抽油機變頻節能控制櫃的製作方法

2023-06-03 04:18:21 1

專利名稱：抽油機變頻節能控制櫃的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種為現場採油而製作的抽油機變頻節能控制櫃。
背景技術：
在石油開採中，電費支出約佔噸油生產成本的三分之一，抽油機作為油田最基本的設備，其節能降耗顯得更加重要。資料顯示，我國電力消耗僅次於美國，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。儘可能的節能增效，同國際水平接軌，這是我國石油工業的必然趨勢。
遊梁式抽油機每個衝次有重載、輕載、發電三種工作狀態。抽油機屬位能性負載，尤其當配重不平衡時，電動機由於位能或慣性，在整個衝次的某個階段，負載拖動電動機的轉速比變頻器輸出頻率所對應的轉速還要高，電動機處於再生發電狀態，產生的再生電能傳輸直流側濾波電容上，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體整流，能量不能反向流動，上述能量不能流回電網，處理再生能量的方法為能量消耗，是在變頻器直流側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，轉化為熱能，因此稱為電阻能耗制動。為保證系統安全運行，這部分電能不得不被丟失和消耗。

發明內容
本實用新型的目的在於克服上述現有背景技術的不足之處，而提供一種抽油機變頻節能控制櫃。它可根據油井的實際供液能力，動態調整抽取速度，既節約電能，又增加原油產量。
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能控制櫃，其特徵在於它包括主控部分、輔助控制部分；所述主控部分由380V電源經過斷路器ZK控制後，分為兩路電路一路為變頻迴路，另一路為旁路迴路；所述變頻迴路經過電流互感器TAb後，通過交流接觸器KM2進入變頻器BPQ，再經過變頻器BPQ變頻後進入交流接觸器KM3；旁路迴路由交流接觸器KM1構成，並與交流接觸器KM2、變頻器BPQ、交流接觸器KM3並聯，在出線端與KM3連接後匯總進入熱繼電器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，經過智能控制器FCC-A轉化，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的轉速。
在上述技術方案中，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，再經過變頻器BPQ變頻後由輸出端子U、V、W進入交流接觸器KM3。
在上述技術方案中，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能控制櫃具有如下優點①本實用新型可根據油井的實際供液能力，動態調整抽取速度，既節約電能，又增加原油產量。②使用變頻器後，電動機功率因數可由0.25～0.50提高到0.90以上，從而減輕了電網和變壓器的負擔，降低了線損。③衝次任意調節，不需停產調節速度，解決了因調速造成的停產，從而提高了生產效率。④通過變頻對抽油機轉速的調節，根據抽油機的特殊工況，把轉速控制細劃為上衝程轉速控制和下衝程轉速控制，在上衝程電機提高轉速，下衝程電機減低轉速，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複雜產品概念。設兩段速調節衝次，無需複雜設定，程序充分簡化，不會因操作而出現錯誤。


