一種油田磕頭機的變頻器knkf節能系統的製作方法

2023-12-10 16:09:17 1

專利名稱：一種油田磕頭機的變頻器knkf節能系統的製作方法
技術領域：
一種油田磕頭機的變頻器KNKF節能系統技術領域[0001]本實用新型涉及油田磕頭機和變頻器節能系統，具體說是一種油田磕頭機的變頻器KNKF節能系統。
背景技術：
[0002]隨著變頻器技術的成熟與應用的推廣，在油田磕頭機上普遍採用變頻器調速控制。變頻器在磕頭機上的應用，提高了工作效率，延長了磕頭機的使用壽命，也具有一定的節能效果。但現有的變頻磕頭機節能效果並沒有達到最佳，採用能量回饋型的變頻器，回饋裝置經常處於運行狀態，對電網的諧波汙染增加，線路損耗相應增大。特別是同一地點具有多臺能量回饋的變頻系統時，上述問題會變得更加突出。發明內容[0003]本實用新型所要解決的技術問題是解決上述問題，提供一種油田磕頭機的變頻器節能系統，採用一種控制器對兩臺或兩臺以上的磕頭機速度及周期進行控制以達到節能的目的。[0004]所述油田磕頭機的變頻器節能系統，包括多臺輸出端連接電機的磕頭機變頻器，其特徵是:該系統還包括KNKF控制器，從多臺所述磕頭機變頻器的直流端子引出的變頻器直流母線併入公共母線，公共母線連接KNKF控制器的直流母線電壓檢測端，每一臺磕頭機電機都設有監測磕頭機工作狀態的傳感器，並將傳感器信號分別傳送給KNKF控制器。[0005]所述多臺所述磕頭機變頻器的直流端子引出的變頻器直流母線經過串接的保護熔斷器和直流接觸器KMZ併入公共母線。[0006]每一臺磕頭機變頻器的直流端子所接直流接觸器KMZ的直流接觸器KMZ控制線包與該磕頭機變頻器自帶的無故障輸出開關KF串聯後並接到控制電源上。[0007]每一臺磕頭機變頻器的直流端子所接保護熔斷器帶有熔斷監測觸頭開關KR，所述熔斷監測觸頭開關KR串聯到該變頻器的直流接觸器KMZ控制線包以及該磕頭機變頻器自帶的無故障輸出開關KF的串聯迴路中，起到遇故障切斷該磕頭機變頻器的作用。[0008]每一臺磕頭機變頻器佔用中控系統KNKF控制器的一組控制通道，該組通道檢測該臺磕頭機變頻器的狀態並與用戶中控系統交換信息，KNKF控制器中該組控制通道的一個模擬輸出端作為KNKF控制器速度給定信號輸出端連接到該磕頭機變頻器模擬信號輸入端二，作為該磕頭機變頻器的速度給定分量之一。[0009]各磕頭機變頻器的主速度給定由用戶中控系統的模擬輸出給定埠傳給各變頻器模擬信號輸入端一。[0010]所述傳感器是針對磕頭機工作狀態的低位傳感器和高位傳感器。[0011]本實用新型針對油田等在一個地方使用2臺以上變頻器的場合，多臺設備協調工作能量互補，相比單臺變頻必須採用能耗制動方式要節省很多電能，而相對採用能量回饋方式要節省設備成本且節能效果會更加理想。並聯多臺變頻器直流母線，相比共直流母線方式無需專用整流設備。故障出現時在線切除單臺故障設備，提高了整體工作的可靠性。

圖1是多臺磕頭機變頻器KNKF節能系統線路示意圖，圖2是變頻器直流母線並聯的控制原理圖，圖3是本實用新型中KNKF控制器與系統連接線路示意圖。圖中:I—回饋制動單元，2—KNKF控制器，3—低位傳感器，4一高位傳感器，5—德頭機電機，6—直流接觸器KMZ，7—保護熔斷器，8—德頭機變頻器，9一無故障輸出開關KF，10—熔斷監測觸頭開關KR，11 一直流接觸器KMZ控制線包，12—公共母線，13—用戶中控系統，14一變頻器直流母線，15—交流供電線，16KNKF控制器速度給定信號輸出端，17—變頻器模擬信號輸入端一，18一變頻器模擬信號輸入端二。