CN103337881B - 修井机超级电容蓄能驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及修井机超级电容蓄能驱动装置，由AC/DC整流器、DC/AC逆变器、超级电容模组蓄能装置、控制器、三相交流变频电机及交流母线、直流母线、控制线组成，通过控制器分别对AC/DC整流器、超级电容模组蓄能装置及DC/AC逆变器进行控制，并接收其反馈信号，使超级电容模组蓄能装置充放电，实现倍增电机功率配备，适应油田井场现有容量有限的供电条件，满足油田修井提升大吨位管柱快速高效的作业要求。超级电容模组蓄能装置还具有快充快放、高效环保，寿命长、故障率低等优点。

Description

修井机超级电容蓄能驱动装置
技术领域
本发明涉及钻采机械中的修井设备，具体是一种修井机超级电容蓄能驱动装置。
背景技术
修井机是油田广泛采用的一种油水井修井作业设备。目前，我国的传统修井机动力采用柴油发动机，存在修井作业高能耗，高噪音，高污染等三高问题。为解决这些问题，近年国内研发的网电修井机以低能耗、低噪音、低污染展示了较强的优越性。但网电修井机取电受到油田井场供电条件限制。油田现有井场供电条件是为抽油机用电需求而设计，抽油机电机额电功率一般不超过60KW。而修井机修井作业需100KW以上的功率匹配，才能满足正常提升管柱重量与速度的要求，达到传统作业机的提升能力与水平。现有网电作业机的主动力电机有围绕井场现有供电条件而设计为50KW左右，作业速度低于传统作业速度，影响作业时效;也有电机功率设计为100KW以上，但不能适应大部分50KW左右的井场供电条件。因此，有必要在网电作业机产品上采用超级电容蓄能技术，利用油田井场50KW左右的供电容量，满足100KW以上的电机用电需求。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中油田井场现有供电容量不足，使网电修井机能够配备足够功率电机的修井机超级电容蓄能驱动装置。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
第一种方案，本发明由井场交流母线、AC/DC整流器、直流母线、控制器、控制线、超级电容模组蓄能装置、直流电机组成。其中AC/DC整流器通过交流母线与井场电源连接；AC/DC整流器、超级电容模组蓄能装置与直流电机通过直流母线串联连接；控制器通过控制线分别与AC/DC整流器、超级电容模组蓄能装置连接。
超级电容模组蓄能装置的功率与直流电机功率相同。
若修井机的电机为三相交流变频电机，本发明可采用第二种方案，即本发明由AC/DC整流器、DC/AC逆变器、超级电容模组蓄能装置、控制器、三相交流变频电机及交流母线、直流母线、控制线组成。AC/DC整流器通过交流母线与井场电源连接，并通过直流母线与超级电容模组蓄能装置、DC/AC逆变器依次串联连接，DC/AC逆变器通过交流母线与三相交流变频电机连接，控制器通过控制线分别与AC/DC整流器、超级电容模组蓄能装置、DC/AC逆变器连接。
所述的超级电容模组蓄能装置的功率与三相交流变频电机功率相同。
本发明第三种方案是在第一种方案的基础上，在AC/DC整流器与超级电容模组蓄能装置之间并联一台直流电机。
所述的超级电容模组蓄能装置的功率与两部直流电机功率相同。
本发明适应油田井场现有容量有限的供电条件，实现倍增功率电机配备，满足油田修井提升大吨位管柱快速高效的作业要求。超级电容模组蓄能装置相对其他蓄能技术具有快充快放、高效环保，寿命长、故障率低等优点。
附图说明
图1 为本发明第一种方案结构框图；
图2 为本发明第二种方案结构框图；
