CN105003252A - 一种抽油机节能补偿系统效率测试仪 - Google Patents

Abstract

一种抽油机节能补偿系统效率测试仪，包括用于采集电压、电流数据的数据采集单元，用于控制无功量接入主回路的无功投切单元，用于显示系统工作状态的LCD显示单元，用于指示系统运行状态的LED指示灯，用于参数输入的按键输入单元，用于保存参数、运行状态的数据存储单元，用于计算投切延时、周期耗能、采集频率的时钟单元，用于监测抽油机井运行周期的周期信号检测装置，实现数据无线传输的无线传输单元，还包括用于控制无功补偿节能的节能补偿控制器和用于采集电功率图及对信号运算处理并实现数据无线传输的系统效率计算处理器。通过本发明提高功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，改善供电环境；计算抽油机井平衡度和系统效率。

Description

一种抽油机节能补偿系统效率测试仪

技术领域

本发明属于石油开采监控技术领域，特别地涉及一种抽油机节能补偿系统效率测试仪。

背景技术

抽油机井动力采用电动机将电能转变为机械能的方式实现，电动机主要为感性负载。由于抽油机井数量多，未进行合理的无功功率补偿，造成电网电源需要向电动机提供感性负载，由线路输送无功功率，增加了无功功率在电网中的流动，增加了线路损耗，使整个供电网络的功率因数偏低，导致投资高，供电效率低，同时，抽油机井在平衡度不高的情况下，造成抽油机井耗电量高，系统效率低，同时，容易使电动机处于发电状态，造成供电网络电压波动，影响供电质量。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种抽油机节能补偿系统效率测试仪。

本发明采用的技术方案为：一种抽油机节能补偿系统效率测试仪，包括用于采集电压、电流数据的数据采集单元，用于控制无功量与主回路导通的无功投切单元，用于显示系统工作状态的LCD显示单元，用于指示系统运行状态的LED指示灯，用于参数输入的按键输入单元，用于保存设置的参数、运行状态的数据存储单元，用于提供时间参考的时钟单元，用于检测抽油机井运行周期的周期信号检测装置，实现数据无线传输的无线传输单元，还包括用于控制无功补偿的节能补偿控制器和用于采集抽油机井电功率图及对信号运算处理并实现数据无线传输的系统效率计算处理器，节能补偿控制器分别与数据采集单元、投切单元、LCD显示单元、LED指示灯、按键输入单元、数据存储单元、时钟单元连接，系统效率计算处理器分别与周期信号检测装置、时钟单元、数据存储单元、无线传输单元连接。

所述的节能补偿控制器与系统效率计算处理器之间相互通信，通信方式可采用RS485、RS232、I2C、CAN总线等。

至少存在两种所述的数据存储单元和时钟单元，分别与节能补偿控制器、系统效率计算处理器连接。

所述的无线传输单元可采用315MHz 、433MHz、2.4GHz等载波频率实现数据无线传输。

所述的节能补偿控制器以功率因数为控制量，实现自动和手动投切无功量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：对电网的供电电压实时进行采集处理，计算得出功率因数，以功率因数为基准，对单个抽油机井电动机进行自动或手动就地无功补偿，提高功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境；根据抽油机井运行周期，定时自动采集油井电功率图，并根据功率法计算得出抽油机平衡度，对抽油机的工作状态给出优化建议，提高抽油机井平衡度，降低设备损耗，提高工作效率，并计算得出系统效率。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