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明進一步說明:如圖1中所示，所述油田磕頭機的變頻器節能系統，包括多臺輸出端連接電機5的磕頭機變頻器8，該系統還包括KNKF控制器2、回饋制動單元I，從多臺所述磕頭機變頻器8的直流端子引出的變頻器直流母線14經過串接的保護熔斷器7和直流接觸器KMZ6併入公共母線12，公共母線12還連接回饋制動單元I和KNKF控制器2的直流母線電壓檢測端，每臺磕頭機電機5都設有監測電機工作狀態的低位傳感器3和高位傳感器4，並將傳感器信號分別傳送給KNKF控制器2，KNKF控制器2根據各臺磕頭機電機的工作狀態和檢測到的公共直流母線12的電壓進行進行相應的協調處理，並後對各臺變變頻器發出相應的控制信號，讓系統內所有的磕頭機協調工作，使處於處於發電狀態的電機產生的再生能量儘量被處於電動狀態的電機所吸收達到節能目的，此外所述回饋制動單元I在極端情況下自動工作通過輸出端將電能回饋到各變頻器所接入的交流供電線15。如圖2，每一臺磕頭機變頻器8的直流端子所接直流接觸器KMZ6的直流接觸器KMZ控制線包11與該磕頭機變頻器8自帶的無故障輸出開關KF9串聯後並接到供電端。將電能回饋到各變頻器所接入的交流供電線15。每一臺磕頭機變頻器8的直流端子所接保護熔斷器7帶有熔斷監測觸頭開關KR10，所述熔斷監測觸頭開關KRlO串聯到該變頻器的:直流接觸器KMZ控制線包11與該變頻器8自帶的無故障輸出開關KF9的串聯迴路中，起到遇故障切斷該磕頭機變頻器8的作用。如圖3，系統中引入一臺中央控制器KNKF2，每一臺磕頭機變頻器8佔用中控系中央控制器2的一組控制通道，該組通道檢測該臺磕頭機變頻器的狀態是否故障、是否運行，並與用戶中控系統13交換信息，同時中央控制器2中該組控制通道的一個模擬輸出端作為速度給定信號輸出端16連接到該變頻器模擬信號輸入端二 18，作為該磕頭機變頻器8的速度給定分量之一(附加給定)。每一臺變頻器都由用戶中控系統13控制，KNKF控制器接收用戶中控系統13對變頻各器發出的啟動信號，併合理組織各臺的啟動順序和啟動時間然後給出最終的啟動信號給用戶中控系統13，用戶中控系統13收到該信號及時啟動該磕頭機變頻器。[0020]各臺磕頭機變頻器運行與否或怎麼運行是由用戶中控系統13發出，並與本專利所述的KNKF2控制器交換相關控制信號，各變頻器的主速度給定由用戶中控系統13的模擬輸出給定埠傳給各變頻變頻器模擬信號輸入端一 17作為變頻器的主速度給定。多臺磕頭機的變頻器可採用普通變頻器，各自的交流輸入並接在同一電源上，從各自變頻器的直流端子引出變頻器直流母線14，經過保護熔斷器7 (最好帶熔斷監測觸頭開關KR10)，直流接觸器KMZ6後併入公共母線12，各自變頻器要求具有準備好(即無故障)輸出開關KF9 (乾結點輸出型可加中間繼電器)，上電時各變頻器上電時間及順序無要求，待各自變頻器準備好(直流母線電壓正常)後控制各自的直流接觸器KMZ6吸合併網，有故障時自動從網絡中切除防止故障進一步擴大，其控制原理如圖2所示。另外由於工況和一些其他的原因不可能使各臺磕頭機都能按預定的方式工作，在有些時刻必然還是有剩餘的能量需要釋放。在實際應用時在公共直流母線上增加合適容量的回饋制動單元，用於在極端狀態下把多餘的再生能量回饋到電網。