图3 为本发明第三种方案结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的第一种实施方式。本发明由井场交流母线1、AC/DC整流器2、直流母线、控制器6、控制线、超级电容模组蓄能装置4、直流电机5a组成。其中AC/DC整流器2通过交流母线1与井场电源连接，AC/DC整流器2、超级电容模组蓄能装置5与直流电机5a通过直流母线3a、直流母线3a依次串联连接；控制器6通过控制线7a、控制线7b分别与AC/DC整流器2、超级电容模组蓄能装置4连接。
超级电容模组蓄能装置4的功率与直流电机5a功率相同，为井场电源功率的2倍，从而倍增井场交流网电供电容量。
若修井机的电机为三相交流变频电机，本发明可采用图2所示的第二种实施方式。即本发明由交流母线、AC/DC整流器2、 直流母线、超级电容模组蓄能装置4、三相交流变频电机5b、控制器6、控制线、DC/AC逆变器8组成。其中AC/DC整流器2通过交流母线1与井场电源连接，AC/DC整流器2通过直流母线3a、直流母线3a、交流母线1a与超级电容模组蓄能装置4、DC/AC逆变器8、三相交流变频电机5b依次串联连接；控制器6通过控制线7a、控制线7b、控制线7c分别与AC/DC整流器2、超级电容模组蓄能装置4、DC/AC逆变器8连接。
所述的超级电容模组蓄能装置4的功率与三相交流变频电机5b功率相同，为井场电源功率的2倍，从而倍增井场交流网电供电容量。
图3为本发明的第三种实施方式。本发明由交流母线、直流母线、控制线、AC/DC整流器2、直流电机5a、直流电机5c、超级电容模组蓄能装置4、控制器6组成。其中，AC/DC整流器2通过交流母线1与井场电源连接，AC/DC整流器2、超级电容模组蓄能装置4与直流电机5a通过直流母线3a、直流母线3b依次串联连接；直流电机5c通过直流母线3c并联在AC/DC整流器2与超级电容模组蓄能装置4之间的直流母线3a上；控制器6通过控制线7a、控制线7b分别与AC/DC整流器2、超级电容模组蓄能装置4连接；直流电机5c和直流电机5a通过修井机上并车箱与修井机的绞车相连。
所述的超级电容模组蓄能装置4的功率与直流电机5a、直流电机5c和井场电源的功率相同，从而倍增井场交流网电供电容量。
在作业过程中，控制器6通过控制线分别对AC/DC整流器2、超级电容模组蓄能装置4及DC/AC逆变器8进行控制，并接收其反馈信号。
在修井机首次提升管柱前或两次提升管柱之间的间歇时间（单根油管卸扣与摆放等辅助时间），井场交流网电通过AC/DC整流器2对超级电容模组蓄能装置4供电，超级电容模组蓄能装置4充电；当修井机提升管柱时，第一种方案是由超级电容模组蓄能装置4提供的直流电对直流电机5a供电，且在控制器控制下速度可调，满足修井机提升功率要求；第二种方案是在控制器6控制下，超级电容模组蓄能装置4提供的直流电经DC/AC逆变器8逆变调频，对三相交流变频电机5b供电，满足修井机提升功率要求；第三种方案是在控制器6控制下，井场交流网电经AC/DC整流器2整流后，通过直流母线3c驱动直流电机5c，与此同时，超级电容模组蓄能装置4提供直流电通过直流母线3b驱动直流电机5a，直流电机5c和直流电机5a通过机械并车箱将动力传递给绞车，满足修井机电机功率要求，提升作业机性能。

Claims (6)

