本實(shí)用新型涉及一種輸油裝置，尤其是涉及一種智能控制節(jié)能輸油裝置。

背景技術(shù)：

油田是一個(gè)復(fù)雜對(duì)象，其中最重要的特性之一，就是時(shí)變性在開(kāi)采過(guò)程中，地層能量不斷衰減為保持地層能量平衡常規(guī)方式是對(duì)油井輸油。輸油壓力的高低是決定油田合理開(kāi)發(fā)和地面管線及相關(guān)設(shè)備的重要參數(shù)，特別在后期開(kāi)發(fā)中，輸油井增多、輸油工藝設(shè)計(jì)和機(jī)電設(shè)備配置比較寬裕，加之地質(zhì)情況變化較大，經(jīng)常引起輸油壓力波動(dòng)，輸油量不均勻和穩(wěn)定。輸油壓力控制不當(dāng)將給油田生產(chǎn)和管理帶來(lái)許多麻煩，因此油田要求恒壓恒流輸油。但是由于儲(chǔ)油地層的壓力及油氣分布在不斷發(fā)生變化，其數(shù)值很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，因而也就難以控制。由于歷史和技術(shù)等原因，為了滿足油田開(kāi)發(fā)的需要，在工藝和機(jī)電設(shè)備的配置上都按照油田最大可能的需求設(shè)計(jì)，特別是在輸油設(shè)備中尤為突出。油田輸油設(shè)備多采用離心泵、柱塞泵匹配高功率電機(jī)，輸油設(shè)備經(jīng)常是在效率低下的“大馬拉小車”狀態(tài)運(yùn)行，造成電能的極大浪費(fèi)，電能損失高達(dá)40％以上.。此外，控制手段落后，輸油壓力靠泵出口閘門手動(dòng)控制，泵與電機(jī)匹配難以達(dá)到在泵的最佳工況點(diǎn)運(yùn)行。

輸油泵在整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中是日均使用頻率最高的設(shè)備，而大部分增壓站、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站的輸油泵啟動(dòng)方式都采用星三角啟動(dòng)，由于星三角啟動(dòng)方式對(duì)電機(jī)和輸油泵的沖擊性加大，造成輸油泵軸承摩損加速和噪音增大等諸多弱點(diǎn)。而且,現(xiàn)存的輸油設(shè)備普遍為人工操作,當(dāng)系統(tǒng)特性發(fā)生變化時(shí),不能及時(shí)改變輸油設(shè)備的工作狀態(tài),加大了能耗,造成很大的能量損失。因此盡早盡快開(kāi)發(fā)出油田輸油設(shè)備的自動(dòng)化節(jié)能技術(shù),在油田節(jié)能降耗工作中具有重大意義。輸油泵普遍不支持直接帶載啟動(dòng)，輸油泵的日常維護(hù)或易損件的更換，需要經(jīng)常進(jìn)行起(停)泵操作，由于壓力較高不能直接帶載起泵，必須來(lái)回倒換流程，才能啟動(dòng)，從而導(dǎo)致,耗費(fèi)人力、浪費(fèi)能耗、啟停動(dòng)作復(fù)雜，并給操作人員帶來(lái)一定的安全隱患；油田各采油作業(yè)區(qū)輸油現(xiàn)場(chǎng)，輸油泵普遍采用軟起控制，恒壓或恒流輸油需要人工調(diào)節(jié)閥門，導(dǎo)致，耗費(fèi)人力、能耗浪費(fèi)大,壓力精度差，調(diào)壓調(diào)流難度大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有輸油泵效率低、耗電量高、操作復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，提供一種效率高、耗電量低的智能控制節(jié)能輸油裝置。

本實(shí)用新型提供的智能控制節(jié)能輸油裝置，包括變頻器、軟啟動(dòng)器、輸油泵電機(jī)、輸油電機(jī)軸流風(fēng)扇、開(kāi)關(guān)電源、塑殼斷路器、微型斷路器、工頻輸出交流接觸器、變頻輸出交流接觸器、軟啟旁路交流接觸器、風(fēng)機(jī)使能交流接觸器、第一熱繼電器和第二熱繼電器，塑殼斷路器輸入端連接變壓器或配電柜，塑殼斷路器輸出端通過(guò)電纜線或銅排接入變頻器輸入端和軟啟動(dòng)器輸入端及軟啟旁路交流接觸器輸入端；

變頻器外接直流電抗器，變頻器輸出端通過(guò)電纜線或銅排接入變頻輸出交流接觸器輸入端，變頻輸出交流接觸器輸出端通過(guò)電纜線或銅排接入輸出電抗器的輸入端，輸出電抗器的輸出端通過(guò)電纜線或銅排接入輸油泵電機(jī)的輸入端子；

