專利名稱：同軸下井式高壓直流電源的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電子領域，特別是一種直流高壓電源，用于石油油井中 為井下設備快速儲存電能，提高油井增產量。
背景技術：
隨著油田產業的發展，對石油鉆采裝置的性能提出了越來越高的要求， 井下實.用的直流高壓電源和井下高比能儲能電容器就是提高石油鉆采技術 的關鍵部件之一。高壓直流電源實現的功能是為井下需要高壓電源的儀器、 設備供電，或者為井下高比能儲能電容器充電。在井下實現水中放電的裝置 中，為了提高沖擊波峰值壓力，必須提高放電的電流，而提高放電電流必須 要提高儲能量和減小放電回路的電感。提高儲能量需要更多的儲能電容器和 更大功率的高壓直流電源，陸地儲能式電脈沖裝置就是采用了在地面大量電 容器上儲能，通過高壓電纜將放電電流送到井下，導致設備龐大、復雜，更
難以接受的是強大的放電電流導致95%的電能耗散在傳導電纜中，導致電纜 的加速老化，極大地縮短了電纜的壽命。在采用了井下儲能技術后，由于受 到絕緣技術的限制，采用了較大容量的電容器。而充電電壓不能大幅提高。 當儲能電容器的工作電壓提高后，提高放電電流的唯一障礙就是要求有足夠 功率的高壓直流電源，也就是說，為儲能電容器充電的高壓直流電源不僅要 求提高電壓，而且要求具有一定的功率，以實現裝置在一定的重復頻率下運 行，而目前的井下高壓直流電源均存在工作電壓低、功率小、耐受水壓力低 和工作環境溫度低的缺陷，影響儲能效果。
實用新型內容
本實用新型的目的在于克服已有技術的缺陷，提供一種工作電壓高和功
率大的同軸下井式高壓直流電源，以實現輸出高壓能夠滿足儲能電容器工作 電壓要求，輸出功率能夠保證整套設備每分鐘3 6次的工作頻率要求，耐 受水壓力可達在50MPa的正常工作。為實現上述目的，本實用新型提供的高壓直流電源，包括變壓器、整流 電路和殼體結構，其特征在于，變壓器采用中頻升壓變壓器，整流電路采用 硅堆整流橋，殼體結構包括外筒體和馬籠頭，該中頻升壓變壓器的鐵芯和線 包、硅堆整流橋及高壓電極通過絕緣支撐件固連成一個整體，密封在外筒體 中的耐高溫硅油中。
所述的中頻升壓變壓器的鐵芯采用長寬比為6倍的特異型矩形鐵芯，初 級和次級線包繞制在同一鐵芯柱上。該中頻升壓變壓器的線包通過鐵芯兩端 的第一絕緣支撐件和第二絕緣支撐件支撐，硅堆整流橋通過第二絕緣支撐 件、第三絕緣支撐件和第四絕緣支撐件固連，高壓電極安裝在第四絕緣支撐 件上，該第一絕緣支撐件為臺階形結構，上面套有熱膨脹腔。
所述的外筒體腔壁采用經熱處理能提高其強度達到抗靜壓50MPa以上 的高強度無縫鋼管容器，熱膨脹腔放置在單元容器的頂部。
所述的馬籠頭的殼體上設有三個燒結密封塞，腔體中注有硅脂，該三個 燒結密封塞的內測電極與中頻升壓變壓器的初級引線和接地線連接，外側電 極與外接電纜芯線連接，外接電纜的外皮通過馬籠頭與外筒體連接。
所述的熱膨脹腔采用耐高溫的氟橡膠，尺寸大于硅油在15(TC時由于熱 膨脹所增加的體積。
本實用新型的工作原理是地面電源經下井的外接電纜為中頻升壓變壓 器初級提供頻率為1000Hz的200V以上中頻電壓，該中頻升壓變壓器經150 倍升壓后輸出給橋式整流電路，橋式整流電路的高壓端輸出為儲能電容器充 電，橋式整流電路的低壓端接到與儲能電容器共地的外殼上。
本實用新型與現有井下直流電源比，具有如下優點-
