抽油機三角形啟動星形運行節能控制櫃的製作方法
2023-05-25 11:04:36
抽油機三角形啟動星形運行節能控制櫃的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種抽油機三角形啟動星形運行節能控制櫃，包括主迴路和控制迴路；控制迴路包括兩個按鈕、三個指示燈、三個保險開關、一個中間繼電器KM4和一個時間繼電器SJ；所述380V三相電源的一根進線L11通過保險開關FU3後為節點A，所述380V三相電源的另一根進線L13通過保險開關FU4後為節點B，在節點A與節點B之間連接有多條支路；控制櫃的控制方法包括：接通電源；三角形啟動；三角形啟動後的保持；星形運行；運行中根據具體情況可以在星形和三角形運行之間自動切換，通過最佳控制達到最大限度的節能。本實用新型控制櫃實現抽油機三角形啟動爾後星形運行的方式與傳統的三角形運行比對；有功節電率為42.36％，無功節電率為74.14％，綜合節電率50.26％。
【專利說明】抽油機三角形啟動星形運行節能控制櫃
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種抽油機控制櫃，尤其涉及一種抽油機三角形啟動星形運行節 能控制櫃。
【背景技術】
[0002] 油田採油生產用的抽油機是慣性矩較大的機械設備，工作時都是帶載啟動，特別 是稠油和高凝油結構井，需要大功率啟動，為了滿足啟動的需要，不得不配備額定功率較大 的電動機來拖動。另外，抽油機的電動機載荷是帶有衝擊性的變載荷，為了使拖動抽油的電 動機穩定運行並有一定的過載能力，需按抽油機的最大功率來配備電動機。長期以來，油田 使用的抽油機電動機，由於大馬拉小車，浪費資源太多，大多都處於輕載運行，甚至個別運 行段是空載運行。這就是目前油田通常採用的如圖1所示的三角形接線法的控制櫃的運行 方式，採用380V啟動運行，採用電機的"三角形"接法是將各相繞組依次首尾相連，並將每 個相連的點引出，作為三相電的三個相線。三角形接法時電機相電壓等於線電壓，線電流 等於根號3倍的相電流。大多數抽油機電動機負載低於45%，功率因數低於0. 56以下，由 於，抽油機電動機長期處於低負載、低功率因數狀態下運行機制，從而造成了線路，變壓器、 電動機的較大功率損耗。
[0003] 目前也有採用星形接線法的，如圖2所示，電機的星形接法是將各相繞組的一端 都接在一點上，而它們的另一端作為引出線，分別為三個相線。星形接時，線電壓是相電壓 的根號3倍，而線電流等於相電流。星形接法由於起輸出功率小，只能用於小功率，大扭矩 電機。
[0004] 如何實現抽油機節電的最佳控制是目前本領域內亟待解決的技術問題。 實用新型內容
[0005] 針對現有技術的不足，本實用新型提供一種抽油機三角形啟動星形運行節能控制 櫃，可以解決油田抽油機不同情況下的運行，自動跟蹤，自動控制，可以達到最佳控制和節 電的目的，是具有當代抽油機改革節能電控制櫃先進水平的產品。
[0006] 為了解決上述技術問題，本實用新型提出了一種抽油機三角形啟動星形運行節能 控制櫃，其技術方案如下：該控制櫃包括主迴路和控制迴路；所述主迴路包括380V三相電 源，三個電流互感器，三個交流接觸器，兩個智能電機保護器和兩個保險開關；三個電流互 感器包括電流互感器T1、電流互感器T2和電流互感器T3 ;三個交流接觸器包括交流接觸器 KM1、交流接觸器KM2和交流接觸器KM3 ;兩個智能電機保護器包括智能電機保護器FS1和 智能電機保護器FS2 ;兩個保險開關包括保險開關FU1和保險開關FU2 ;所述380V三相電源 的三根進線分別穿過電流互感器T1、電流互感器T2和電流互感器T3後通過電源開關QF接 到交流接觸器KM1的上端，並與交流接觸器KM2的上端並聯，交流接觸器KM1的下端依次穿 過智能電機保護器FS1和智能電機保護器FS2與電機M相連，其中，電源進線LI 1與電機M 