接，用于将所述电气系统装置中的所述第二部分通过所述阻抗装置连接到地，用于降低所述不希望形成的电压；以及控制装置，其与所述门控导通装置相连接，用于响应于所述不希望形成的电压的出现使所述门控导通装置将所述电气系统装置中的所述第二部分连接到地。

【技术特征摘要】
US 1998-8-7 09/130,5681.一种电气系统，其通常工作在不接地的状态，但是有时使其中的一个导体接地，其中在所述电气系统中的第一部分和地之间产生不希望产生的电压，该系统包含所述电气系统，其包含电源装置和负载装置，在其间配置有所述电导体；接地阻抗装置，其连接到所述电气系统中的第二部分，用于通过将所述第二部分基本上接地来降低所述不希望形成的电压；控制系统装置，其与所述接地阻抗装置和所述电气系统相互连接，用于检测所述不希望形成的电压以及将所述可相互连接的接地阻抗装置连接到所述电气系统中的所述第二部分以便降低所述不希望形成的电压；所述控制系统装置，包含门控导通装置，其与所述阻抗装置相互连接，用于将所述电气系统装置中的所述第二部分通过所述阻抗装置连接到地，用于降低所述不希望形成的电压；以及控制装置，其与所述门控导通装置相连接，用于响应于所述不希望形成的电压的出现使所述门控导...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯拉尔福杰西克，威廉爱德华伯克比，戴维都乐西泼，马丁拜尔，
申请(专利权)人：尹顿公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]