專利名稱：抽油機變頻節(jié)能控制柜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種為現(xiàn)場采油而制作的抽油機變頻節(jié)能控制柜。
背景技術(shù)：
在石油開采中，電費支出約占噸油生產(chǎn)成本的三分之一，抽油機作為油田最基本的設(shè)備，其節(jié)能降耗顯得更加重要。資料顯示，我國電力消耗僅次于美國，位居世界第二，而我國的噸油成本是國外噸油成本的好幾倍。盡可能的節(jié)能增效，同國際水平接軌，這是我國石油工業(yè)的必然趨勢。
游梁式抽油機每個沖次有重載、輕載、發(fā)電三種工作狀態(tài)。抽油機屬位能性負載，尤其當配重不平衡時，電動機由于位能或慣性，在整個沖次的某個階段，負載拖動電動機的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出頻率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速還要高，電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生的再生電能傳輸直流側(cè)濾波電容上，形成泵升電壓。因此，這部分再生能量必須處理。普通變頻器的輸入是二極管整流，能量不能反向流動，上述能量不能流回電網(wǎng)，處理再生能量的方法為能量消耗，是在變頻器直流側(cè)加放電電阻單元組件，將再生電能通過專門的能耗制動電路消耗在功率電阻上，轉(zhuǎn)化為熱能，因此稱為電阻能耗制動。為保證系統(tǒng)安全運行，這部分電能不得不被丟失和消耗。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有背景技術(shù)的不足之處，而提供一種抽油機變頻節(jié)能控制柜。它可根據(jù)油井的實際供液能力，動態(tài)調(diào)整抽取速度，既節(jié)約電能，又增加原油產(chǎn)量。
本實用新型的目的是通過如下措施來達到的抽油機變頻節(jié)能控制柜，其特征在于它包括主控部分、輔助控制部分；所述主控部分由380V電源經(jīng)過斷路器ZK控制后，分為兩路電路一路為變頻回路，另一路為旁路回路；所述變頻回路經(jīng)過電流互感器TAb后，通過交流接觸器KM2進入變頻器BPQ，再經(jīng)過變頻器BPQ變頻后進入交流接觸器KM3；旁路回路由交流接觸器KM1構(gòu)成，并與交流接觸器KM2、變頻器BPQ、交流接觸器KM3并聯(lián)，在出線端與KM3連接后匯總進入熱繼電器RJ，通往外部抽油機電機M；所述輔助控制部分位置接近信號中的信號輸入到智能控制器FCC-A，經(jīng)過智能控制器FCC-A轉(zhuǎn)化，輸出給變頻器BPQ一個控制信號，變頻器BPQ進行頻率變換，從而控制抽油機的電動機M的轉(zhuǎn)速。
在上述技術(shù)方案中，所述變頻器BPQ上有電源輸入端子R、S、T和輸出端子U、V、W，所述交流接觸器KM2通過電源輸入端子R、S、T進入變頻器BPQ，再經(jīng)過變頻器BPQ變頻后由輸出端子U、V、W進入交流接觸器KM3。
在上述技術(shù)方案中，所述智能控制器FCC-A與變頻器BPQ有相互匹配的接線端子CM、1ST、2ST。
在上述技術(shù)方案中，所述變頻器BPQ上有故障信號接口ALM1、ALM2。
本實用新型抽油機變頻節(jié)能控制柜具有如下優(yōu)點①本實用新型可根據(jù)油井的實際供液能力，動態(tài)調(diào)整抽取速度，既節(jié)約電能，又增加原油產(chǎn)量。②使用變頻器后，電動機功率因數(shù)可由0.25～0.50提高到0.90以上，從而減輕了電網(wǎng)和變壓器的負擔(dān)，降低了線損。③沖次任意調(diào)節(jié)，不需停產(chǎn)調(diào)節(jié)速度，解決了因調(diào)速造成的停產(chǎn)，從而提高了生產(chǎn)效率。④通過變頻對抽油機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，根據(jù)抽油機的特殊工況，把轉(zhuǎn)速控制細劃為上沖程轉(zhuǎn)速控制和下沖程轉(zhuǎn)速控制，在上沖程電機提高轉(zhuǎn)速，下沖程電機減低轉(zhuǎn)速，從而減少漏失，提高泵效。⑤操作極為簡單，一改商用變頻器只有專家才能使用的復(fù)雜產(chǎn)品概念。設(shè)兩段速調(diào)節(jié)沖次，無需復(fù)雜設(shè)定，程序充分簡化，不會因操作而出現(xiàn)錯誤。


圖1為本實用新型抽油機變頻節(jié)能控制柜的電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細說明本實用新型的實施情況，但它們并不構(gòu)成對本實用新型的限制。