1.一种修井机超级电容蓄能驱动装置，由井场交流母线(1)、AC/DC整流器(2)、直流母线、控制器(6)、控制线、超级电容模组蓄能装置(4)、第一直流电机(5a)组成，其特征是：AC/DC整流器(2)通过井场交流母线(1)与井场电源连接，AC/DC整流器(2)、超级电容模组蓄能装置(4)与第一直流电机(5a)通过第一直流母线(3a)、第二直流母线(3b)依次串联连接，超级电容模组蓄能装置(4)为第一直流电机(5a)供电；控制器(6)通过第一控制线(7a)、第二控制线(7b)分别与AC/DC整流器(2)、超级电容模组蓄能装置(4)连接，所述超级电容模组蓄能装置(4)用于在修井机首次提升管柱前或两次提升管柱之间的间歇时间由井场交流母线(1)通过AC/DC整流器(2)供电，并在修井机提升管柱时，由超级电容模组蓄能装置(4)为第一直流电机(5a)供电，适应了油田井场现有容量有限的供电条件，实现倍增功率电机配备，满足修井机提升功率的要求。
2.根据权利要求1所述的修井机超级电容蓄能驱动装置，其特征是：超级电容模组蓄能装置(4)的功率与第一直流电机(5a)功率相同，为井场电源功率的2倍。
3.一种修井机超级电容蓄能驱动装置，由交流母线、AC/DC整流器(2)、直流母线、超级电容模组蓄能装置(4)、三相交流变频电机(5b)、控制器(6)、控制线、DC/AC逆变器(8)组成，其特征是：AC/DC整流器(2)通过井场交流母线(1)与井场电源连接，AC/DC整流器(2)通过第一直流母线(3a)、第二直流母线(3b)、交流母线(1a)与超级电容模组蓄能装置(4)、DC/AC逆变器(8)、三相交流变频电机(5b)依次串联连接，超级电容模组蓄能装置(4)提供的直流电经DC/AC逆变器(8)逆变调频，对三相交流变频电机(5b)供电；控制器(6)通过第一控制线(7a)、第二控制线(7b)、第三控制线(7c)分别与AC/DC整流器(2)、超级电容模组蓄能装置(4)、DC/AC逆变器(8)连接，所述超级电容模组蓄能装置(4)用于在修井机首次提升管柱前或两次提升管柱之间的间歇时间由井场交流母线(1)通过AC/DC整流器(2)供电，并在修井机提升管柱时，在控制器(6)的控制下，超级电容模组蓄能装置(4)经DC/AC逆变器(8)为三相交流变频电机(5b)供电，以满足修井机提升功率的要求。
4.根据权利要求3所述的修井机超级电容蓄能驱动装置，其特征是：所述的超级电容模组蓄能装置(4)的功率与三相交流变频电机(5b)功率相同，为井场电源功率的2倍。
5.一种修井机超级电容蓄能驱动装置，由交流母线、直流母线、控制线、AC/DC整流器(2)、第一直流电机(5a)、第二直流电机(5c)、超级电容模组蓄能装置(4)、控制器(6)组成，其特征是：AC/DC整流器(2)通过井场交流母线(1)与井场电源连接，AC/DC整流器(2)、超级电容模组蓄能装置(4)与第一直流电机(5a)通过第一直流母线(3a)、第二直流母线(3b)依次串联连接；第二直流电机(5c)通过第三直流母线(3c)并联在AC/DC整流器(2)与超级电容模组蓄能装置(4)之间的第一直流母线(3a)上，超级电容模组蓄能装置(4)提供直流电通过第二直流母线(3b)驱动第一直流电机(5a)；控制器(6)通过第一控制线(7a)、第二控制线(7b)分别与AC/DC整流器(2)、超级电容模组蓄能装置(4)连接；第二直流电机(5c)和第一直流电机(5a)通过修井机上并车箱与修井机的绞车相连，所述超级电容模组蓄能装置(4)用于在修井机首次提升管柱前或两次提升管柱之间的间歇时间由井场交流母线(1)通过AC/DC整流器(2)供电，并在修井机提升管柱时，在控制器(6)的控制下，超级电容模组蓄能装置(4)为第一直流电机(5a)供电，以满足修井机提升功率的要求。
6.根据权利要求5所述的修井机超级电容蓄能驱动装置，其特征是：所述的超级电容模组蓄能装置(4)的功率与第一直流电机(5a)、第二直流电机(5c)和井场电源的功率相同。
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