軟啟旁路交流接觸器輸出端子通過(guò)銅排或電纜與第一熱繼電器輸入端連接，第一熱繼電器輸出端用銅排或電纜與軟啟動(dòng)器輸出端并聯(lián)，并聯(lián)后用銅排或電纜接入工頻輸出交流接觸器，工頻輸出交流接觸器輸出端用銅排或電纜與變頻輸出交流接觸器并聯(lián)接入輸油泵電機(jī)的輸入端子；

塑殼斷路器輸出端通過(guò)電纜接入微型斷路器，微型斷路器輸出端用電纜接入風(fēng)機(jī)使能交流接觸器輸入端，風(fēng)機(jī)使能交流接觸器輸出端與第二熱繼電器輸入端連接，第二熱繼電器輸出端用電纜接入輸油電機(jī)軸流風(fēng)扇；

塑殼斷路器輸出端通過(guò)電纜線接入AC220V電源到開(kāi)關(guān)電源的輸入端，開(kāi)關(guān)電源的輸出端子輸出DC24V到PLC控制器；PLC控制器的輸出端通過(guò)RS485接口與變頻器連接；

塑殼斷路器輸出端連接有防雷器；

還包括操作單元控制面板和上位機(jī)，操作單元控制面板通過(guò)信號(hào)電纜與PLC控制器連接，上位機(jī)設(shè)有TCP接口端，TCP接口端通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與PLC控制器連接。

本實(shí)用新型的有益效果是：自動(dòng)化程度高，工頻/變頻兩種工作模式，運(yùn)行安全；系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，具有手動(dòng)/自動(dòng)切換、壓力調(diào)整、恒壓、高低電壓保護(hù)、欠相保護(hù)、漏電保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、瞬間跳閘保護(hù)等功能。輸油泵低頻運(yùn)行時(shí)(一般運(yùn)行在20HZ)節(jié)能效果顯著，達(dá)40％以上。

應(yīng)用該裝置不但能降低輸油泵的耗電量、降低無(wú)功功率、優(yōu)化輸油泵的平滑啟動(dòng)和停止過(guò)程，為系統(tǒng)提供過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載、過(guò)熱、短路、缺相等保護(hù)，提高電機(jī)的功率因數(shù)、延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命、增大電網(wǎng)的供電容量，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的增容改造，通過(guò)控制器、HMI人機(jī)、通訊等系統(tǒng)集成技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)輸油管網(wǎng)的節(jié)能、增效自動(dòng)化、智能化、可視化運(yùn)行。

采用PLC和觸摸屏技術(shù)智能控制變頻器,實(shí)現(xiàn)變頻器的頻率變化控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而改變輸油泵的出口壓力和流量。實(shí)驗(yàn)證明本裝置節(jié)能降耗效果顯著。本裝置具有經(jīng)濟(jì)有效的特點(diǎn)以及很強(qiáng)的實(shí)用性。在變頻自動(dòng)狀態(tài)下，設(shè)備通過(guò)PLC檢測(cè)壓力或流量傳感器信號(hào)并根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)合輸油泵的工作狀況，自動(dòng)對(duì)輸油泵的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使輸油壓力或流量穩(wěn)定、可靠，且能達(dá)到很好的節(jié)能目的。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的特征，將在以下具體實(shí)施方式的描述中，得以清楚地記載。

附圖說(shuō)明

圖1是一次回路的示意圖；

圖2是二次回路的示意圖；

圖3是操作單元的人機(jī)界面示意圖；

圖4是智能控制節(jié)能輸油裝置多臺(tái)聯(lián)動(dòng)的示意圖。

圖中符號(hào)說(shuō)明：

1.變頻器，2.軟啟動(dòng)器，3.防雷器，4.輸油泵電機(jī)，5.輸油電機(jī)軸流風(fēng)扇，6.開(kāi)關(guān)電源，QF1表示塑殼斷路器，QF2表示微型斷路器，TA表示電流互感器，KM1表示工頻輸出交流接觸器，KM2表示變頻輸出交流接觸器，KM3表示軟啟旁路交流接觸器，KM4表示風(fēng)機(jī)使能交流接觸器，F(xiàn)R1表示第一熱繼電器，F(xiàn)R2表示第二熱繼電器。

具體實(shí)施方式

如圖1和2所示，智能控制節(jié)能輸油裝置包括一次回路和二次回路，一次回路包括電源單元、變頻側(cè)單元、工頻側(cè)單元、電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)單元。二次回路包括電源單元、控制單元。

一、一次回路如下：

1、電源單元：

從變壓器或配電柜用電纜線接入塑殼斷路器QF1輸入端，在塑殼斷路器QF1輸出端接入防雷器3。從塑殼斷路器QF1輸出端通過(guò)電纜線或銅排接入變頻器1輸入端和軟啟動(dòng)器2輸入端及軟啟旁路交流接觸器KM3輸入端。

