CN102637004A

CN102637004A - 一种抽油机智能节电器

Info

Publication number: CN102637004A
Application number: CN2012101208506A
Authority: CN
Inventors: 杨全武; 胡宏梅
Original assignee: TAICANG XINDIANSHI ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TAICANG XINDIANSHI ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明公开了一种抽油机智能节电器，该节电器包括信号接收模块、主控模块、信号分析模块以及上位机；所述信号接收模块与主控模块相接，主控模块与信号分析模块以及上位机相接。本发明具有以下优点：1、应用传感器监测技术，精确感知抽油机负荷变化，优化控制模式，随负荷变化动态调整抽油机启、停的时间及交流电动机的运行电压；2、减少抽油机由于空捞或泵空而造成的电能浪费，节电率高达30%～80%；3、实时故障监测，减少故障发生率，有效提高油井相对产量；4、避免无功运行，减少机件磨损，降低设备维护费用。5、数据采集及存储功能、联网和通信以及遥控遥测功能，并能根据具体的运行状况对其实时进行调整，操作简单，智能化程度高。

Description

一种抽油机智能节电器

技术领域

本发明涉及一种抽油机，具体地说是抽油机智能节电器。

背景技术

随着油田原油的不断开采，老油田的低产井越来越多，贫油、油层不均匀或原油粘度不均匀的油井使用，使油井泵空或空捞的现象也越来越严重，合理地控制抽油机的运行工况，可以达到节电、防止液击引起的油杆断裂以及抽油机磨损减少的目的。交流电动机驱动抽油机通过抽油杆的上下运动将原油抽汲到地面上来，抽油机总体效率很低，抽油机用电量占到原油开采成本的35%左右，是采油成本居高不下的一个主要原因，因而实现抽油机的节能控制，对降低开采成本具有重要意义。

抽油机的悬点载荷状况是影响抽油机能耗的主要因素。抽油机工作效率不高的主要原因是其载荷特性与所用交流电动机的转矩特性不相匹配，电机的负载率过低致使电机以较低的效率运行。目前抽油井上应用的节能技术主要用于地面部分，并且主要针对抽油机的结构及其拖动装置（电机和配电箱）的性能展开的。一般包括以下四种：

1、变频调节器节能：通过改变输出频率来改变电机转速,降低给电机的端电压从而降低电机的有功功率,大幅度节省电能。其缺陷是设备成本较高，控制系统复杂，在油田的恶劣环境下工作，其可靠性防盗等都成问题。

2、电容动态无功补偿：通过电机的就地补偿来提高电机的功率因数,提高电网的利用率，简单、成本低。缺点是不能减小有功损耗,从而达不到有功省电的目的。

3、继电接触器调压节能：将电机定子绕组为△接法，起动时为Y接法，启动电压降低，接近额定转矩时，再将定子绕组改为△接法。此方法控制简单，但节电效果不明显。

4、可控硅调压：一般称之为电机的软启动，通过采用晶闸管调压电路来控制电压的大小，节电效果较好，但是电源电流波形发生畸变，电网谐波污染严重，另外在油田的恶劣环境下，其可靠性等都受到制约，同时结构复杂，成本较高。

抽油机的工作能力是一个固定不变的量。对于产液量不足的油井来说，抽油机的工作能力必然过剩，泵空或空捞现象很严重，会导致泵效很低，致使抽油机常常处于半负荷或轻负荷的工作状态。传统的解决方法：一是使用定时器间歇抽油；二是靠人工操作定时启停抽油机。结果发现，采用这些作法不是不能最大限度的节电就是不能发挥油井的最大生产能力。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种抽油机智能节电装置，该节电装置可以在保证抽油机发挥最大生产能力的情况下最大限度的节电。

为实现上述目的，本发明所提出的技术方案为一种抽油机智能节电器，包括信号接收模块、主控模块、信号分析模块以及上位机；所述信号接收模块与主控模块相接，主控模块与信号分析模块以及上位机相接。

所述信号接收模块包括液面传感器、流量传感器以及A/D转换器，所述液面传感器、流量传感器均与A/D转换器相接，A/D转换器与主控模块相接。

所述主控模块为STC89C52单片机。

所述信号分析模块包括顺次相接的光电隔离电路、信号放大电路、模糊控制器、绝缘栅双极型晶体管IGBT、交流电动机JD以及温度电流检测电路，在交流电动机JD上还接有三相电源；光电隔离电路与主控模块相接，温度电流检测电路也与主控模块相接。

所述主控模块与上位机之间还接有串行通行模块。

节电原理如下：

1、通过液面传感器自动感应油井井下动液面的变化，以此判断井下是否有油（液）可抽吸，从而准确控制抽油机的启停状态，有效地避免了空抽发生，大幅减少无效行程，提高泵的充满度而节电。

抽油机智能节电器是以微电脑技术为基础的智能化控制装置，能自动测知抽油机的实际负荷。当井内液量积存较低时，自动令抽油机停止工作。只有当井内液量恢复到满足再次连续满抽的条件时，抽油机才会再次启动，保证了抽油机不做无用功，减少低效及无效抽取。

2、应用流量传感器确定泵的充满度，通过单片机感知和计算，根据井下负荷的变化而实现优化控制，根本上解决了抽油机低效抽取的问题，从而有效地实现节约电力。

3、可实时监测油井的运行参数，及时显示与记录，并通过智能分析，自反馈优化参数，得出最优工况参数，使抽油机以最优工况进行抽油。

4、反充电回馈，自动识别上、下冲程。为了节电，可在抽油机做回复动作时将能量储存起来，用到抽油动作中，进行功率补偿。采用回馈制动方式，将电能回馈到原电网。如果冲程进行到某一程度出现抽油机带动电机的情况时，则该系统适时关闭电机上的端电压，利用抽油机滑行达到节能的目的，即调不调速都节能；