1. 由于采用中頻升壓變壓器，因而可以在相同的輸出功率下，大大減小 變壓器鐵芯的體積，從而減小變壓器的體積和提高輸出功率，能夠在直徑 102mm和長度1200mm圓柱體內實現4kW的輸出功率。
2. 由于采用固體絕緣支撐件連接變壓器與整流電路，并將其浸泡在硅油 中的固體和液體復合絕緣結構，極大地提高了絕緣性能，使電源的輸出電壓能提高到30kV。
3. 由于采用高溫絕緣材料和熱膨脹腔結合結構，提高了電源的工作溫度 到150°C。
4. 由于采用燒結密封塞和硅脂雙重密封結構，并采用高強度無縫鋼管容 器制作外殼，保證了在50MPa靜水壓下的水密封性能。
試驗表明，本實用新型在水下50MPa壓力和15(TC溫度下正常工作，支 持工作電壓30kV和容量1QaF的儲能電容器實現每分鐘3 6次的充放電頻 率。
圖1是本實用新型的主體結構圖； 圖2是本實用新型的殼體結構圖； 圖3是本實用新型的電連接圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細描述。
參照圖1和圖3，本實用新型的主體部分包括中頻升壓變壓器、整流 電路、熱膨脹腔、四個絕緣支撐件和高壓電極。其中變壓器采用中頻升壓變
壓器23,其鐵芯4的長寬比為6倍的特異型矩形鐵芯，初級和次級線包繞制 在同一鐵芯柱上，層間采用絕緣強度極高的NOMEX絕緣紙；變壓器線包3 由初級線圈和次級線圈組成，初、次級線圈繞制在同一鐵芯柱上，以提高磁 耦合效率和變壓器功率；整流電路采用由四個高壓硅堆組成的整流橋6，中 頻升壓變壓器變壓器的次級引線C、 D連接到四個高壓硅堆的對應點上。該 中頻升壓變壓器23與硅堆整流橋6通過絕緣支撐件固連，即第一絕緣支撐 件2和第二絕緣支撐件5卡住中頻升壓變壓器鐵芯4，以支撐變壓器線包3， 第二絕緣支撐件5、第三絕緣支撐件7和第四絕緣支撐件8卡住硅堆整流橋 6的四個高壓硅堆，高壓電極9安裝在第四絕緣支撐件8上，該第一絕緣支 撐件2為臺階形結構，上面套有熱膨脹腔l，這些部件作為一個整體，密封 在外殼體14內并浸在液體絕緣介質耐高溫硅油16中，通過固體與液體復合
6絕緣結構，以提高在井下有限空間的絕緣強度。該外殼體14采用高強度無 縫鋼管，在保證容積的條件下，能提高其強度達到抗靜壓50MPa以上。該 膨脹腔1的材料采用耐高溫的氟橡膠制造，其尺寸大于15(TC時硅油由于熱 膨脹增加的體積。
參照圖2和圖3，本實用新型的殼體結構部分包括外筒體14、馬籠頭 13、高壓絕緣子17、高壓引出極18和高壓封頭19。該外筒體14中注有絕 緣硅油16。該馬籠頭殼體上設有三個燒結密封塞15，腔體中注有硅脂11, 并通過密封螺釘12密封，以保證在50MPa靜水壓下的水密封性能。該高壓 引出極18固定在高壓絕緣子17上，高壓絕緣子17固定在高壓封頭19上， 高壓封頭19固定在外筒體14上。圖1所示的高壓直流電源主體從右側置于 外筒體14中，高壓電極9緊頂高壓引出極18，第一絕緣支撐件2、第二絕 緣支撐件5、第三絕緣支撐件7和第四絕緣支撐件8緊卡在外筒體14的內壁。
中頻升壓變壓器23的初級引線20、 21和接地線22焊接在三個燒結密封塞 15的內測電極上，外接電纜芯線通過馬籠頭13左側的端口引入，焊接在燒 結密封塞外側電極上，并通過電纜固定螺釘10固定。該外筒體14通過馬籠 頭13與外接龜纜外皮連接，外筒體的直徑控制在102mm以內，長度控制在 1200mm以內，采用35CrMo材料加工成5mm厚的腔壁，以承受50MPa的 水壓。