的第一相首端U1相連，電源進線L12與電機M的第二相首端VI相連，電源進線L13與電機 M的第三相首端W1相連，交流接觸器KM2的下端與電機M相連，其中，電源進線L11過交流 接觸器KM2後與電機M的第一相尾端V2相連，電源進線L12過交流接觸器KM2後與電機M 的第二相尾端W2相連，電源進線L13過交流接觸器KM2後與電機M的第三相尾端U2相連； 所述控制迴路包括兩個按鈕、三個指示燈、三個保險開關、一個中間繼電器KM4和一個時間 繼電器SJ ;兩個按鈕包括停止按鈕SB1和啟動按鈕SB2 ;三個指示燈包括指示燈HL1、指示 燈HL2和指示燈HL3,三個保險開關包括保險開關FU3、保險開關FU4和保險開關FU5 ;所述 380V三相電源的一根進線L11通過保險開關FU3後為節點A，所述380V三相電源的另一根 進線L13通過保險開關FU4後為節點B，在節點A與節點B之間連接有如下支路：
[0007] 自節點A依次通過交流接觸器KM1的常閉輔助觸點NC和指示燈HL1連接至節點 B ；
[0008] 自節點A依次通過交流接觸器KM2的常開輔助觸點NO和指示燈HL2連接至節點 B ；
[0009] 自節點A依次通過交流接觸器KM3的常開輔助觸點NO後與指示燈HL3連接至節 點B ;
[0010] 自節點A通過智能電機保護器FS1的線圈連接至節點B ;
[0011] 自節點A依次通過停止按鈕SB1的常閉觸點、啟動按鈕SB2的常開觸點、交流接觸 器KM1的線圈、智能電機保護器FS2的常閉觸點連接至節點B;交流接觸器KM1的常開觸點 N01與所述啟動按鈕SB2的常開觸點並聯；
[0012] 自節點A通過智能電機保護器FS2的線圈連接至節點B ;
[0013] 自節點A依次通過交流接觸器KM1的常開輔助觸點N02、交流接觸器KM3的常閉輔 助觸點NC、時間繼電器SJ的常閉觸點NC、交流接觸器KM2的線圈、交流接觸器KM4的常閉 輔助觸點NC1、智能電機保護器FS2的常閉觸點NC連接至節點B;上述交流接觸器KM1的常 開輔助觸點N02與交流接觸器KM3的常閉輔助觸點NC之間為節點C，自節點C依次通過交 流接觸器KM2的常閉輔助觸點NC、時間繼電器SJ的常開觸點NO和交流接觸器KM3的線圈 連接至節點B;自節點B依次通過智能電機保護器FS2的常開觸點N0、交流接觸器KM4的常 開輔助觸點NO連接至交流接觸器KM2的線圈；上述智能電機保護器FS2的常開觸點NO與 交流接觸器KM4的常開輔助觸點NO之間為節點D，自節點A通過交流接觸器KM4的線圈連 接至節點D;
[0014] 自節點A依次通過保險開關FU5、交流接觸器KM4的常閉輔助觸點NC2、時間繼電 器SJ的線圈連接至節點B。
[0015] 與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：
[0016] 一般來講，電動機功率的選擇總是大於實際負載要求，所以電動機很少在其額定 功率範圍內運行，甚至在最大負載時，也達不到額定功率。如果負載長期處於變化狀態下， 能量的浪費就更為嚴重。本實用新型控制櫃可以控制抽油機採用三角形啟動，通過延時控 制轉為星形運行方式，從而解決了抽油機原來三角形運行耗電量大的弊端，最終達到節能 目的。
[0017] 通過實例並依據SY/T6422-2008《石油企業節能產品節能效果測定》及測算數據 分析評價可以客觀的得出：使用本實用新型控制櫃實現抽油機三角形啟動爾後星形運行的 方式與傳統的三角形運行比對；有功節電率為42. 36 %，無功節電率為74. 14 %，綜合節電 率 50. 26%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是現有三角形技術電動機接線示意圖；
[0019] 圖2是現有星形技術電動機接線示意圖；
[0020] 圖3是本實用新型節能控制櫃的主電路圖；
