叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置制造方法
【專利摘要】一種叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置和控制方法。為了克服傳統(tǒng)抽油機(jī)系統(tǒng)電能浪費(fèi)、裝機(jī)容量低和故障率高的不足，本實(shí)用新型采用專門的控制器和與同一井場內(nèi)每臺抽油機(jī)對應(yīng)的變頻器，變頻器的直流母線采用并聯(lián)，并外接有制動電阻，控制器通過對變頻器的變頻參數(shù)實(shí)時檢測及控制，實(shí)現(xiàn)同一井場內(nèi)每臺抽油機(jī)電機(jī)的反發(fā)電電能再利用以及抽油機(jī)功率錯峰控制。其有益效果是控制裝置結(jié)構(gòu)合理、簡單，通過控制器的智能控制，將每臺抽油機(jī)電機(jī)的反發(fā)電電能作為其他抽油機(jī)電機(jī)的動力電能，可極大降低電能浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)節(jié)能，并可對井場上多臺抽油機(jī)進(jìn)行功率錯峰控制，降低抽油機(jī)系統(tǒng)對供電電網(wǎng)的沖擊，從而降低叢式井的裝機(jī)容量及故障率。
【專利說明】叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種油氣開發(fā)設(shè)備抽油機(jī)的控制裝置，尤其是涉及一種叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]針對游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)的效率低下、耗能大、沖次調(diào)節(jié)不方便等問題，許多油井和煤層氣井使用變頻器進(jìn)行抽油機(jī)調(diào)速，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、增產(chǎn)的目的。但由于油田多處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，供電電網(wǎng)穩(wěn)定性比較差，尤其是在電網(wǎng)未鋪設(shè)到的區(qū)域，通常采用柴油發(fā)電機(jī)或燃?xì)獍l(fā)電機(jī)供電，為井場內(nèi)的抽油機(jī)提供動力。當(dāng)叢式井中有多臺抽油機(jī)同時出現(xiàn)最大功率輸出時，會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過載停機(jī)，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。常用的解決方法是采用加大發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量，由此將增加設(shè)備投資。同時，采用變頻器進(jìn)行沖次調(diào)節(jié)，每臺抽油機(jī)配備一臺變頻啟動控制柜，由于抽油機(jī)每個沖程周期位能或慣性的變化會造成電機(jī)出現(xiàn)反發(fā)電的現(xiàn)象，再生能量通過與變頻器逆變橋IGBT并聯(lián)的續(xù)流二極管的整流作用，反饋到變頻器直流母線，導(dǎo)致再生能量只能對直流母線濾波電容器進(jìn)行充電，致使直流母線電壓過高，使得濾波電容器和功率開關(guān)器件損壞。為了保護(hù)電容器及功率開關(guān)器件的安全，還會在變頻器直流母線上通過電力電子開關(guān)連接一個大功率電阻，將抽油機(jī)電機(jī)產(chǎn)生的反發(fā)電能量通過電阻以熱量的形式消耗掉，造成了大量的能源浪費(fèi)。據(jù)估算，我國單是煤層氣井就有I萬余口，且每年以3000 口以上的速度遞增，每口井有20%左右的電能通過變頻器外接的制動電阻消耗掉了，造成了巨大的能源浪費(fèi)。
