CN110932604B - 一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制方法及控制装置 - Google Patents

一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制方法及控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制方法，包括以下步骤：当采油机中的电机处于再起动的初始状态时，当电机处于正常运行状态时，控制电机进入再起动的就绪状态；当母线的三相电压中的任意一相电压出现跌落，且持续时间t持续超过预设时间t1时，控制电机进入再起动的起动状态；当电压陷落时间t电压陷落未超过预设时间t2，三相电压均恢复，且恢复时间t恢复持续超过预设时间t3时，控制电机进入再起动的待并状态；当待并状态时间t待并未超过预设时间t4，且电机处于正转加速状态或完全停机状态时，控制接触器合闸，控制电机进入再起动的动作状态；当动作状态时间t动作达到预设时间t5时，控制电机进入初始状态。

Description

一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制方法及控制装置
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制方法及控制装置。
背景技术
游梁式抽油机也称梁式抽油机、游梁式曲柄平衡抽油机，指含有游梁，通过连杆机构换向，曲柄重块平衡的抽油机，俗称磕头机。游梁式抽油机是油田目前主要使用的抽油机类型之一。
油田电力系统因为多种原因会出现系统晃电或短时断电的情况，会导致抽油机停运，控制回路跳闸、电机完全停机。且无法自动恢复运行。由于晃电导致的停机停运，一般情况下波及多个井场，严重影响油田生产。游梁式采油机一旦停机，重新投运需要越快越好，一旦停运时间过长，再次起动需要重新调整油井工况方可实施，重新投运成本高昂。特别是由于天气原因导致的晃电停机，无法立即派人到机旁操作起动，而架设远程控制系统实施难度较大，费用也较高，因此迫切需要采用自动再起动技术对因晃电或断电而停运的抽油机实现快速恢复。
发明内容
为解决上述至少一个问题，本发明提供一种游梁式采油电机抗晃电再起动的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
当所述采油机中的电机处于再起动的初始状态时，通过所述电机的电流变化趋势，判断所述电机是否处于正常运行状态；当所述电机处于正常运行状态时，控制所述电机进入再起动的就绪状态；
当母线的三相电压中的任意一相电压出现跌落，且持续时间t持续超过预设时间t1时，控制所述电机进入再起动的起动状态，同时开始对电压陷落时间t电压陷落进行计时；
当所述电压陷落时间t电压陷落未超过预设时间t2，所述三相电压均恢复，且恢复时间t恢复持续超过预设时间t3时，控制所述电机进入再起动的待并状态，同时开始对待并状态时间t待并进行计时；
当所述待并状态时间t待并未超过预设时间t4，且所述电机处于正转加速状态或完全停机状态时，控制接触器合闸，控制所述电机进入再起动的动作状态，同时开始对动作状态时间t动作进行计时；
当所述动作状态时间t动作达到预设时间t5时，控制所述电机进入所述初始状态。
采用上述技术方案，通过对机端电压的采集、计算判断识别出电机脱网后的惯性运行状态，并在对系统冲击较小的情况下实施再起动动作，实现安全并网。
可选的，当所述电机处于所述就绪状态时，所述电机的三相电流均无电流，控制所述电机进入所述初始状态。该种方式，当电机处于所述就绪状态时，所述电机的三相电流均无电流，即控制电机进入所述初始状态，而不是继续后续的对电压和接触器位置的判断。该种方式，除了对电流和电压进行判断外，还会对接触器的合闸和分闸状态进行辅助判断，即通过增加对接触器状态的辅助监测，在电机再起动不成功的情况下，能够便于检查问题和追溯事件。
可选的，当所述电机处于所述待并状态时，所述待并状态时间t待并超过预设时间t4，控制所述电机进入所述初始状态。该种方式，能够有效的保证再起动的安全性。