圖1為本實用新型抽油機變頻節能控制櫃的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的實施情況，但它們並不構成對本實用新型的限制。
參閱附圖可知抽油機變頻節能控制櫃，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電源經過斷路器ZK控制後，分為兩路電路一路為變頻迴路，另一路為旁路迴路；所述變頻迴路經過電流互感器TAb後，通過交流接觸器KM2進入變頻器BPQ，再經過變頻器BPQ變頻後進入交流接觸器KM3；旁路迴路由交流接觸器KM1構成，並與交流接觸器KM2、變頻器BPQ、交流接觸器KM3並聯，在出線端與KM3連接後匯總進入熱繼電器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，經過智能控制器FCC-A轉化，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的轉速。
在上述技術方案中，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，再經過變頻器BPQ變頻後由輸出端子U、V、W進入交流接觸器KM3。
在上述技術方案中，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又分為DC24V智能控制器輸出線路、AC220V控制迴路、電流迴路。
本實用新型抽油機變頻節能控制櫃的櫃體結構為戶外型低壓動力配電櫃，封閉式結構，外殼可採用優質鋼板彎制焊接，表面高壓靜電噴塑處理，抗腐蝕能力強，防護等級高。帶有強制風冷，自動控制，內設溫度檢測、調節環節，以滿足環境要求。該櫃體還具有結構緊湊，檢修方便等特點。
工作時櫃體通過接在控制器FCC-A出線端的探測頭(固定安裝的磁電型接近開關)與附在抽油機飛輪上的磁鐵(2塊)的感應，所產生的信號(位置接近信號)經控制器FCC-A輸出，分別控制變頻器的1ST和2ST相互轉換動作(即1ST閉合，2ST同步斷開；2ST閉合，則1ST同步打開)，飛輪每衝程上、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，最終實現動態調整抽取速度，達到既節約電能，又增加原油產量的目的。
櫃內變頻系統具有自檢、保護功能，可實現過流、過壓、欠壓、過載保護。變頻器具有自啟動及故障後切換至工頻的功能，保證配電箱出現故障後的整個裝置的連續工作。變頻器內置輸入濾波裝置，全程噪聲過濾，對電網的幹擾是普通商用變頻器的1/4，並可柔性啟動，降低電網載荷衝擊，對電機和設備無衝擊。變頻裝置具有全電壓自動跟蹤，自動計算最佳制動力矩，用戶不必自己設定任何參數。簡化應用環節的操作。此外，該櫃體結構緊湊，佔地面積小，適合油田現場狀況；可實行野外無人值守，全自動設計，不必更換機械設備即可任意控制抽油速度；適用於不同地域、結構的油井和不同氣候、環境條件的場合。
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，通過加裝雙PWM(矩形等幅脈衝寬度調製)回饋裝置，使變頻器電網側變流器成為可逆的，可將再生電能變換成和電網電源同步、同相位的正弦交流電、就地回送到電網。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。由於使用了正弦波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標準。
變頻櫃中變頻器起到變頻調速的作用，且只有兩種預先設定的頻率。通過變頻對抽油機轉速的調節，根據抽油機的特殊工況，把轉速控制細劃為上衝程轉速控制和下衝程轉速控制，在上衝程電機提高轉速，下衝程電機減低轉速，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(磁電型接近開關與磁鐵的感應產生)，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，根據實際情況，磁電型接近開關隨著抽油機的飛輪第一次接通(瞬時狀態)時，1K保持接通並保持，磁電型接近開關隨著抽油機飛輪的轉動第二次接通(瞬時狀態)時，2K保持接通並保持而1K復位斷開並保持；反覆如此進行變換。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(一個)一起使用的磁鐵(2枚)應吸附在抽油機飛輪的適當位置，接近開關固定，附在飛輪上的磁鐵每接近磁電接近開關一次，磁電接近開關即發一次信號給控制器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)。
需要說明的是對於所屬領域的技術人員來說，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，這同樣屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1.抽油機變頻節能控制櫃，其特徵在於它包括主控部分、輔助控制部分；所述主控部分由380V電源經過斷路器(ZK)控制後，分為兩路電路一路為變頻迴路，另一路為旁路迴路；所述變頻迴路經過電流互感器(TAb)後，通過交流接觸器(KM2)進入變頻器(BPQ)，再經過變頻器(BPQ)變頻後進入交流接觸器(KM3)；旁路迴路由交流接觸器(KM1)構成，並與交流接觸器(KM2)、變頻器(BPQ)、交流接觸器(KM3)並聯，在出線端與(KM3)連接後匯總進入熱繼電器(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)，經過智能控制器(FCC-A)轉化，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)的轉速。
2.根據權利要求1所述的抽油機變頻節能控制櫃，其特徵在於所述變頻器(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)，再經過變頻器(BPQ)變頻後由輸出端子(U、V、W)進入交流接觸器(KM3)。
3.根據權利要求1或2所述的抽油機變頻節能控制櫃，其特徵在於所述智能控制器(FCC-A)與變頻器(BPQ)有相互匹配的接線端子(CM、1ST、2ST)。
4.根據權利要求3所述的抽油機變頻節能控制櫃，其特徵在於所述變頻器(BPQ)上有故障信號接口(ALM1、ALM2)。
專利摘要抽油機變頻節能控制櫃，它包括主控部分、輔助控制部分；主控部分由380V電源經過斷路器(ZK)控制後，分為兩路電路一路為變頻迴路，另一路為旁路迴路；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)，經過智能控制器(FCC－A)轉化，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)的轉速。它克服了現有遊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，轉化為熱能的不足。本實用新型具有可根據油井的實際供液能力，動態調整抽取速度，既節約電能，又增加原油產量的優點。
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 優先權日2006年4月6日
發明者楊須紅, 張慶紅 申請人:武漢長興電器發展有限公司