附图1为一种抽油机节能补偿系统效率测试仪结构示意图。

附图2为节能补偿控制器自动进行无功补偿处理流程。

附图3为抽油机节能补偿系统效率测试仪显示界面。

附图4为系统效率计算处理器采集电功率图的处理流程。

附图5为常规游梁式抽油机的电功率图与示功图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

附图1为一种抽油机节能补偿系统效率测试仪结构示意图。一种抽油机节能补偿系统效率测试仪，包括与节能补偿控制器5连接，用于采集电压、电流数据的数据采集单元1；与节能补偿控制器5连接，用于控制无功量接入主回路的无功投切单元2；与节能补偿控制器5连接，用于显示系统工作状态的LCD显示单元3；与节能补偿控制器5连接，用于指示系统运行状态的LED指示灯4；与节能补偿控制器5连接，用于参数输入的按键输入单元6；与节能补偿控制器5连接，用于保存参数、运行状态的数据存储单元7；与节能补偿控制器5连接，用于计算投切延时、周期耗能的时钟单元8；与系统效率计算处理器10连接，用于检测抽油机井运行周期的周期信号检测装置9；与系统效率计算处理器10连接，用于提供计算抽油机运行周期的时钟单元11；与系统效率计算处理器10连接，用于存储设定的参数及运行状态的数据存储单元12；与系统效率计算处理器10连接，实现数据无线传输的无线传输单元13，无线传输单元13可以将数据传输至数据中继器、手持设备、基站等具有数据中继或接收数据功能的设备。通过本发明，实现抽油机无功自动或者手动投切到主回路中，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境；同时，通过对电功率图的采集，可计算得出抽油机井平衡度，对抽油机井的工作状态给出优化建议，提高抽油机井平衡度，降低设备损耗，提高工作效率，计算得出系统效率。

附图2为节能补偿控制器进行自动无功补偿处理流程。在步骤201中，节能补偿控制器5实时采集抽油机工作时的电压、电流数据；在步骤202中，根据采集的数据，计算得出三相电压、电流数值，同时计算得出有功功率、无功功率、功率因数、电能等；在步骤203中，判断功率因数是否满足设定的条件，如果满足要求，则不对当前的工作状态进行修改，直接进入步骤201中，再次实施采集抽油机工作时的电压、电流数据；若判断功率因数不满足设定的要求，进入步骤204中，节能补偿控制器5首先判断功率因数为超前还是滞后，若功率因数为超前，进入步骤205中，节能补偿控制器5计算出超出的无功量，在步骤206中，判断是否满足延时投切时间，如果满足延时投切时间，进入步骤207中，通过无功投切单元2切除超出的无功量，进入步骤201中；如果在步骤206中不满足延时投切时间，则不切除超出的无功量，直接进入步骤201中，重新计算获取电压、电流数据；在步骤204中，若功率因数为滞后，进入步骤208中，节能补偿控制器5计算所需的无功量，在步骤209中，节能补偿控制器5根据配置的无功量自动选择所需的组数，在步骤210中，判断是否满足延时投切时间，若满足，在步骤211中通过无功投切单元2将选择的无功量投入至电网中，若不满足，则进入步骤201中，重新采集、计算，依次周而复始的循环计算。

附图3为抽油机节能补偿系统效率测试仪显示界面。抽油机节能补偿系统效率测试仪实时采集抽油机工作时的三相电压、电流，并实时计算显示电压频率、零序电流、各相的功率因数及无功补偿情况。采用手动进行无功补偿时，通过按键输入单元6投入不同的无功量，利用LCD显示单元3显示处理后的数据，根据各项功率因数显示情况确定最终的无功投入量，系统投入无功后，通过LCD显示单元3和LED指示灯4可查看了解投入情况。

附图4为系统效率计算处理器采集电功率图的处理流程。在抽油机井上安装周期信号检测装置9，油井周期信号检测装置9实时检测抽油机井运行周期，当检测到抽油机井运行周期起始位置、结束位置时，同时将抽油机井运行周期的起始位置、结束位置传输至系统效率计算处理器10，系统效率计算处理器10根据抽油机井运行周期的起始位置、结束位置采集油井电功率图。在步骤301中，系统效率计算处理器10通过有线或者无线的方式接收与示功图相同的抽油机井周期开始信号，接收到周期开始信号后，在步骤302中，系统效率计算处理器10与节能补偿控制器5通过RS485、RS232、I2C、CAN总线等方式通信，获取到抽油机井的有功功率，在步骤303中，系统效率计算处理器10接收到周期结束信号时，系统效率计算处理器10停止数据采集，自动绘制油井电功率图。在此基础上，在抽油机井的悬绳器与方卡子之间可安装示功图采集设备，同时接收油井周期信号检测装置9发送的周期信号，可以实现电功率图与示功图的同步采集，附图5为常规游梁式抽油机的电功率图与示功图，通过电功率图与示功图的对比可知，此游梁式抽油机井的平衡性良好，电功率图形似“∞”。通过此种方式保证电功率与示功图采集的开始位置、结束位置一致，保证数据的准确度。利用以上采集的数据，可自动计算得出抽油机井的地面效率、平衡度、日耗电量、系统效率，根据计算分析情况，自动给出平衡调整建议，通过此方式，避免抽油机井处于发电状态，降低抽油机耗电量，提高系统效率。