參閱附圖可知抽油機變頻節(jié)能控制柜，它包括主控部分、輔助控制部分；主控部分它由斷路器ZK、熱繼電器RJ、電流互感器TAb、交流接觸器KM1、KM2、KM3，變頻器BPQ和連接這些元器件的電纜組成。
所述主控部分由380V電源經(jīng)過斷路器ZK控制后，分為兩路電路一路為變頻回路，另一路為旁路回路；所述變頻回路經(jīng)過電流互感器TAb后，通過交流接觸器KM2進入變頻器BPQ，再經(jīng)過變頻器BPQ變頻后進入交流接觸器KM3；旁路回路由交流接觸器KM1構(gòu)成，并與交流接觸器KM2、變頻器BPQ、交流接觸器KM3并聯(lián)，在出線端與KM3連接后匯總進入熱繼電器RJ，通往外部抽油機電機M；所述輔助控制部分位置接近信號中的信號輸入到智能控制器FCC-A，經(jīng)過智能控制器FCC-A轉(zhuǎn)化，輸出給變頻器BPQ一個控制信號，變頻器BPQ進行頻率變換，從而控制抽油機的電動機M的轉(zhuǎn)速。
在上述技術(shù)方案中，所述變頻器BPQ上有電源輸入端子R、S、T和輸出端子U、V、W，所述交流接觸器KM2通過電源輸入端子R、S、T進入變頻器BPQ，再經(jīng)過變頻器BPQ變頻后由輸出端子U、V、W進入交流接觸器KM3。
在上述技術(shù)方案中，所述智能控制器FCC-A與變頻器BPQ有相互匹配的接線端子CM、1ST、2ST。
在上述技術(shù)方案中，所述變頻器BPQ上有故障信號接口ALM1、ALM2。
輔助控制部分由智能控制器、位置接近信號(器)及二次線路組成。按其電路中電壓性質(zhì)又分為DC24V智能控制器輸出線路、AC220V控制回路、電流回路。
本實用新型抽油機變頻節(jié)能控制柜的柜體結(jié)構(gòu)為戶外型低壓動力配電柜，封閉式結(jié)構(gòu)，外殼可采用優(yōu)質(zhì)鋼板彎制焊接，表面高壓靜電噴塑處理，抗腐蝕能力強，防護等級高。帶有強制風(fēng)冷，自動控制，內(nèi)設(shè)溫度檢測、調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，以滿足環(huán)境要求。該柜體還具有結(jié)構(gòu)緊湊，檢修方便等特點。
工作時柜體通過接在控制器FCC-A出線端的探測頭(固定安裝的磁電型接近開關(guān))與附在抽油機飛輪上的磁鐵(2塊)的感應(yīng)，所產(chǎn)生的信號(位置接近信號)經(jīng)控制器FCC-A輸出，分別控制變頻器的1ST和2ST相互轉(zhuǎn)換動作(即1ST閉合，2ST同步斷開；2ST閉合，則1ST同步打開)，飛輪每沖程上、下各一次(即一周期2次，每分鐘為2-3個周期)，變頻器頻率也隨之每周期變換2次， 即控制變頻器頻率變換，最終實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整抽取速度，達到既節(jié)約電能，又增加原油產(chǎn)量的目的。
柜內(nèi)變頻系統(tǒng)具有自檢、保護功能，可實現(xiàn)過流、過壓、欠壓、過載保護。變頻器具有自啟動及故障后切換至工頻的功能，保證配電箱出現(xiàn)故障后的整個裝置的連續(xù)工作。變頻器內(nèi)置輸入濾波裝置，全程噪聲過濾，對電網(wǎng)的干擾是普通商用變頻器的1/4，并可柔性啟動，降低電網(wǎng)載荷沖擊，對電機和設(shè)備無沖擊。變頻裝置具有全電壓自動跟蹤，自動計算最佳制動力矩，用戶不必自己設(shè)定任何參數(shù)。簡化應(yīng)用環(huán)節(jié)的操作。此外，該柜體結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，適合油田現(xiàn)場狀況；可實行野外無人值守，全自動設(shè)計，不必更換機械設(shè)備即可任意控制抽油速度；適用于不同地域、結(jié)構(gòu)的油井和不同氣候、環(huán)境條件的場合。
本裝置針對抽油機工作原理，選用四象限變頻器，電源是交-直-交系統(tǒng)，通過加裝雙PWM(矩形等幅脈沖寬度調(diào)制)回饋裝置，使變頻器電網(wǎng)側(cè)變流器成為可逆的，可將再生電能變換成和電網(wǎng)電源同步、同相位的正弦交流電、就地回送到電網(wǎng)。彌補了使用普通變頻器致使這部分(約15～25％)電能損失的缺憾。由于使用了正弦波PWM電流回饋及濾波和電抗器一體化裝置，回收的電能完全符合國家電網(wǎng)標準。