[0021] 圖4是本實用新型節能控制櫃的主迴路控制電路圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型技術方案作進一步詳細描述。
[0023] 如圖3和圖4所示，本實用新型一種抽油機三角形啟動星形運行節能控制櫃，包括 主迴路和控制迴路。
[0024] 如圖3所示，所述主迴路包括380V三相電源，三個電流互感器，三個交流接觸器， 兩個智能電機保護器和兩個保險開關；三個電流互感器包括電流互感器T1、電流互感器T2 和電流互感器T3。三個交流接觸器包括交流接觸器KM1、交流接觸器KM2和交流接觸器KM3 ; 兩個智能電機保護器包括智能電機保護器FS1和智能電機保護器FS2 ;兩個保險開關包括 保險開關FU1和保險開關FU2。
[0025] 所述380V三相電源的三根進線分別穿過電流互感器T1、電流互感器T2和電流互 感器T3後通過電源開關QF接到交流接觸器KM1的上端，並與交流接觸器KM2的上端並聯， 交流接觸器KM1的下端依次穿過智能電機保護器FS1和智能電機保護器FS2與電機M相連， 其中，電源進線L11與電機M的第一相首端U1相連，電源進線L12與電機M的第二相首端 VI相連，電源進線L13與電機M的第三相首端W1相連，交流接觸器KM2的下端與電機M相 連，其中，電源進線L11過交流接觸器KM2後與電機M的第一相尾端V2相連，電源進線L12 過交流接觸器KM2後與電機M的第二相尾端W2相連，電源進線L13過交流接觸器KM2後與 電機M的第三相尾端U2相連。
[0026] 如圖4所示，所述控制迴路包括兩個按鈕、三個指示燈、三個保險開關、一個中間 繼電器KM4和一個時間繼電器SJ ;兩個按鈕包括停止按鈕SB1和啟動按鈕SB2 ;三個指示燈 包括指示燈HL1、指示燈HL2和指示燈HL3,三個保險開關包括保險開關FU3、保險開關FU4 和保險開關FU5。
[0027] 所述380V三相電源的一根進線LI 1通過保險開關FU3後為節點A，所述380V三相 電源的另一根進線L13通過保險開關FU4後為節點B，在節點A與節點B之間連接有如下支 路：
[0028] 自節點A依次通過交流接觸器KM1的常閉輔助觸點NC和指示燈HL1連接至節點 B ；
[0029] 自節點A依次通過交流接觸器KM2的常開輔助觸點NO和指示燈HL2連接至節點 B ；
[0030] 自節點A依次通過交流接觸器KM3的常開輔助觸點NO後與指示燈HL3連接至節 點B ;
[0031] 自節點A通過智能電機保護器FS1的線圈連接至節點B ;
[0032] 自節點A依次通過停止按鈕SB1的常閉觸點、啟動按鈕SB2的常開觸點、交流接觸 器KM1的線圈、智能電機保護器FS2的常閉觸點連接至節點B ;交流接觸器KM1的常開觸點 N01與所述啟動按鈕SB2的常開觸點並聯；
[0033] 自節點A通過智能電機保護器FS2的線圈連接至節點B ;
[0034] 自節點A依次通過交流接觸器KM1的常開輔助觸點N02、交流接觸器KM3的常閉輔 助觸點NC、時間繼電器SJ的常閉觸點NC、交流接觸器KM2的線圈、交流接觸器KM4的常閉 輔助觸點NC1、智能電機保護器FS2的常閉觸點NC連接至節點B ;上述交流接觸器KM1的常 開輔助觸點N02與交流接觸器KM3的常閉輔助觸點NC之間為節點C，自節點C依次通過交 流接觸器KM2的常閉輔助觸點NC、時間繼電器SJ的常開觸點NO和交流接觸器KM3的線圈 連接至節點B ;自節點B依次通過智能電機保護器FS2的常開觸點N0、交流接觸器KM4的常 開輔助觸點NO連接至交流接觸器KM2的線圈；上述智能電機保護器FS2的常開觸點NO與 交流接觸器KM4的常開輔助觸點NO之間為節點D，自節點A通過交流接觸器KM4的線圈連 接至節點D ;
[0035] 自節點A依次通過保險開關FU5、交流接觸器KM4的常閉輔助觸點NC2、時間繼電 器SJ的線圈連接至節點B。
[0036] 利用本實用新型抽油機三角形啟動星形運行節能控制櫃的控制方法如下：
