1.14kV抽油機專用節能無功補償櫃的製作方法
2024-02-08 21:00:15 1
專利名稱：1.14kV抽油機專用節能無功補償櫃的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種油田抽油機專用節能無功補償櫃，更具體地說它是一種1.14kV抽油機專用節能無功補償櫃。是針對我國油田電網1.14kV系統遊梁式抽油機而研製的一種節能控制裝置。
背景技術：
遊梁式抽油機電動機的每個工作循環包括三種不同的工況感應電動機負載工況、異步發電機工況、電動機空載與輕載工況。後者一個典型工作狀態則是零輸入狀態。圖一是其工作循環的一個典型曲線，這是採用6極異步電動機驅動時通過實際測量得到的轉速隨時間變化的曲線。其中轉速超過1000r/min時為發電機工況，否則為電動機負載或空載工況。
從圖1可以看出，在一個工作循環中，包括一個發電機工況、兩個重載工況和多個空載或輕載工況。實測及理論分析都表明在一個工作循環內，無論是電動機重載、還是電動機輕載或空載以及感應發電機運行工況下，毫無例外的，都要從電網中吸收無功功率用來勵磁。處於電動機工作狀態時，無功功率的變化和電機的負載大小有關。考慮到電源電壓一定的情況下，不同運行工況、不同負載下的激磁電勢會有明顯差別，而激化支路所需的無功又隨激磁電勢的增大而急劇增大，所以，為在不同運行工況、不同負載下有效補償無功，採用電容器動態補償是很有必要的。採用電容器補償後，電動機的無功實現了就地平衡，不需要饋電線路傳輸無功功率，可使線路損耗減少。在饋電線路較長的情況下，節能效果顯著。
在我國抽油機能耗佔油田生產總能耗的1/3，降低抽油機能耗是減少原油生產成本和提高企業效益的有效途徑。
抽油機電動機的綜合節能包括電動機負載工況節能、空載或輕載工況節能、發電機工況節能，同時還包括配電線路的節能。
目前，國內油田0.4kV系統所採用的節能方式有變頻節能、星-三角調壓節能、電容集中補償節能等方式，但存在著補償容量不足、補償位置選擇不理想、交流接觸器因動作頻繁而損壞或設備成本高、初期資金投入大等缺陷，而且在1.14kV油田電壓系統在此之前尚未形成有效的節能方案。
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1.14kV抽油機專用節能無功補償櫃。它是針對油田1.14kV電壓等級的抽油機的工作機理和運行特點，研製出的集電動機控制、電容器自動快速投切為一體的節能控制就地補償裝置。徹底解決了多年來抽油機電動機一直存在的功率因數低、線路無功損耗大、電動機出力小等技術問題。
本實用新型的目的是通過如下措施來達到的1.14kV抽油機專用節能無功補償櫃，其特徵在於它包括主電路部分、控制電路部分；所述主電路部分包括電源由外部輸入刀閘開關DK，並穿過電流互感器1LHb後分為三個並聯迴路，第一路經過熔斷器F後到控制變壓器BK，並經過控制變壓器BK將電壓由1140V變為220V供控制電路部分；第二路經過接觸器KM1又分為2個分路；第1分路通過熔斷器F後穿過電流互感器2LHb作電源輸出使用；第2分路由交流接觸器KM2控制後，又分為3個支路，第1支路通過熔斷器F到達一個三相電容器C1作固定補償用；第2支路通過三個熔斷器F進入動態補償迴路；第3支路由避雷器BLQ進行接地組成，作為過電壓保護；第三路經過熔斷器F後到達電壓互感器PT，電壓互感器PT經過轉換將1140V電壓系統參數轉化為220V供二次電路測量用；所述控制電路部分包括電流反饋迴路由電流互感器2LHb與智能控制器的輸入端組成封閉迴路，電流互感器2LHb接地；智能控制器輸出迴路由智能控制器的輸出單元與六個可控矽驅動模塊V11、V21、V31、V12、V22、V32採用並聯連接；控制變壓器BK的輸出迴路經電源開關KK後到交流220V控制系統，交流220V控制系統由智能控制器電源L、N，負荷停止指示迴路，負荷停止按鈕迴路，運行按鈕及指示迴路；電容器退出指示迴路、電容器退出按鈕迴路、投入按鈕及指示迴路並聯組成；每個迴路均由相應的交流接觸器KM1、KM2，按鈕SS1、SS2、SF1、SF2，指示燈HG1、HR1、HG2、HR2串聯組成。
在上述技術方案中，所述動態補償迴路由可控矽T和電阻R並聯後與單相電容器C2、電抗器L串聯，然後整體組成三角形接法。