[0003]針對以上問題，并根據(jù)叢式井平臺上一般有3至9 口井進(jìn)行開采這一特點(diǎn)，需要研制一種叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置，將多口油井的變頻器直流母線進(jìn)行并聯(lián)，將某一臺變頻器的回饋能量作為其它變頻器的動力，在保證抽油機(jī)設(shè)定的沖次要求前提下，避免多臺抽油機(jī)在運(yùn)行過程中同時達(dá)到功率峰值，從而減少因供電電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)受到?jīng)_擊導(dǎo)致過載停機(jī)的故障，降低叢式井井場電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)節(jié)能降耗、降低投資。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了克服抽油機(jī)常規(guī)變頻控制裝置存在的缺陷，滿足叢式井抽油機(jī)的變頻控制要求，降低叢式井抽油機(jī)變頻控制系統(tǒng)對電網(wǎng)的沖擊及裝機(jī)容量，保證油井和煤層氣井抽油機(jī)的正常生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，本實(shí)用新型提供一種叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)一個控制系統(tǒng)對同一井場上多臺抽油機(jī)進(jìn)行變頻錯峰控制。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置包括控制器和與同一井場內(nèi)每臺抽油機(jī)對應(yīng)的變頻器，變頻器和控制器之間采用實(shí)時通訊，變頻器的直流母線采用并聯(lián)，并外接有制動電阻；控制器作為主站，通過對作為從站的變頻器的變頻參數(shù)實(shí)時檢測及控制，實(shí)現(xiàn)同一井場內(nèi)每臺抽油機(jī)電機(jī)的反發(fā)電電能再利用以及抽油機(jī)功率錯峰控制。[0006]當(dāng)控制器檢測到有設(shè)定臺數(shù)以上的抽油機(jī)功率峰值在未來一段時間內(nèi)將要同時出現(xiàn)的時候，對抽油機(jī)的調(diào)頻優(yōu)先級、頻率增減、調(diào)頻幅度以及調(diào)頻范圍進(jìn)行判定，在峰值同時出現(xiàn)之前實(shí)現(xiàn)調(diào)頻控制以錯開功率峰值，并在調(diào)頻后設(shè)定的時間內(nèi)恢復(fù)抽油機(jī)的頻率。
[0007]抽油機(jī)功率峰值為峰值點(diǎn)或者為一個峰值區(qū)間。每臺抽油機(jī)對應(yīng)的變頻器分別外接制動電阻。變頻器的直流母線采用直接并聯(lián)，或者通過開關(guān)或者接觸器實(shí)現(xiàn)直流母線并聯(lián)的通斷。變頻器外接一個獨(dú)立的制動電阻，并與一個獨(dú)立的整流單元總成和一個獨(dú)立的濾波儲能電容總成連接。
[0008]控制器還聯(lián)接有人機(jī)界面；人機(jī)界面用以顯示每臺抽油機(jī)的電流、電壓和功率參數(shù)以及總電流和總功率信息，并可對需要控制的抽油機(jī)臺數(shù)、調(diào)頻幅度和調(diào)頻范圍參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改。
[0009]叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置還包括一個控制所述控制裝置總電源開關(guān)的總空開，和分別控制各個抽油機(jī)電源的空開。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是:控制裝置結(jié)構(gòu)合理、簡單，一臺控制裝置可對同一井場上多臺抽油機(jī)進(jìn)行變頻控制，實(shí)現(xiàn)沖次的調(diào)節(jié)；將每組變頻器的直流母線端并聯(lián)，通過控制器的智能控制，將每臺抽油機(jī)電機(jī)的反發(fā)電電能作為其他抽油機(jī)電機(jī)的動力電能，可極大減少電能浪費(fèi)；可對井場上多臺抽油機(jī)進(jìn)行功率錯峰控制，減小抽油機(jī)系統(tǒng)對供電電網(wǎng)的沖擊，從而降低叢式井的裝機(jī)容量及故障率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型設(shè)計(jì)方案一的硬件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本實(shí)用新型變頻器組控制接線示意圖。