在实际的应用过程中，抽油机节能补偿系统效率测试仪可与抽油机电动机并联或者串联在主电网线路中；对于游梁式抽油机，周期信号检测装置9安装在游梁底部，对于立式抽油机，周期信号检测装置9安装在维修窗口中，通过霍尔效应、接近开关等原理检测抽油机运行周期，并将检测到的周期信号发送至系统效率计算处理器10。

抽油机节能补偿系统效率通过数据采集单元1，以与节能补偿控制器5连接的时钟单元8为依据，实时采集电动机工作时的三相电压和三相电流数据，节能补偿控制器5对采集到的数据进行分析处理，通过LCD显示单元3实时显示三相电压、三相电流、三相功率因数、电压频率、零序电流、无功量的投入状态，同时，LED指示灯4与节能补偿控制器5连接，在其控制下，显示无功投切单元2实际的投入情况。

根据实际的生产情况，通过按键输入单元6对抽油机节能补偿系统效率测试仪的各项参数进行设置，如设定目标功率因数、待投入的不同无功量、投入延时、切除延时等，并将设置后的参数保存在与节能补偿控制器5连接的数据存储单元7中，根据设置情况，抽油机节能补偿系统效率测试仪可进入自动或者手动工作模式，在节能补偿控制器5控制下，通过无功投切单元2实现无功量的投切。

系统效率计算处理器10主要采集抽油机井电功率图并计算系统效率。根据设定的数据采集频率，以时钟单元11为依据，通过RS485、RS232、I2C、CAN总线等方式与节能补偿控制器5通信，获取到抽油机工作时的有功功率，根据采集频率（如采集频率为一小时一次、二次、三次等）定时绘制出抽油机电功率图，以电功率图为基础，可计算得出抽油机井的地面效率、平衡度、日耗电量、系统效率，并给出抽油机平衡调整建议，同时将采集的数据存储到数据存储单元12中，以防数据意外丢失，对于采集到的数据可通过无线传输单元13传输至数据中继器、手持设备、基站、服务器等具有数据中继或接收数据功能的设备。

最后应当说明的是，在以上的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限定，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1. 一种抽油机节能补偿系统效率测试仪，包括用于采集电压、电流数据的数据采集单元，用于控制无功量与主回路导通的无功投切单元，用于显示系统工作状态的LCD显示单元，用于指示系统运行状态的LED指示灯，用于参数输入的按键输入单元，用于保存设置的参数、运行状态的数据存储单元，用于提供时间参考的时钟单元，用于检测抽油机井运行周期的周期信号检测装置，实现数据无线传输的无线传输单元，其特征在于，还包括用于控制无功补偿的节能补偿控制器和用于采集抽油机井电功率图及对信号运算处理并实现数据无线传输的系统效率计算处理器，节能补偿控制器分别与数据采集单元、投切单元、LCD显示单元、LED指示灯、按键输入单元、数据存储单元、时钟单元连接，系统效率计算处理器分别与周期信号检测装置、时钟单元、数据存储单元、无线传输单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种抽油机节能补偿系统效率测试仪，其特征在于，所述的节能补偿控制器与系统效率计算处理器之间相互通信，通信方式可采用RS485、RS232、I2C、CAN总线等。

3.根据权利要求1所述的一种抽油机节能补偿系统效率测试仪，其特征在于，至少存在两种所述的数据存储单元和时钟单元，分别与节能补偿控制器、系统效率计算处理器连接。

4.根据权利要求1所述的一种抽油机节能补偿系统效率测试仪，其特征在于，所述的无线传输单元可采用315MHz 、433MHz、2.4GHz等载波频率实现数据无线传输。

5.根据权利要求1所述的一种抽油机节能补偿系统效率测试仪，其特征在于，所述的节能补偿控制器以功率因数为控制量，实现自动和手动投切无功量。