[0037] 步驟一、接通電源：合上電源開關QF，指示燈HL1亮；
[0038] 步驟二、三角形啟動：按下啟動按鈕SB2,交流接觸器KM1線圈得電，交流接觸器 KM1的常開觸點N01閉合，與此同時，交流接觸器KM1的常開觸點N02閉合，經交流接觸器 KM3的常閉觸點NC、時間斷電器SJ的常閉觸點NC，交流接觸器KM2線圈得電，交流接觸器 KM3開始工作，三角形啟動完成；
[0039] 步驟三、三角形啟動後的保持：三角形啟動完成後，指示燈HL2亮，指示燈HL1滅， 交流接觸器KM1的常開觸點N02閉合，經保險開關FU5、中間繼電器KM4的常閉觸點NC2,時 間繼電器SJ線圈得電，時間繼電器SJ開始工作，通過時間繼電器SJ的整定，時間繼電器SJ 的常閉觸點NC得電後，使三角形啟動保持住；時間繼電器SJ的整定根據油井的深度而設 定，有以下幾種情形之一：
[0040] (1)對於油井深度4500米以下，設定時間繼電器SJ的延時為20秒；
[0041] (2)對於油井深度4500-5000米之間，設定時間繼電器SJ的延時為35秒；
[0042] (3)對於油井深度5000-5500米之間，設定時間繼電器SJ的延時為55秒；
[0043] (4)對於油井深度5500-6000米之間，設定時間繼電器SJ的延時為70秒；
[0044] (5)對於油井深度6000米以上，設定時間繼電器SJ的延時為90秒。
[0045] 步驟四、星形運行：時間繼電器SJ的整定時間到後，時間繼電器SJ的常開觸點NO 瞬時閉合，時間繼電器SJ的常閉觸點NC瞬時斷開，交流接觸器KM3線圈得電，交流接觸器 KM3開始工作，交流接觸器KM3的常閉觸點NC斷開，電機M處於星形運行，指示燈HL3亮，指 示燈HL2滅；
[0046] 電機星形運行中，若電流超過智能電機保護器FS2的設定值時，智能電機保護器 FS2的常開觸點NO接通，智能電機保護器FS2的常閉觸點NC斷開，中間繼電器KM4線圈得 電，中間繼電器KM4的常閉觸點NO閉合，中間繼電器KM4的常閉觸點NC1斷開，交流接觸器 KM2線圈得電開始工作，交流接觸器KM2的常閉觸點NC斷開，切斷星形接觸器，交流接觸器 KM3線圈失電，此時，電機M轉換為三角形運行，此刻，指示燈HL2亮，指示燈HL3滅。
[0047] 電機三角形運行中，若電流超過智能保護器FS1的設定值時，智能電機保護器FS1 常閉觸點NC斷開，交流接觸器KM1線圈失電，電機M停止運行，按智能電機保護器FS1的復 位鍵後返回步驟二；電機在運行狀態下，按下停止按鈕SB1，交流接觸器KM1線圈失電，電機 M停止運行。
[0048] 在本實用新型控制方法中，三個交流接觸器的作用分別是：交流接觸器KM1用於 為電路接通電源，交流接觸器KM2用於抽油機實現三角形啟動；交流接觸器KM3用於抽油機 星形運行；時間繼電器SJ的作用是通過設定延時觸點，確定由三角形啟動後開始運行轉換 到星形運行的時間，其主要目的是：通過時間繼電器SJ的設定可以克服若從電機M三角形 啟動後直接馬上改為星形運行，由於星形扭矩力小，因此會造成抽油機電機停機嚴重後果。 本實用新型中兩個智能電機保護器的作用是提供缺相，過載，欠壓，堵轉等保護，多個保險 開關的設定主要是為電機提供多種保護，從而實現自動跟蹤和自動控制。
[0049] 本實用新型抽油機節能控制櫃的主要功能如下：
[0050] (1)可實現電機在三角形和星形運行之間進行切換，當電機運行電流超過設定值 時，切換到三角形運行；
[0051] (2)具有缺相，過載，欠壓，堵轉等多種保護功能；
[0052] (3)還設有電壓指示電路和電流指示電路，可測量電壓、電流等基本參數並顯示。
[0053] 下面是對於本實用新型抽油機三角形啟動星形運行節能控制櫃進行節能效果的 測試。
[0054] 1)採用的監測依據標準：SY/T6422-2008《石油企業節能產品節能效果測定》和 SY/T5264-2006《油田生產系統能耗測試和計算方法》。