[0013]圖3是本實(shí)用新型設(shè)計(jì)方案二的硬件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1、總空開，2、1#空開，3、2#空開，4、3#空開，5、1#變頻器，6、2#變頻器，7、3#變頻器，8、1#制動電阻，9、2#制動電阻，10、3#制動電阻，11、控制器，12、1#主接觸器，13、2#主接觸器，14,3#主接觸器，15、端子排，16,1#輸出端子，17,2#輸出端子，18,3#輸出端子，19、整流單元總成，20、制動電阻單元，21、濾波儲能電容總成，22、1#逆變單元，23、2#逆變單元，24、3#逆變單元，25、1#開關(guān)，26、2#開關(guān)，27、3#開關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉的是，本實(shí)用新型不限于所列出的【具體實(shí)施方式】，只要符合本發(fā)明的精神，都應(yīng)該包括于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0016]本實(shí)用新型叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置通過控制器與每臺變頻器進(jìn)行實(shí)時通訊及監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)沖次的調(diào)節(jié)、反發(fā)電電能再利用及功率錯峰控制，確保采油系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到降低系統(tǒng)裝機(jī)容量及故障率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn)的目的。
[0017]如圖1所示，總空開I為控制裝置總電源開關(guān)；1#空開2、2#空開3、3#空開4、……分別控制平臺上I號、2號、3號……抽油機(jī)電源的通斷;1#變頻器5、2#變頻器6、3#變頻器7、……分別控制I號、2號、3號……抽油機(jī)電機(jī)的運(yùn)行頻率；1#制動電阻8、2#制動電阻9、3#制動電阻10……分別接入1#變頻器5、2#變頻器6、3#變頻器7……；通過操作界面上各抽油機(jī)對應(yīng)的啟停按鈕控制1#主接觸器12、2#主接觸器13、3#主接觸器14……的通斷，從而控制i#、2#、3#……抽油機(jī)電機(jī)的通斷；端子排15包括1#輸出端子16、2#輸出端子17、3#輸出端子18……，分別用于接1#、2#、3#……抽油機(jī)電機(jī)的輸入電源；控制器11對本實(shí)用新型叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置內(nèi)的各變頻器進(jìn)行監(jiān)測及控制，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井平臺各抽油機(jī)的變頻控制、功率錯峰控制及節(jié)能控制。
[0018]如圖2所示，1#變頻器5、2#變頻器6、3#變頻器7……若干臺變頻器之間的直流母線端用1#開關(guān)25、2#開關(guān)26、3#開關(guān)27……進(jìn)行通斷實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，或者使用接觸器替代開關(guān)，通過開關(guān)或接觸器實(shí)現(xiàn)變頻器組直流母線的通斷，或者去掉開關(guān)直接并聯(lián)，始終保持各組變頻器之間直流母線端的并聯(lián)連接；控制器11與1#變頻器5、2#變頻器6、3#變頻器7……之間實(shí)現(xiàn)通訊連接，將控制器11作為主站，各變頻器作為從站，進(jìn)行各變頻器變頻參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測及控制。
[0019]本實(shí)用新型叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置外部面板上設(shè)置有每臺抽油機(jī)對應(yīng)的啟動/停止按鈕，合上總空開I及各抽油機(jī)對應(yīng)的電源開關(guān)1#空開2、2#空開3、3#空開4……，合上需要進(jìn)行直流母線并聯(lián)的1#變頻器5、2#變頻器6、3#變頻器7……對應(yīng)的1#開關(guān)25、2#開關(guān)26、3#開關(guān)27……，在控制器11的人機(jī)界面中輸入要求的各井變頻控制參數(shù)值，間隔一定時間分別按下各啟動按鈕啟動每臺抽油機(jī)，控制器11通過與各變頻器之間的數(shù)據(jù)通訊，實(shí)時讀取并計(jì)算變頻器輸出的電流、電壓及功率大小，按照程序的設(shè)置進(jìn)行動態(tài)建模，在保證抽油機(jī)產(chǎn)量的前提下，對變頻頻率進(jìn)行間歇調(diào)整，即當(dāng)檢測到有設(shè)定臺數(shù)以上的抽油機(jī)功率峰值在未來一段時間內(nèi)將要同時出現(xiàn)的時候，控制器將對抽油機(jī)的調(diào)頻優(yōu)先級、頻率增減、調(diào)頻的幅度以及調(diào)頻的范圍等條件進(jìn)行判定，在峰值同時出現(xiàn)之前實(shí)現(xiàn)調(diào)頻控制，達(dá)到錯開功率峰值的目的，并在調(diào)頻后設(shè)定的時間內(nèi)恢復(fù)該抽油機(jī)的頻率，以保證抽油機(jī)的產(chǎn)能基本不變。由于變頻器之間采用直流母線并聯(lián)連接，可增大抽油機(jī)反發(fā)電電能的存儲容量，同時反發(fā)電電能可向其他抽油機(jī)提供電能，減少在制動電阻上的電能消耗，從而達(dá)到節(jié)能目的。