本實用新型的中頻升壓變壓器在6倍長寬比下可獲得150倍的變比，并 具有4kW的功率；采用高溫材料制作支撐絕緣件，并在硅油復合絕緣條件 下，能夠輸出30kV高壓；采用了熱膨脹腔后，能夠在15(TC條件下工作。 實測表明，本實用新型在地面600V電壓，且經過下井電纜傳輸后，能為 儲能電容器充電，使整套設備保持每分鐘3 6次的工作頻率。
上述實施方式僅為本實用新型的優選實例，不構成對本實用新型的任何 限制，任何在本實用新型方案下的改進，均屬本實用新型的保護之列。
權利要求1.一種用于井下工作的高壓直流電源，包括變壓器、整流電路和殼體結構，其特征在于，變壓器采用中頻升壓變壓器(23)，整流電路采用硅堆整流橋(6)，殼體結構包括外筒體(14)和馬籠頭(13)，該中頻升壓變壓器的鐵芯(4)和線包(3)、硅堆整流橋(6)及高壓電極(9)通過絕緣支撐件固連成一個整體，密封在外筒體(14)中的耐高溫硅油(16)中。
2. 根據權利要求1所述的高壓直流電源，其特征在于中頻升壓 變壓器(23)的鐵心(4)采用長寬比為6倍的特異型矩形鐵芯， 初級和次級線包(3)繞制在同一鐵芯柱上。
3. 根據權利要求l或2所述的高壓直流電源，其特征在于，中 頻升壓變壓器(23)的線包(3)通過鐵芯(4)兩端的第一絕緣支 撐件(2)和第二絕緣支撐件(5)支撐，硅堆整流橋(6)通過第 二絕緣支撐件(5)、第三絕緣支撐件(7)和第四絕緣支撐件(8) 固連，高壓電極(9)安裝在第四絕緣支撐件(8)上。
4. 根據權利要求3所述的高壓直流電源，其特征在于第一絕緣 支撐件(2)為臺階形結構，上面套有熱膨脹腔(1)。
5. 根據權利要求1所述的高壓直流電源，其特征在于，外筒體 (14)的腔壁采用經熱處理能提高其強度達到抗靜壓50MPa以上的高強度無縫鋼管容器。
6. 根據權利要求1所述的高壓直流電源，其特征在于馬籠頭的 殼體上設有三個燒結密封塞(15)，腔體中注有硅脂(11)。
7. 根據權利要求6所述的高壓直流電源，其特征在于，三個燒 結密封塞(15)的內測電極與中頻升壓變壓器的初級引線和接地線 連接，外側電極與外接電纜芯線連接。
8. 根據權利要求6或7所述的高壓直流電源，其特征在于，外 接電纜外皮通過馬籠頭(13)與外筒體(14)連接。
9.根據權利要求4所述的高壓直流電源，其特征在于，熱膨脹 腔(1)采用耐高溫的氟橡膠，尺寸大于硅油在15(TC時由于熱膨脹 所增加的體積。
專利摘要本實用新型公開了一種同軸下井式高壓直流電源，主要解決現有電源功率小，耐受水壓力低，工作環境溫度低的問題。該電源包括主體部件及殼體結構，其主體部件中的變壓器鐵芯(4)、硅堆整流橋(6)、高壓電極(9)及熱膨脹腔(1)通過各絕緣支撐件(2)、(5)、(7)和(8)固連成一個整體，并在其密封在一個裝有耐高溫硅油介質(16)的外筒體(14)中。其殼體結構中的馬籠頭(13)的殼體上設有三個燒結密封塞(15)，腔體中注有硅脂(11)。該燒結密封塞的內、外測電極分別與中頻升壓變壓器的初級引線和外接電纜連接，該外接電纜通過馬籠頭(13)與外筒體(14)連接。本實用新型可實現4KW功率、30KV高壓輸出，保證在水下50MPa壓力和150℃溫度下正常工作。
文檔編號H02M7/06GK201345617SQ20082022856
公開日2009年11月11日 申請日期2008年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者呂曉琳 申請人:呂曉琳