CN201345617Y - 同轴下井式高压直流电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种同轴下井式高压直流电源，主要解决现有电源功率小，耐受水压力低，工作环境温度低的问题。该电源包括主体部件及壳体结构，其主体部件中的变压器铁芯(4)、硅堆整流桥(6)、高压电极(9)及热膨胀腔(1)通过各绝缘支撑件(2)、(5)、(7)和(8)固连成一个整体，并在其密封在一个装有耐高温硅油介质(16)的外筒体(14)中。其壳体结构中的马笼头(13)的壳体上设有三个烧结密封塞(15)，腔体中注有硅脂(11)。该烧结密封塞的内、外测电极分别与中频升压变压器的初级引线和外接电缆连接，该外接电缆通过马笼头(13)与外筒体(14)连接。本实用新型可实现4KW功率、30KV高压输出，保证在水下50MPa压力和150℃温度下正常工作。
Description
技术领域
本实用新型属于电子领域，特别是一种直流高压电源，用于石油油井中为井下设备快速储存电能，提高油井增产量。
背景技术
随着油田产业的发展，对石油钻采装置的性能提出了越来越高的要求，井下实用的直流高压电源和井下高比能储能电容器就是提高石油钻采技术的关键部件之一。高压直流电源实现的功能是为井下需要高压电源的仪器、设备供电，或者为井下高比能储能电容器充电。在井下实现水中放电的装置中，为了提高冲击波峰值压力，必须提高放电的电流，而提高放电电流必须要提高储能量和减小放电回路的电感。提高储能量需要更多的储能电容器和更大功率的高压直流电源，陆地储能式电脉冲装置就是采用了在地面大量电容器上储能，通过高压电缆将放电电流送到井下，导致设备庞大、复杂，更难以接受的是强大的放电电流导致95％的电能耗散在传导电缆中，导致电缆的加速老化，极大地缩短了电缆的寿命。在采用了井下储能技术后，由于受到绝缘技术的限制，采用了较大容量的电容器。而充电电压不能大幅提高。当储能电容器的工作电压提高后，提高放电电流的唯一障碍就是要求有足够功率的高压直流电源，也就是说，为储能电容器充电的高压直流电源不仅要求提高电压，而且要求具有一定的功率，以实现装置在一定的重复频率下运行，而目前的井下高压直流电源均存在工作电压低、功率小、耐受水压力低和工作环境温度低的缺陷，影响储能效果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服已有技术的缺陷，提供一种工作电压高和功率大的同轴下井式高压直流电源，以实现输出高压能够满足储能电容器工作电压要求，输出功率能够保证整套设备每分钟3～6次的工作频率要求，耐受水压力可达在50MPa的正常工作。
为实现上述目的，本实用新型提供的高压直流电源，包括变压器、整流电路和壳体结构，其特征在于，变压器采用中频升压变压器，整流电路采用硅堆整流桥，壳体结构包括外筒体和马笼头，该中频升压变压器的铁芯和线包、硅堆整流桥及高压电极通过绝缘支撑件固连成一个整体，密封在外筒体中的耐高温硅油中。
所述的中频升压变压器的铁芯采用长宽比为6倍的特异型矩形铁芯，初级和次级线包绕制在同一铁芯柱上。该中频升压变压器的线包通过铁芯两端的第一绝缘支撑件和第二绝缘支撑件支撑，硅堆整流桥通过第二绝缘支撑件、第三绝缘支撑件和第四绝缘支撑件固连，高压电极安装在第四绝缘支撑件上，该第一绝缘支撑件为台阶形结构，上面套有热膨胀腔。
所述的外筒体腔壁采用经热处理能提高其强度达到抗静压50MPa以上的高强度无缝钢管容器，热膨胀腔放置在单元容器的顶部。
所述的马笼头的壳体上设有三个烧结密封塞，腔体中注有硅脂，该三个烧结密封塞的内测电极与中频升压变压器的初级引线和接地线连接，外侧电极与外接电缆芯线连接，外接电缆的外皮通过马笼头与外筒体连接。
所述的热膨胀腔采用耐高温的氟橡胶，尺寸大于硅油在150℃时由于热膨胀所增加的体积。
本实用新型的工作原理是：地面电源经下井的外接电缆为中频升压变压器初级提供频率为1000Hz的200V以上中频电压，该中频升压变压器经150倍升压后输出给桥式整流电路，桥式整流电路的高压端输出为储能电容器充电，桥式整流电路的低压端接到与储能电容器共地的外壳上。
本实用新型与现有井下直流电源比，具有如下优点：
1.由于采用中频升压变压器，因而可以在相同的输出功率下，大大减小变压器铁芯的体积，从而减小变压器的体积和提高输出功率，能够在直径102mm和长度1200mm圆柱体内实现4kW的输出功率。
2.由于采用固体绝缘支撑件连接变压器与整流电路，并将其浸泡在硅油中的固体和液体复合绝缘结构，极大地提高了绝缘性能，使电源的输出电压能提高到30kV。
3.由于采用高温绝缘材料和热膨胀腔结合结构，提高了电源的工作温度到150℃。
4.由于采用烧结密封塞和硅脂双重密封结构，并采用高强度无缝钢管容器制作外壳，保证了在50MPa静水压下的水密封性能。
试验表明，本实用新型在水下50MPa压力和150℃温度下正常工作，支持工作电压30kV和容量10μF的储能电容器实现每分钟3～6次的充放电频率。
附图说明
图1是本实用新型的主体结构图；
图2是本实用新型的壳体结构图；
图3是本实用新型的电连接图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述。