可选的，当所述电机处于所述起动状态，出现以下任一种情况时，控制所述电机进入所述初始状态：
所述电压陷落时间t电压陷落超过所述预设时间t2；
或所述三相电压超过所述预设时间t2未恢复；
或所述接触器处于合闸状态；则返回所述初始状态。
该种方式，当电机处于起动状态时，出现电压陷落时间t电压陷落超过所述预设时间t2；或所述三相电压超过所述预设时间t2未恢复；或所述接触器处于合闸状态中的任一种情况时，即控制电机进入初始状态，而非进入后续的动作状态，能够有效的提高再起动的安全性。
可选的，所述预设时间t1的取值范围为10ms-20ms。该种方式，通过将预设时间t1的取值范围设置为10ms-20ms，能够确保导致接触器返回的电压陷落状态均能被可靠捕捉到。
可选的，所述预设时间t2的取值范围为100ms-500ms。该种方式，通过将预设时间t2的取值范围设置为100ms-500ms，能够确保导致接触器返回的电压陷落状态均能被可靠捕捉到。
可选的，所述预设时间t3的取值范围为两个工频周期。该种方式，通过将预设时间t3的取值范围设置为两个工频周期，能够有效的保证三相电压均恢复后的恢复时间t恢复。
可选的，所述预设时间t4的取值范围为600s。该种方式，通过将预设时间t4的取值范围设置为600s，能够有效的保证待并状态的持续时间。
可选的，所述预设时间t5的取值范围为500ms。该种方式，通过将预设时间t4的取值范围设置为500ms，能够有效的保证动作状态的持续时间。
本发明还提供了一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制装置，执行上述任一项所述的控制方法；所述控制装置包括：
并列设置，且均与控制器连接的三相电流分相采集单元、三相电压分相采集单元、接触器位置开关量采集单元、计时单元和继电器出口模块；
所述三相电流分相采集单元，用于分相采集所述三相电流；
所述三相电压分相采集单元，用于分相采集所述三相电压；
所述接触器位置开关量采集单元，用于采集所述接触器常开接点的状态；
所述计时单元，用于分别记录持续时间t持续、电压陷落时间t电压陷落、恢复时间t恢复和动作状态时间t动作；
所述继电器出口模块，用于控制所述接触器闭合的继电器模块。
本发明中的控制装置，配合上述的控制方法，能够正确识别出由于母线电压陷落导致的电机异常停机，并在母线电压回复后对电机实现重新起动控制，检测出采油机电机脱网后的惯性运转状态；以及能够在冲击较小的状态下实施再起动。
附图说明
图1为本发明实施例1中一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制方法的流程图一；
图2为本发明实施例1中一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制方法的流程图二；
图3为本发明实施例2中一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制装置的结构示意图。
附图标记说明：
10-控制器；20-三相电流分相采集单元；30-三相电压分相采集单元；40-接触器位置开关量采集单元；50-计时单元；60-继电器出口模块。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
实施例1
本发明提供了一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
如图1-2之一所示，该控制方法包括如下步骤：
S1，当电机处于再起动的初始状态时，通过电机的电流变化趋势，判断电机是否处于正常运行状态；当电机处于正常运行状态时，控制电机进入再起动的就绪状态；
S1具体包括：
S11，当电机处于再起动的初始状态时，通过电机的电流变化趋势，判断电机是否处于正常运行状态；
S12，当电机处于正常运行状态时，控制电机进入再起动的就绪状态；
S2，当母线的三相电压中的任意一相电压出现跌落，且持续时间t持续超过预设时间t1时，控制电机进入再起动的起动状态，同时开始对电压陷落时间t电压陷落进行计时；
S2具体包括：
S21，判断母线的三相电压中的任意一相电压是否出现跌落；