[0020]如圖3所示，為設(shè)計(jì)方案二，【具體實(shí)施方式】與方案一類似，只是將每個變頻器組的整流、濾波儲能、制動電阻、逆變功能部分進(jìn)行模塊拆分及整合。該設(shè)計(jì)采用一個獨(dú)立的整流單元總成19，一個獨(dú)立的制動電阻單元20，一個獨(dú)立的濾波儲能電容總成21，將逆變部
分分為多組逆變單元1#逆變單元22、2#逆變單元23、3#逆變單元24......，進(jìn)行抽油機(jī)的變
頻調(diào)沖次控制、功率錯峰控制、反發(fā)電電能控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。
[0021]控制器還聯(lián)接有人機(jī)界面；人機(jī)界面用以顯示每臺抽油機(jī)的電流、電壓和功率參數(shù)以及總電流和總功率信息，并可對需要控制的抽油機(jī)臺數(shù)、調(diào)頻幅度和調(diào)頻范圍參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改。
[0022]該控制裝置可根據(jù)井場上抽油機(jī)的數(shù)量對控制裝置內(nèi)的各部件進(jìn)行相應(yīng)的增減，實(shí)現(xiàn)對不同平臺上若干臺抽油機(jī)的變頻節(jié)能控制。
[0023]抽油機(jī)的設(shè)定臺數(shù)、預(yù)測時間長度、抽油機(jī)的調(diào)頻優(yōu)先級、調(diào)頻幅度以及調(diào)頻范圍通過人機(jī)界面手動輸入。
[0024]應(yīng)該注意的是上述實(shí)施例是示例而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)很多替代實(shí)施例而不脫離本專利的權(quán)利要求范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置，包括控制器和與同一井場內(nèi)每臺抽油機(jī)對應(yīng)的變頻器，變頻器和控制器之間采用實(shí)時通訊，其特征是:所述變頻器的直流母線采用并聯(lián)，并外接有制動電阻；所述控制器作為主站，通過對作為從站的變頻器的變頻參數(shù)實(shí)時檢測及控制，實(shí)現(xiàn)同一井場內(nèi)每臺抽油機(jī)電機(jī)的反發(fā)電電能再利用以及抽油機(jī)功率錯峰控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置，其特征是:每臺抽油機(jī)對應(yīng)的變頻器分別外接制動電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置，其特征是:所述變頻器的直流母線采用直接并聯(lián)，或者通過開關(guān)或者接觸器實(shí)現(xiàn)直流母線并聯(lián)的通斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置，其特征是:所述變頻器外接一個獨(dú)立的制動電阻，并與一個獨(dú)立的整流單元總成和一個獨(dú)立的濾波儲能電容總成連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述叢式井抽油機(jī)變頻節(jié)能控制裝置，其特征是:還包括一個控制所述控制裝置總電源開關(guān)的總空開，和分別控制各個抽油機(jī)電源的空開。
【文檔編號】H02P5/74GK203399031SQ201320357693
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月21日
【發(fā)明者】鄒祥城, 劉建鵬, 王雷, 郭慶榮, 韓民強(qiáng), 王志明, 胡勇, 劉俊, 董賀茹, 王紹軍, 王潤玲, 王澤香, 朱宏偉, 張振江, 孟鑫, 王慶山, 王增強(qiáng), 張士偉, 周海芳, 李瑞波 申請人:中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司, 渤海石油裝備（天津）新世紀(jì)機(jī)械制造有限公司