變頻柜中變頻器起到變頻調(diào)速的作用，且只有兩種預(yù)先設(shè)定的頻率。通過變頻對抽油機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，根據(jù)抽油機的特殊工況，把轉(zhuǎn)速控制細劃為上沖程轉(zhuǎn)速控制和下沖程轉(zhuǎn)速控制，在上沖程電機提高轉(zhuǎn)速，下沖程電機減低轉(zhuǎn)速，從而減少能量損失，提高泵效。
輸入控制器FCC-A的是無源接點信號(磁電型接近開關(guān)與磁鐵的感應(yīng)產(chǎn)生)，控制器輸出的是兩個無源接點(需承受變頻器傳來的24V電壓)1K和2K來控制變頻器1ST和2ST動作，根據(jù)實際情況，磁電型接近開關(guān)隨著抽油機的飛輪第一次接通(瞬時狀態(tài))時，1K保持接通并保持，磁電型接近開關(guān)隨著抽油機飛輪的轉(zhuǎn)動第二次接通(瞬時狀態(tài))時，2K保持接通并保持而1K復(fù)位斷開并保持；反復(fù)如此進行變換。1K和2K分別控制變頻器的1ST和2ST，正常運行時1ST和2ST相互轉(zhuǎn)換動作(即1ST閉合，2ST同步斷開；2ST閉合，則1ST同步打開；1K和2K允許同時斷開，但不允許同時閉合)。
變頻控制器FCC-A磁電接近開關(guān)(一個)一起使用的磁鐵(2枚)應(yīng)吸附在抽油機飛輪的適當位置，接近開關(guān)固定，附在飛輪上的磁鐵每接近磁電接近開關(guān)一次，磁電接近開關(guān)即發(fā)一次信號給控制器FCC-A，再由控制器控制變頻器工作(即控制變頻器的兩個觸點1ST和2ST)。
需要說明的是對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不改變本實用新型原理的前提下還可以對本實用新型做出若干的改變或變形，這同樣屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.抽油機變頻節(jié)能控制柜，其特征在于它包括主控部分、輔助控制部分；所述主控部分由380V電源經(jīng)過斷路器(ZK)控制后，分為兩路電路一路為變頻回路，另一路為旁路回路；所述變頻回路經(jīng)過電流互感器(TAb)后，通過交流接觸器(KM2)進入變頻器(BPQ)，再經(jīng)過變頻器(BPQ)變頻后進入交流接觸器(KM3)；旁路回路由交流接觸器(KM1)構(gòu)成，并與交流接觸器(KM2)、變頻器(BPQ)、交流接觸器(KM3)并聯(lián)，在出線端與(KM3)連接后匯總進入熱繼電器(RJ)，通往外部抽油機電機(M)；所述輔助控制部分位置接近信號中的信號輸入到智能控制器(FCC-A)，經(jīng)過智能控制器(FCC-A)轉(zhuǎn)化，輸出給變頻器(BPQ)一個控制信號，變頻器(BPQ)進行頻率變換，從而控制抽油機的電動機(M)的轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機變頻節(jié)能控制柜，其特征在于所述變頻器(BPQ)上有電源輸入端子(R、S、T)和輸出端子(U、V、W)，所述交流接觸器(KM2)通過電源輸入端子(R、S、T)進入變頻器(BPQ)，再經(jīng)過變頻器(BPQ)變頻后由輸出端子(U、V、W)進入交流接觸器(KM3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抽油機變頻節(jié)能控制柜，其特征在于所述智能控制器(FCC-A)與變頻器(BPQ)有相互匹配的接線端子(CM、1ST、2ST)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油機變頻節(jié)能控制柜，其特征在于所述變頻器(BPQ)上有故障信號接口(ALM1、ALM2)。
專利摘要抽油機變頻節(jié)能控制柜，它包括主控部分、輔助控制部分；主控部分由380V電源經(jīng)過斷路器(ZK)控制后，分為兩路電路一路為變頻回路，另一路為旁路回路；輔助控制部分位置接近信號中的信號輸入到智能控制器(FCC－A)，經(jīng)過智能控制器(FCC－A)轉(zhuǎn)化，輸出給變頻器(BPQ)一個控制信號，變頻器(BPQ)進行頻率變換，從而控制抽油機的電動機(M)的轉(zhuǎn)速。它克服了現(xiàn)有游梁式抽油機只能將再生電能通過專門的能耗制動電路消耗在功率電阻上，轉(zhuǎn)化為熱能的不足。本實用新型具有可根據(jù)油井的實際供液能力，動態(tài)調(diào)整抽取速度，既節(jié)約電能，又增加原油產(chǎn)量的優(yōu)點。
文檔編號H02P27/04GK2914489SQ200620096009
公開日2007年6月20日 申請日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者楊須紅, 張慶紅 申請人:武漢長興電器發(fā)展有限公司