5、引进了模糊控制器，增加软启动功能，减小频繁启动对设备的冲击。并实现了对IGBT控制角α的调节,可以较好地解决被控对象模型的不确定性问题。

6、故障检测保护，可对过电压﹑过电流﹑低电压﹑过载﹑过热、自启动失败保护、报警、等故障进行智能监测控制调节。

7、数据采集及存储功能、联网和通信以及遥控遥测功能，并能适应油田的环境要求，操作简单，智能化程度高。

抽油机智能节电器是通过避免泵充满度不足和提高泵效的方式而节电，所以节电器表现出以下的节电规律：抽油机的泵效越低就可能获得越高的节电率；低产井比高产井更容易获得高的节电率；深井的节电效果会比浅井的节电效果好。

有益效果：本发明具有以下优点：

1、应用传感器监测技术，通过对井下液面积存和泵中油量的感知，精确感知抽油机负荷变化，优化控制模式，随负荷变化动态调整抽油机启、停的时间及交流电动机的运行电压。

2、减少抽油机由于空捞或泵空而造成的功率浪费，节电率高达30%～80%（取决于泵效）；

3、实时故障监测，减少故障发生率，优化运行状态，有效提高油井相对产量；

4、避免无功运行，减少机件磨损，降低设备维护费用。

5、数据采集及存储功能、联网和通信以及遥控遥测功能，并能根据具体的运行工况对电动机进行实时调整，可适应油田的环境要求，操作简单，智能化程度高。

附图说明

图1为本发明结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1所示，一种抽油机智能节电器，包括液面传感器、流量传感器、A/D转换器、主控模块STC89C52单片机、光电隔离电路、信号放大电路、模糊控制器、绝缘栅双极型晶体管IGBT、交流电动机JD、温度电流检测电路、三相电源、串行通行模块、上位机。

包括液面传感器与流量传感器跟A/D转换器相接，A/D转换器相接跟主控模块STC89C52单片机相接，主控模块STC89C52单片机相接还接有串行通行模块跟光电隔离电路，串行通行模块还与上位机相接，光电隔离电路与信号放大电路相接，信号放大电路与模糊控制器相接，模糊控制器与绝缘栅双极型晶体管IGBT相接，绝缘栅双极型晶体管IGBT与交流电动机JD相接，交流电动机JD与温度电流检测电路以及三相电源相接，温度电流检测电路还与主控模块STC89C52单片机相接。

上述各模块主要功能如下：

1、液面传感器：对于产液量不足的油井来说，抽油机的工作能力必然过剩，空抽现象会导致泵效很低。使用液面传感器实时监测井下液体积存，设定井下积液液面的高度值，使得抽油机的间开周期与油井的供液能力相匹配，只有当井内液量恢复到满足再次连续抽油的条件，抽油机才会再次启动，保证了抽油机不做无用功，减少低效或无效抽取而造成的电能浪费。

2、流量传感器：抽油机均普遍存在抽取能力大于油井实际负荷的问题，因此，泵空或空捞现象便相伴而生。泵空增加无效行程，浪费大量电能。流量传感器通过感应监测泵内的油量，得出电动机的实际负荷大小，并根据负载率的变化，在满足电机运行转矩的情况下，自动选择最佳功率点提供抽油机电机的用电，从而从根本上消除了由于泵空现象所导致的无效抽取。

3、STC89C52：数字处理和智能化控制，可在线编程，在此处相当于下位机，能及时接受处理数据，并准确地动态调整电机的供电电压与电流，使电机的输出功率与负载精确匹配。

4、串行通信模块和上位机：通过串行通信模块，可以人为的直接发出操控命令，并在屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。

6、光隔：即光电隔离电路，把干扰源和易干扰的部分隔离开来，是测控装置与现场仅保持信号联系，而不直接发生电的联系。

5、模糊控制器：实现了对IGBT控制角α的调节,可以较好地解决被控对象模型的不确定性问题。减少了对硬件资源的要求，能在较低的峰值条件下产生较大的转矩。

6、温度、电流检测电路：通过实时监测电动机电流和温度的变化，进而监控抽油机的运行情况，减少故障发生时间，增加电动机的寿命。

Claims

1.一种抽油机智能节电器，其特征在于：包括信号接收模块、主控模块、信号分析模块以及上位机；所述信号接收模块与主控模块相接，主控模块与信号分析模块以及上位机相接。

2.根据权利要求1所述一种抽油机智能节电器，其特征在于：所述信号接收模块包括液面传感器、流量传感器以及A/D转换器，所述液面传感器、流量传感器均与A/D转换器相接，A/D转换器与主控模块相接。

3.根据权利要求1所述一种抽油机智能节电器，其特征在于：所述主控模块为STC89C52单片机。

4.根据权利要求1所述一种抽油机智能节电器，其特征在于：所述信号分析模块包括顺次相接的光电隔离电路、信号放大电路、模糊控制器、绝缘栅双极型晶体管IGBT、交流电动机JD以及温度电流检测电路，在交流电动机JD上还接有三相电源；光电隔离电路与主控模块相接，温度电流检测电路也与主控模块相接。

5.根据权利要求1所述一种抽油机智能节电器，其特征在于：所述主控模块与上位机之间还接有串行通行模块。