2、變頻側(cè)單元：

變頻器1外接直流電抗器端子接入直流電抗器，變頻器1輸出端通過(guò)電纜線或銅排接入變頻輸出交流接觸器KM2輸入端，變頻輸出交流接觸器KM2輸出端通過(guò)電纜線或銅排接入輸出電抗器的輸入端，輸出電抗器的輸出端通過(guò)電纜線或銅排接入輸油泵電機(jī)4的輸入端子。

3、工頻側(cè)單元：

軟啟旁路交流接觸器KM3輸出端子通過(guò)銅排或電纜與第一熱繼電器FR1輸入端連接，第一熱繼電器FR1輸出端用銅排或電纜與軟啟動(dòng)器2輸出端并聯(lián)，并聯(lián)后用銅排或電纜接入工頻輸出交流接觸器KM1，工頻輸出交流接觸器KM1輸出端用銅排或電纜與變頻輸出交流接觸器KM2并聯(lián)接入輸油泵電機(jī)4的輸入端子。

4、電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)單元：

從塑殼斷路器QF1輸出端通過(guò)電纜接入微型斷路器QF2,微型斷路器QF2輸出端用電纜接入風(fēng)機(jī)使能交流接觸器KM4輸入端，風(fēng)機(jī)使能交流接觸器KM4輸出端與第二熱繼電器FR2輸入端連接，第二熱繼電器FR2輸出端用電纜接入輸油電機(jī)軸流風(fēng)扇5的輸入端子上。

二、二次回路如下：

電源單元：從塑殼斷路器QF1輸出端通過(guò)電纜線接入AC220V電源到開(kāi)關(guān)電源6的輸入端，開(kāi)關(guān)電源6的輸出端子輸出DC24V到接線端子排輸入端上，接線端子排輸出端通過(guò)電纜線接入PLC控制器。PLC控制器的輸出端與變頻器1連接。

控制單元工作時(shí)又分為工頻模式和變頻模式，兩者之間具有護(hù)鎖功能。變頻模式又分為自動(dòng)和手動(dòng)，同樣兩者之間具有護(hù)鎖功能。

下面描述工作過(guò)程：

如圖3所示，智能控制節(jié)能輸油裝置在正常情況下，在操作單元控制面板上，“變頻/工頻”切換開(kāi)關(guān)選擇“變頻”模式。

“自動(dòng)/手動(dòng)”切換開(kāi)關(guān)選擇“自動(dòng)”模式?！白詣?dòng)”模式，又分為遠(yuǎn)程和本地?！斑h(yuǎn)程/本地”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇“本地”，在操作單元控制面板上的人機(jī)界面(觸摸屏)操作畫面上給定一個(gè)壓力或流量值，這個(gè)值通過(guò)人機(jī)界面RS485接口用信號(hào)電纜傳送到PLC控制器。“遠(yuǎn)程/本地”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇“遠(yuǎn)程”，在遠(yuǎn)程上位機(jī)上給定一個(gè)壓力或流量值，這個(gè)值通過(guò)上位機(jī)的TCP接口端通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳送到PLC控制器。PLC控制器接收到給定值，當(dāng)按下“運(yùn)行”按鈕時(shí)，PLC的CPU經(jīng)過(guò)PID控制過(guò)程，將信號(hào)通過(guò)PLC的RS485接口端信號(hào)電纜連接RS485接口端傳送到變頻器1中，變頻器1輸出一定的頻率電壓給輸油泵電機(jī)4，輸油泵電機(jī)4帶動(dòng)輸油泵，輸油泵出口壓力或流量通過(guò)變送器信號(hào)線傳送接線端子排輸入端上，接線端子排輸出端通過(guò)信號(hào)電纜傳送到PLC控制器模擬量輸入模塊或PLC控制器的RS485接口端，PLC控制器的CPU將返回信號(hào)與給定值，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算處理，將輸出頻率值通過(guò)PLC控制器的RS485接口端信號(hào)電纜連接RS485接口端傳送到變頻器1中，如此反復(fù)，直至達(dá)到穩(wěn)定的給定值為止。

“自動(dòng)/手動(dòng)”切換開(kāi)關(guān)選擇“手動(dòng)”模式，在操作單元控制面板上的人機(jī)界面(觸摸屏)操作畫面上給定一個(gè)頻率值，這個(gè)值通過(guò)人機(jī)界面RS485接口用信號(hào)電纜傳送到PLC控制器，由PLC控制器通過(guò)RS485接口端信號(hào)電纜連接RS485接口端傳送到變頻器1中，變頻器1輸出給定頻率電壓傳送給輸油泵電機(jī)4，輸油泵電機(jī)4帶動(dòng)輸油泵運(yùn)行。直至按下“停止”按鈕，通過(guò)信號(hào)電纜給1#交流接觸器控制端信號(hào)，使工頻輸出交流接觸器KM1斷開(kāi)，同時(shí)變頻器1控制端接收停止信號(hào)，變頻器1停止運(yùn)行，輸油泵電機(jī)4斷電，輸油泵停止運(yùn)行。