[0055] 2)使用的儀器儀表
[0056]
【權利要求】
1. 一種抽油機三角形啟動星形運行節能控制櫃，包括主迴路和控制迴路；所述主迴路 包括380V三相電源，三個電流互感器，三個交流接觸器，兩個智能電機保護器和兩個保險 開關；三個電流互感器包括電流互感器T1、電流互感器T2和電流互感器T3 ;三個交流接觸 器包括交流接觸器KM1、交流接觸器KM2和交流接觸器KM3 ;兩個智能電機保護器包括智能 電機保護器FS1和智能電機保護器FS2 ;兩個保險開關包括保險開關FU1和保險開關FU2 ; 所述380V三相電源的三根進線分別穿過電流互感器T1、電流互感器T2和電流互感器 T3後通過電源開關QF接到交流接觸器KM1的上端，並與交流接觸器KM2的上端並聯，交流 接觸器KM1的下端依次穿過智能電機保護器FS1和智能電機保護器FS2與電機M相連，其 中，電源進線L11與電機M的第一相首端U1相連，電源進線L12與電機M的第二相首端VI 相連，電源進線L13與電機M的第三相首端W1相連，交流接觸器KM2的下端與電機M相連， 其中，電源進線L11過交流接觸器KM2後與電機M的第一相尾端V2相連，電源進線L12過 交流接觸器KM2後與電機M的第二相尾端W2相連，電源進線L13過交流接觸器KM2後與電 機M的第三相尾端U2相連； 其特徵在於： 所述控制迴路包括兩個按鈕、三個指示燈、三個保險開關、一個中間繼電器KM4和一個 時間繼電器SJ ;兩個按鈕包括停止按鈕SB1和啟動按鈕SB2 ;三個指示燈包括指示燈HL1、 指示燈HL2和指示燈HL3,三個保險開關包括保險開關FU3、保險開關FU4和保險開關FU5 ; 所述380V三相電源的一根進線LI 1通過保險開關FU3後為節點A，所述380V三相電源 的另一根進線L13通過保險開關FU4後為節點B，在節點A與節點B之間連接有如下支路： 自節點A依次通過交流接觸器KM1的常閉輔助觸點NC和指示燈HL1連接至節點B ; 自節點A依次通過交流接觸器KM2的常開輔助觸點NO和指示燈HL2連接至節點B ; 自節點A依次通過交流接觸器KM3的常開輔助觸點NO後與指示燈HL3連接至節點B ; 自節點A通過智能電機保護器FS1的線圈連接至節點B ; 自節點A依次通過停止按鈕SB1的常閉觸點、啟動按鈕SB2的常開觸點、交流接觸器 KM1的線圈、智能電機保護器FS2的常閉觸點連接至節點B ;交流接觸器KM1的常開觸點N01 與所述啟動按鈕SB2的常開觸點並聯； 自節點A通過智能電機保護器FS2的線圈連接至節點B ; 自節點A依次通過交流接觸器KM1的常開輔助觸點N02、交流接觸器KM3的常閉輔助觸 點NC、時間繼電器SJ的常閉觸點NC、交流接觸器KM2的線圈、交流接觸器KM4的常閉輔助 觸點NC1、智能電機保護器FS2的常閉觸點NC連接至節點B ;上述交流接觸器KM1的常開輔 助觸點N02與交流接觸器KM3的常閉輔助觸點NC之間為節點C，自節點C依次通過交流接 觸器KM2的常閉輔助觸點NC、時間繼電器SJ的常開觸點NO和交流接觸器KM3的線圈連接 至節點B ;自節點B依次通過智能電機保護器FS2的常開觸點N0、交流接觸器KM4的常開輔 助觸點NO連接至交流接觸器KM2的線圈；上述智能電機保護器FS2的常開觸點NO與交流 接觸器KM4的常開輔助觸點NO之間為節點D，自節點A通過交流接觸器KM4的線圈連接至 節點D ; 自節點A依次通過保險開關FU5、交流接觸器KM4的常閉輔助觸點NC2、時間繼電器SJ 的線圈連接至節點B。
2. 根據權利要求1所述抽油機三角形啟動星形運行節能控制櫃，其特徵在於，該控制 櫃還包括電壓指示電路和電流指示電路。
【文檔編號】H02P25/18GK204145354SQ201420668204
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】黃純生 申請人:吐魯番地區萬隆電氣有限公司