[01623409]潜油柱塞泵举升系统故障诊断方法研究

一、主要研究内容 该项目主要是研制一套满足于现场条件的潜油柱塞泵机组故障诊断系统,研究如何绘制出潜油柱塞泵的示功图,建立标准的潜油柱塞泵的卡泵、泵漏失、油管结蜡、供液不足等各种故障示功图库,并利用该示功图库与采集的潜油柱塞泵的运行状态进行比对,及时诊断潜油柱塞泵运行过程中出现的各种故障。研究采用直流电流法来检测潜油直线电机的漏电电流故障。主要研究内容如下： 1)潜油柱塞泵电机动子运动规律建模及仿真：厂家提供了有限的电机控制频率与电机动子位移之间的数据,这些数据不能满足实时计算电机动子位移的要求,因此利用现有数据采用最小二乘法来拟合控制频率与电机动子位移之间的数学模型,并通过在现场反复实验来验证该模型的有效性和准确性。 2)潜油柱塞泵电机动子受力特性建模及仿真：在对永磁同步直线电机内部结构、工作原理以及磁场模型进行深入研究的基础上,利用井口压力及电机电流等参数,采用BP神经网络算法,建立永磁同步直线电机的举升力方程,并利用现场载荷传感器检测出的数据对举升力方程进行验证。 3)数据滤波：研究从井底传送至地面数据的滤波问题,由于井底环境比较复杂,传送上来的信息通常都会受到干扰,采用小波滤波方法从受干扰的数据中提取真实信号。 4) 直接绘制示功图：利用潜油柱塞泵电机动子运动规律模型,计算出电机动子的实时位移数据;采用数据滤波方法,对现场载荷传感器采集到的电机动子受力的实时数据数据进行滤波处理;应用获得的这两组数据来绘制潜油柱塞泵的示功图。 5)间接绘制示功图：以潜油柱塞泵电机的实时功率为纵坐标、以其对应的时间为横坐标,间接绘制出潜油柱塞泵的示功图;通过分析研究直接绘制的示功图与间接绘制的示功图的关系,从而为间接绘制示功图方法的使用提供理论依据。 6)各种故障的模拟：故障库的建立是以相应故障数据为依据的,对柱塞泵进行改造,以获取潜油电泵运行时的卡泵、泵漏失、油管结蜡、供液不足等常见故障的数据。 7)潜油电机漏电检测：将24V直流电源、三相高压电缆、电机星点、三相电抗器以及电流表串接在一起,来测线路中的电流,当测得电流值超过设定的阈值时,即可判断电机出现了漏电现象。 二、技术创新点 1)采用小波算法处理数据 传统的滤波算法主要通过计算出有用信号与噪声信号的频带,采用低通、高通或带通等方法将真实信号从干扰中提取出来,但由于井下环境复杂噪声与信号通常混杂在同样的频带中,采用传统滤波算法无法得到真实的信号。小波滤波算法属于现代滤波算法,它主要用于处理有用信息与噪声混在同一频带的信号,因此,本项目应用小波去噪绘制出清晰的功率-时间示功图。研究机组运行机理,在大量模拟实验和现场测试基础上,分析示功图反映这些非正常工况的特征,从而实现了机组的有效诊断。。 2)采用间接绘制示功图法 由于直接绘制示功图难度较大不易推广,采用电机功率与对应时间替换示功图中的位移与电机举升力,间接绘制示功图大大的降低示功图的绘制难度。 3)利用虚拟仪器作为其故障监测及诊断方法的平台,并提出以功率信号作为故障信息,将labview与matlab混合编程技术应用于系统的研发,使二者优势互补,实现了电参信号的采集、小波去噪和波形分析等功能,建立了故障监测及诊断系统。