需要注意的是該系統所指的各臺變頻器及對應電機的容量和實際運行時的輸出功率要求相當，如果有差別不能超過I倍。如圖1所示在每臺磕頭機的上下運行終點，各安裝一個高位測速傳感器4和低位測速傳感器3，通過本專利方案所述的KNKF控制器2可以檢測出每臺磕頭機的運行狀態是處在電動狀態還是在發電狀態，並可以計算出上下衝程的時間。如圖3所示，每臺變頻器的故障及運行信號都反饋給本控制器，本控制器給每臺變頻器一個開關信號參與到變頻器的起停控制，同時給出一個模擬量控制信號作為每臺變頻器的速度給定分量。該分量在變頻器的實際速度給定中與變頻器的主給定信號進行疊加，對各臺磕頭機的速度進行微調，最終到達使整個系統中處於發電狀態的電機回饋的能量，通過直流母線儘可能的被處於電動狀態的電機所吸收利用，使系統穩態時儘可能的不向電網回饋能量。由於極端情況的不可控性，本控制器同時需要時時檢測公共直流母線上的電壓經過處理判斷後參與到上述對各臺變頻的速度調節中。為了使系統滿足上述的工作方式首先要在啟動時保證各臺之間就保持相對的運行狀態。控制器在系統還未啟動時首先要檢測各臺變頻器是否可以投入工作(準備好)，然後要對系統內的各臺變頻器收到的生產控制中心或現場控制人員通過中控系統13發出的啟動信號後進行判斷，併合理組織各臺的啟動順序和啟動時間然後給出最終的啟動信號。當然有時現場需要檢修等情況出現可以在原有控制系統做個切換此時變頻器的控制無需受到本控制器的限制。對具有多個磕頭機的系統總是可以把各臺變頻器人為的分成兩組和若干組在啟動時先啟動一組或一臺，等該組或臺運行到上終點時，啟動另一臺或一組。當然對系統內具有奇數臺或有幾臺容量有差別時應按照總體能量相當原則進行分組。KNKF控制器2在檢測到兩臺及兩臺以上的變頻器啟動完成後，就要對各自的運行狀態進行監控或判斷，通過檢測各臺的運行狀態以及直流母線的電壓進行運算比較給出相應的控制信號到各自的變頻器速度給定量中，適時微調各臺的速度以保持各臺之間的相對運行關係，使直流母線的電壓儘量保持在回饋制動單元開始工作的電壓以下(通常680V)。要給出正確的控制信號必須預先知道各臺變頻所驅動電機的功率、所處的運行狀態、並綜合工藝要求給出合適的微調量。所以系統必須具有參數預設能力，較強的運算能力，較快的採樣和輸出響應能力。KNKF控制器2對系統需要的主要接口及運行必要條件如圖3所示。本KNKF控制器2與中控系統13或現場操作箱(以下中控系統包括現場操作箱)之間需要具有相互的信號交換，中控系統13最好具有單機操作或通過本KNKF控制器2集成控制切換功能，當切換到單機時不受KNKF控制器限制。當切換到集中控制時向KNKF控制器發送啟動某臺的命令(操作人員發出)，KNKF控制器根據現場檢測的實際情況給出各臺的啟動應答信號給中控，中控收到應答信號後給出各臺變頻啟動命令啟動即刻啟動該臺電機。當收到第一臺的啟動命令後KNKF控制器即刻給出該臺的啟動應答信號，然後開始檢測該臺的運行狀太，達到合適時機給出下一臺的啟動應答信號。具體的啟動過程根據預先設定的各臺設備的實際數據和現場給出的需要啟動的設備進行判斷給出合適的啟動應答信號，以保證設備在初始時刻向有利於最終調節的狀態運行。開機以後各臺變頻的速度給定根據需要由中控給定，可以按圖3中的主給定方式給出也可以由其他方式給出，KNKF控制器時刻檢測各臺的運行狀態和公共直流迴路的電壓，經過運算處理給出各臺的速度微調信號到附加速度給定中，對各臺的運行狀態進行微調，最終達到一個比較理想的穩態，使回饋制動單元不用工作。KNKF控制器2做成模塊化的結構，根據各個系統的設備臺數進行擴展接口及配置。控制器採用可編程方式根據不同的設備進行相關的參數設置或編程。