参照图1和图3，本实用新型的主体部分包括：中频升压变压器、整流电路、热膨胀腔、四个绝缘支撑件和高压电极。其中变压器采用中频升压变压器23，其铁芯4的长宽比为6倍的特异型矩形铁芯，初级和次级线包绕制在同一铁芯柱上，层间采用绝缘强度极高的NOMEX绝缘纸；变压器线包3由初级线圈和次级线圈组成，初、次级线圈绕制在同一铁芯柱上，以提高磁耦合效率和变压器功率；整流电路采用由四个高压硅堆组成的整流桥6，中频升压变压器变压器的次级引线C、D连接到四个高压硅堆的对应点上。该中频升压变压器23与硅堆整流桥6通过绝缘支撑件固连，即第一绝缘支撑件2和第二绝缘支撑件5卡住中频升压变压器铁芯4，以支撑变压器线包3，第二绝缘支撑件5、第三绝缘支撑件7和第四绝缘支撑件8卡住硅堆整流桥6的四个高压硅堆，高压电极9安装在第四绝缘支撑件8上，该第一绝缘支撑件2为台阶形结构，上面套有热膨胀腔1，这些部件作为一个整体，密封在外壳体14内并浸在液体绝缘介质耐高温硅油16中，通过固体与液体复合绝缘结构，以提高在井下有限空间的绝缘强度。该外壳体14采用高强度无缝钢管，在保证容积的条件下，能提高其强度达到抗静压50MPa以上。该膨胀腔1的材料采用耐高温的氟橡胶制造，其尺寸大于150℃时硅油由于热膨胀增加的体积。
参照图2和图3，本实用新型的壳体结构部分包括：外筒体14、马笼头13、高压绝缘子17、高压引出极18和高压封头19。该外筒体14中注有绝缘硅油16。该马笼头壳体上设有三个烧结密封塞15，腔体中注有硅脂11，并通过密封螺钉12密封，以保证在50MPa静水压下的水密封性能。该高压引出极18固定在高压绝缘子17上，高压绝缘子17固定在高压封头19上，高压封头19固定在外筒体14上。图1所示的高压直流电源主体从右侧置于外筒体14中，高压电极9紧顶高压引出极18，第一绝缘支撑件2、第二绝缘支撑件5、第三绝缘支撑件7和第四绝缘支撑件8紧卡在外筒体14的内壁。中频升压变压器23的初级引线20、21和接地线22焊接在三个烧结密封塞15的内测电极上，外接电缆芯线通过马笼头13左侧的端口引入，焊接在烧结密封塞外侧电极上，并通过电缆固定螺钉10固定。该外筒体14通过马笼头13与外接电缆外皮连接，外筒体的直径控制在102mm以内，长度控制在1200mm以内，采用35CrMo材料加工成5mm厚的腔壁，以承受50MPa的水压。
本实用新型的中频升压变压器在6倍长宽比下可获得150倍的变比，并具有4kW的功率；采用高温材料制作支撑绝缘件，并在硅油复合绝缘条件下，能够输出30kV高压；采用了热膨胀腔后，能够在150℃条件下工作。实测表明，本实用新型在地面600V电压，且经过下井电缆传输后，能为10μF储能电容器充电，使整套设备保持每分钟3～6次的工作频率。
上述实施方式仅为本实用新型的优选实例，不构成对本实用新型的任何限制，任何在本实用新型方案下的改进，均属本实用新型的保护之列。
Claims (9)
1.一种用于井下工作的高压直流电源，包括变压器、整流电路和壳体结构，其特征在于，变压器采用中频升压变压器(23)，整流电路采用硅堆整流桥(6)，壳体结构包括外筒体(14)和马笼头(13)，该中频升压变压器的铁芯(4)和线包(3)、硅堆整流桥(6)及高压电极(9)通过绝缘支撑件固连成一个整体，密封在外筒体(14)中的耐高温硅油(16)中。
2.根据权利要求1所述的高压直流电源，其特征在于中频升压变压器(23)的铁心(4)采用长宽比为6倍的特异型矩形铁芯，初级和次级线包(3)绕制在同一铁芯柱上。
3.根据权利要求1或2所述的高压直流电源，其特征在于，中频升压变压器(23)的线包(3)通过铁芯(4)两端的第一绝缘支撑件(2)和第二绝缘支撑件(5)支撑，硅堆整流桥(6)通过第二绝缘支撑件(5)、第三绝缘支撑件(7)和第四绝缘支撑件(8)固连，高压电极(9)安装在第四绝缘支撑件(8)上。
4.根据权利要求3所述的高压直流电源，其特征在于第一绝缘支撑件(2)为台阶形结构，上面套有热膨胀腔(1)。
5.根据权利要求1所述的高压直流电源，其特征在于，外筒体(14)的腔壁采用经热处理能提高其强度达到抗静压50MPa以上的高强度无缝钢管容器。
6.根据权利要求1所述的高压直流电源，其特征在于马笼头的壳体上设有三个烧结密封塞(15)，腔体中注有硅脂(11)。
7.根据权利要求6所述的高压直流电源，其特征在于，三个烧结密封塞(15)的内测电极与中频升压变压器的初级引线和接地线连接，外侧电极与外接电缆芯线连接。
8.根据权利要求6或7所述的高压直流电源，其特征在于，外接电缆外皮通过马笼头(13)与外筒体(14)连接。
9.根据权利要求4所述的高压直流电源，其特征在于，热膨胀腔(1)采用耐高温的氟橡胶，尺寸大于硅油在150℃时由于热膨胀所增加的体积。
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| CN106663924A (zh) * | 2014-07-16 | 2017-05-10 | Abb瑞士股份有限公司 | 由固体材料和气体绝缘的hvdc功率转换器的阀单元 |
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2008
- 2008-12-31 CN CNU2008202285636U patent/CN201345617Y/zh not_active Expired - Fee Related
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