當(dāng)變頻器保養(yǎng)維修或出現(xiàn)故障時(shí)，在操作單元控制面板上，“變頻/工頻”切換開(kāi)關(guān)選擇“工頻”模式，同時(shí)系統(tǒng)給出警告提示變頻器故障等。當(dāng)按下“運(yùn)行”按鈕時(shí)，運(yùn)行信號(hào)傳送到接線端子排輸入端上，再?gòu)慕泳€端子排輸出端通過(guò)信號(hào)電纜傳送到軟啟動(dòng)器2控制輸入端，軟啟動(dòng)器2接收到啟動(dòng)信號(hào)，軟啟動(dòng)器2運(yùn)行，將電壓傳送給輸油泵電機(jī)4，輸油泵電機(jī)4帶動(dòng)輸油泵運(yùn)行，輸油泵運(yùn)行平穩(wěn)后，軟啟動(dòng)器2控制端通過(guò)信號(hào)電纜給軟啟旁路交流接觸器KM3控制端信號(hào)，使軟啟旁路交流接觸器KM3導(dǎo)通，將電壓傳給輸油泵電機(jī)4，輸油泵電機(jī)4帶動(dòng)輸油泵運(yùn)行，輸油泵平穩(wěn)運(yùn)行。直至按下“停止”按鈕，通過(guò)信號(hào)電纜給變頻輸出交流接觸器KM2、軟啟旁路交流接觸器KM3交流接觸器控制端信號(hào)與軟啟動(dòng)器2控制端接收停止信號(hào)，使軟啟動(dòng)器2停止運(yùn)行與變頻輸出交流接觸器KM2、軟啟旁路交流接觸器KM3斷開(kāi)，輸油泵電機(jī)4斷電，輸油泵停止運(yùn)行。

如圖4所示，智能控制節(jié)能輸油裝置多臺(tái)聯(lián)動(dòng)與智能投切的過(guò)程如下：

在多臺(tái)輸油泵(存在大輸油量主泵和小輸油量輔助泵)輸油時(shí)設(shè)定壓力或流量系統(tǒng)PID運(yùn)算后對(duì)輸油泵的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整(運(yùn)行頻率)，根據(jù)主輸油泵運(yùn)行頻率值的判斷進(jìn)行輔助泵的自動(dòng)投入以及切出。

在遠(yuǎn)程模式下在上位機(jī)設(shè)置或輸油流量或壓力，或者在本地模式下在觸摸屏上設(shè)置輸油流量或壓力給PLC控制器，PLC控制器根據(jù)采集到的輸油泵出口的流量計(jì)或壓力進(jìn)行PID運(yùn)算，然后PLC控制器輸出運(yùn)行頻率值，通過(guò)MODBUS通訊傳送至變頻器，變頻器輸出電壓頻率調(diào)整主輸油泵的運(yùn)行速度，從而使輸油流量達(dá)到設(shè)定輸油流量。

主泵切出輔助泵自投：當(dāng)主輸油泵啟動(dòng)輸油流量已達(dá)到設(shè)定輸油流量后，且低于切出運(yùn)行頻率且持續(xù)某一時(shí)間后，主輸油泵自由停機(jī)后并且切出。同時(shí)小流量輔助輸油泵自動(dòng)投入運(yùn)行，系統(tǒng)根據(jù)反饋流量調(diào)整輔助泵的運(yùn)行狀態(tài)，使輸油流量達(dá)到并穩(wěn)定在設(shè)定輸油流量(或壓力)。

輔助泵切出主泵自投：當(dāng)輔助輸油泵輸油時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整輸油泵運(yùn)行頻率，輸出流量(或壓力)自動(dòng)跟蹤設(shè)定流量(或壓力)，當(dāng)輸油泵到達(dá)全速運(yùn)行后輸出流量仍然無(wú)法達(dá)到持續(xù)某一時(shí)間后，小流量輔助輸油泵自動(dòng)停機(jī)切出,主輸油泵自動(dòng)投入，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整主輸油泵運(yùn)行頻率，使輸油流量(或壓力)達(dá)到設(shè)定流量(或壓力)并穩(wěn)定。

如此可根據(jù)不同的輸油量設(shè)置，系統(tǒng)自動(dòng)在大流量輸油泵與小流量輸油泵之間自動(dòng)切換。

以上所述僅對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡是在本實(shí)用新型的權(quán)利要求限定范圍內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。