權利要求1.一種油田磕頭機的變頻器KNKF節能系統，包括多臺輸出端連接電機(5)的磕頭機變頻器(8)，其特徵是:該系統還包括KNKF控制器(2)，從多臺所述磕頭機變頻器(8)的直流端子引出的變頻器直流母線(14)併入公共母線(12)，公共母線(12)連接KNKF控制器(2)的直流母線電壓檢測端，每一臺磕頭機電機(5)都設有監測磕頭機工作狀態的傳感器，並將傳感器信號分別傳送給KNKF控制器(2)。
2.根據權利要求1所述的油田磕頭機的變頻器KNKF節能系統，其特徵是:所述多臺所述磕頭機變頻器(8)的直流端子引出的變頻器直流母線(14)經過串接的保護熔斷器(7)和直流接觸器KMZ (6)併入公共母線(12)。
3.根據權利要求2所述的油田磕頭機的變頻器KNKF節能系統，其特徵是:每一臺磕頭機變頻器(8)的直流端子所接直流接觸器KMZ (6)的直流接觸器KMZ控制線包(11)與該磕頭機變頻器(8)自帶的無故障輸出開關KF (9)串聯後並接到控制電源上。
4.根據權利要求3所述的油田磕頭機的變頻器KNKF節能系統，其特徵是:每一臺磕頭機變頻器(8 )的直流端子所接保護熔斷器(7 )帶有熔斷監測觸頭開關KR (10 )，所述熔斷監測觸頭開關KR (10)串聯到該變頻器的直流接觸器KMZ控制線包(11)以及該磕頭機變頻器(8)自帶的無故障輸出開關KF (9)的串聯迴路中，起到遇故障切斷該磕頭機變頻器(8)的作用。
5.根據權利要求1所述的油田磕頭機的變頻器KNKF節能系統，其特徵是:每一臺磕頭機變頻器(8)佔用中控系統KNKF控制器(2)的一組控制通道，該組通道檢測該臺磕頭機變頻器的狀態並與用戶中控系統(13)交換信息，KNKF控制器(2)中該組控制通道的一個模擬輸出端作為KNKF控制器速度給定信號輸出端(16)連接到該磕頭機變頻器模擬信號輸入端二(18)，作為該磕頭機變頻器(8)的速度給定分量之一。
6.根據權利要求5所述的油田磕頭機的變頻器KNKF節能系統，其特點是:各磕頭機變頻器(8)的主速度給定由用戶中控系統(13)的模擬輸出給定埠傳給各變頻器模擬信號輸入端一(17)。
7.根據權利要求1所述的油田磕頭機的變頻器KNKF節能系統，其特點是:所述傳感器是針對磕頭機工作狀態的低位傳感器(3 )和高位傳感器(4 )。
專利摘要一種油田磕頭機的變頻器KNKF節能系統，將多臺磕頭機變頻器的直流端子引出的變頻器直流母線經過串接的保護熔斷器和直流接觸器KMZ併入公共母線，系統引入KNKF控制器進行集中控制，KNKF控制器設有公共母線電壓檢測端直接連接在公共母線，每臺磕頭機上下工作死點都將傳感器信號分別傳送給KNKF控制器，公共母線還連接回饋制動單元在極端情況下所述回饋制動單元工作並通過輸出端將電能回饋到各變頻器所接入的交流供電網。針對油田等在一個地方使用2臺以上變頻器的場合，通過KNKF控制器使多臺磕頭機協調工作能量互補，相比單臺變頻必須採用能耗制動方式要節省很多電能，而相對採用能量回饋方式要節省設備成本且節能效果會更加理想。
文檔編號E21B43/00GK202997984SQ20122055648
公開日2013年6月12日 申請日期2012年10月29日 優先權日2012年10月29日
發明者蔣貞榮, 雷懷廣, 郭偉軍, 宋慧勇, 胡江林 申請人:蔣貞榮