本實用新型具有如下優點本實用新型1.14kV抽油機專用節能無功補償櫃是針對油田1.14kV電壓等級的抽油機的工作機理和運行特點，研製出的集電動機控制、電容器自動快速投切為一體的節能控制就地補償裝置。它採用先進的電力電子控制技術，在電動機出線端，利用抽油機電機所需無功電流作控制信號控制可控矽適時頻率快速過零投切電容器實現不同工況的無功功率的自動就地補償，不但可以節省無功功率，顯著減少線路電流及線路損耗，而且由於激磁電勢增大可以減少轉子損耗，增加發電機工況所發出的有功功率。取得了節省無功功率和有功功率的雙重效果。徹底解決了多年來抽油機電動機一直存在的功率因數低、線路無功損耗大、電動機出力小等技術問題。具有合閘電流小、無電弧重燃、無需放電既可重投、自動跟蹤無功功率變化，連續快速、頻繁投切等技術特點。並且節電性能顯著、操作運行安全方便可靠、維護方便、結構緊湊、佔地面積小、安裝簡單、適應於不同井深的抽油機。經現場實際測監測，本裝置的綜合節電率可達17.7％。該裝置填補了國內外1.14kV抽油機就地自動補償系統節能設備的空白。
圖1為現有抽油機電動機的典型轉速-時間曲線圖。
圖2為本實用新型主電路部分的電路圖。
圖3為本實用新型控制電路部分的電路圖。
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。
圖1在背景技術部分已經講述，在此不再描述。
參閱圖2可知本實用新型主電路部分的為1.14kV動力系統，它由快速熔斷器F、刀閘開關DK、電流互感器1LHb、2LHb，交流接觸器KM1、KM2，控制變壓器BK、電壓互感器PT、三相併聯電容器C1、單相電容器C2、可控矽T、電抗器L、電阻R、避雷器BLQ和連接這些元器件的電纜組成。
主電路部分包括電源是由外部輸入刀閘開關DK，並穿過電流互感器1LHb後分為三個並聯迴路，第一路經過熔斷器F後到控制變壓器BK，並經過控制變壓器BK將電壓由1140V變為220V供控制電路部分；第二路經過接觸器KM1又分為2個分路；第1分路通過熔斷器F後穿過電流互感器2LHb作電源輸出使用；第2分路由交流接觸器KM2控制後，又分為3個支路，第1支路通過熔斷器F到達一個三相電容器C1作固定補償用；第2支路通過三個熔斷器F進入動態補償迴路；第3支路由避雷器BLQ進行接地組成，作為過電壓保護；第三路經過熔斷器F後到達電壓互感器PT，電壓互感器PT經過轉換將1140V電壓系統參數轉化為220V供二次電路測量用。
參閱圖3可知控制電路部分由智能控制器、可控矽驅動模塊、空氣開關、信號燈、按鈕、顯示儀表、接觸器線圈、電抗器輸出、電壓互感器二次輸出、控制變壓器輸出部分及二次線路組成。按其電路中電壓性質又分為DC5V智能控制器輸出線路、DC24V電抗器信號顯示線路、AC220V控制迴路、電流迴路。
控制電路部分包括電流反饋迴路由電流互感器2LHb與智能控制器的輸入端組成封閉迴路，電流互感器2LHb接地；智能控制器輸出迴路由智能控制器的輸出單元與六個可控矽驅動模塊V11、V21、V31、V12、V22、V32採用並聯連接；控制變壓器BK的輸出迴路經電源開關KK後到交流220V控制系統，交流220V控制系統由智能控制器電源L、N，負荷停止指示迴路，負荷停止按鈕迴路，運行按鈕及指示迴路；電容器退出指示迴路、電容器退出按鈕迴路、投入按鈕及指示迴路並聯組成；每個迴路均由相應的交流接觸器KM1、KM2，按鈕SS1、SS2、SF1、SF2，指示燈HG1、HR1、HG2、HR2串聯組成。所述動態補償迴路由可控矽T和電阻R並聯後與單相電容器C2、電抗器L串聯，然後整體組成三角形接法。
本裝置為戶外安裝使用設備，櫃體可採用冷軋鋼板經靜電噴塗戶外塑粉高溫固化形成保護層，所有元器件安裝在櫃內，正面為內外雙門結構形式，顯示儀表、信號燈、按鈕安裝在內門上，櫃體後面也是門式結構，外門均裝有門鎖。整個結構既方便現場操作，又方便日常維護，而且有較高的防護等級。
工作時本裝置通過電流互感器2LHb採集抽油機電動機出線端B相電流信號(0-5A)反饋給智能控制器，智能控制器通過與控制變壓器BK反饋來的A、C相電壓信號計算出功率因數值，與實際設定值進行比較，當計算值＜設定值時，智能控制器輸出DC5V電壓給可控矽驅動模塊；當計算值＞設定值時，智能控制器停止輸出。這樣，將抽油機的每個工作循環由電動機的工況轉化為脈衝弱電信號，控制1.14kV動態補償迴路，達到適時快速過零投切電容器組(即當電容器的電壓與電網的電壓大小相等、極性一致時，瞬時投入電容器，電流過零時自然關斷)，以平衡電網的無功功率，實現節能的目的。
本實用新型1.14kV抽油機專用節能無功補償櫃是針對油田1.14kV電壓等級的抽油機的工作機理和運行特點，研製出的集電動機控制、電容器自動快速投切為一體的節能控制就地補償裝置。徹底解決了多年來抽油機電動機一直存在的功率因數低、線路無功損耗大、電動機出力小等技術問題。
具有合閘電流小、無電弧重燃、無需放電既可重投、自動跟蹤無功功率變化，連續快速、頻繁投切等技術特點。
·最小動態響應時間TR不大於10ms，並可依用戶要求而設定。
·功率因數補償值可接近於1.0。
·用晶閘管「過零」快速跟蹤投切，保證適時適量供給電動機各種工況下所需的無功源。
·嚴格的均壓、同步、及防止SCR誤觸發的措施。
·過電壓保護措施用阻容均壓迴路和專用氧化鋅避雷器作過電壓保護。
·短路保護措施用快速熔斷器作短路保護。
·無需經過放電即可再投自動跟蹤無功功率曲線的變化，可連續頻繁快速投切，具有諧波治理功能。
本實用新型1.14kV抽油機專用節能無功補償櫃的操作步驟先合上刀閘開關DK，再合上微型斷路器KK，則「停止指示」HG1和「退出指示」HG2信號燈亮；按下「負荷運行」按鈕SF1，接觸器KM1閉合運行，「停止指示」HG1信號燈熄滅，「運行指示」HR1信號燈亮，抽油機轉動運行；按下「電容器投入」按鈕SF2，接觸器KM2閉合運行，「退出指示」HG2信號燈熄滅，「投入指示」HR2信號燈亮，三相電容器投入運行，控制器電源指示燈亮，控制器進入運行狀態。
按照運行的情況對可控矽控制器進行定值調整整定投切的門檻值，使投切無功補償容量符合要求即三個單相動態補償電容器在每個衝程內投入和退出各一次，以達到最佳的補償效果。
需要抽油機停機時，先按下「電容器退出」按鈕SS2，斷開接觸器KM2，以退出電容器；再按下「負荷停止」按鈕SS1，斷開接觸器KM1，則抽油機停機。
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1.1.14kV抽油機專用節能無功補償櫃，其特徵在於它包括主電路部分、控制電路部分；所述主電路部分包括電源由外部輸入刀閘開關(DK)，並穿過電流互感器(1LHb)後分為三個並聯迴路，第一路經過熔斷器(F)後到控制變壓器(BK)，並經過控制變壓器(BK)將電壓由1140V變為220V供控制電路部分；第二路經過接觸器(KM1)又分為2個分路；第1分路通過熔斷器(F)後穿過電流互感器(2LHb)作電源輸出使用；第2分路由交流接觸器(KM2)控制後，又分為3個支路，第1支路通過熔斷器(F)到達一個三相電容器(C1)作固定補償用；第2支路通過三個熔斷器(F)進入動態補償迴路；第3支路由避雷器(BLQ)進行接地組成，作為過電壓保護；第三路經過熔斷器(F)後到達電壓互感器(PT)，電壓互感器(PT)經過轉換將1140V電壓系統參數轉化為220V供二次電路測量用；所述控制電路部分包括電流反饋迴路由電流互感器(2LHb)與智能控制器的輸入端組成封閉迴路，電流互感器(2LHb)接地；智能控制器輸出迴路由智能控制器的輸出單元與六個可控矽驅動模塊(V11、V21、V31、V12、V22、V32)採用並聯連接；控制變壓器(BK)的輸出迴路經電源開關(KK)後到交流220V控制系統，交流220V控制系統由智能控制器電源(L、N)，負荷停止指示迴路，負荷停止按鈕迴路，運行按鈕及指示迴路；電容器退出指示迴路、電容器退出按鈕迴路、投入按鈕及指示迴路並聯組成；每個迴路均由相應的交流接觸器(KM1、KM2)，按鈕(SS1、SS2、SF1、SF2)，指示燈(HG1、HR1、HG2、HR2)串聯組成。
2.根據權利要求1所述的1.14kV抽油機專用節能無功補償櫃，其特徵在於所述動態補償迴路由可控矽(T)和電阻(R)並聯後與單相電容器(C2)、電抗器(L)串聯，然後整體組成三角形接法。
專利摘要1.14kV抽油機專用節能無功補償櫃，它包括主電路部分、控制電路部分；主電路部分由外部輸入刀閘開關(DK)，並穿過電流互感器(1LHb)後分為三個並聯迴路；控制電路部分包括電流反饋迴路與智能控制器的輸入端組成封閉迴路，電流互感器(2LHb)接地；控制變壓器(BK)的輸出迴路經電源開關(KK)後到交流220V控制系統，交流220V控制系統由智能控制器電源(L、N)，負荷停止指示迴路，負荷停止按鈕迴路，運行按鈕及指示迴路；電容器退出指示迴路、電容器退出按鈕迴路、投入按鈕及指示迴路並聯組成；它克服了現有1.14kV油田電壓系統無節能裝置的不足。本實用新型節電性能顯著、操作運行安全方便可靠、維護方便、結構緊湊、佔地面積小、安裝簡單、適應於不同井深的抽油機。
文檔編號H02J3/18GK2935586SQ200620096008
公開日2007年8月15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