S22，判断持续时间t持续是否超过预设时间t1；
S23，当母线的三相电压中的任意一相电压出现跌落，且持续时间t持续超过预设时间t1时，控制电机进入再起动的起动状态，同时开始对电压陷落时间t电压陷落进行计时；
S3，当电压陷落时间t电压陷落未超过预设时间t2，三相电压均恢复，且恢复时间t恢复持续超过预设时间t3时，控制电机进入再起动的待并状态，同时开始对待并状态时间t待并进行计时；
S3具体包括：
S31，判断电压陷落时间t电压陷落是否超过预设时间t2；
S32，判断三相电压是否均恢复；
S33，判断恢复时间t恢复持续是否超过预设时间t3；
S34，当电压陷落时间t电压陷落未超过预设时间t2，三相电压均恢复，且恢复时间t恢复持续超过预设时间t3时，控制电机进入再起动的待并状态，同时开始对待并状态时间t待并进行计时；
S4，当待并状态时间t待并未超过预设时间t4，且电机处于正转加速状态或完全停机状态时，控制接触器合闸，控制电机进入再起动的动作状态，同时开始对动作状态时间t动作进行计时；
S4具体包括：
S41，判断待并状态时间t待并是否未超过预设时间t4；
S42，判断电机是否处于正转加速状态或完全停机状态；
S43，当待并状态时间t待并未超过预设时间t4，且电机处于正转加速状态或完全停机状态时，控制接触器合闸，控制电机进入再起动的动作状态，同时开始对动作状态时间t动作进行计时；
S5，当动作状态时间t动作达到预设时间t5时，控制电机进入初始状态。
S5具体包括：
S51，判断动作状态时间t动作是否达到预设时间t5；
S52，当动作状态时间t动作达到预设时间t5时，控制电机进入初始状态。
游梁式采油机由电机驱动作为动力，驱动采油机往复运动完成抽油动作。在晃电时接触器返回，游梁式采油机的电机脱网后(与配电系统断开)，由于油井压力及配重的惯性，采油机的游梁在惯性作用下会发生摆动，电机被惯性带动处于正转、逆转往复的动作。常规的再起动动作将可能使电机出现反转并网，此时电机的负载电流极大，达到电机额定电流的12倍以上，将造成区域变压器过载停运事故，同时也将损伤游梁采油机的传动皮带。
工频电机的控制回路一般由断路器和接触器共同控制，工频电机的起停控制主要由接触器实现对电机供电的通断控制，接触器通断由接触器线圈控制，一般采用接触器自保持回路实现。接触器自保持回路的电源取自配电母线，由于母线电压陷落将导致接触器自保持回路失电，进而导致电机停运。
本发明提供的一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制方法，能够正确识别出由于母线电压陷落导致的电机异常停机，并在母线电压回复后对电机实现重新起动控制，检测出采油机电机脱网后的惯性运转状态；以及能够在冲击较小的状态下实施再起动。
本发明提供了一种电机抗晃电再起动的控制方法，通过对电流、电压、接触器位置的综合判断，能够正确识别出母线电压出现陷落和恢复的状态时刻，也就是能够确识别出电压陷落的起始和结束过程，以及识别出采油机脱网运行状态，并在采油机电机正转加速状态时，正确的对采油机实施再起动控制。
具体的，电机的运行状态，通过电机的电流变化趋势来进行判断，相较通过开关量的方式进行判断，更加可靠，且能够避免安装改造时接触器节点不够，或辅助触点可靠性较低等现实条件的限制。本发明中电机的运行状态具体的可以通过电流时间窗法进行判断，也即是通过判断电流变化的趋势来识别电机电流的平稳度，进而识别电机运行状态。
在进入起动状态时，通过将母线的三相电压中的任意一相电压出现跌落作为判断依据，判据更完备，能够有效的避免漏判由于单相故障引起的晃电而引起健全相的电压陷落。
在进入待并状态时，当游梁机构施加在电机上的转矩与电机并网时获得的转矩同方向时，对电网和机械机构的冲击较小。游梁式采油机脱网后电机的旋转状态中，只有正转加速状态和完全停机状态下，游梁机构施加在电机上的转矩与电机并网转矩同方向或为极小值。
具体的，游梁式采油机因晃电脱网后，由于游梁的配重块和油井内压力作用在抽油杆上形成的综合转矩施加在动力驱动机构上，带动电机继续转动。此过程中，电机随游梁摆动呈往复转动，最终游梁静止，电机停止转动。
游梁式采油机脱网后电机的旋转状态可能是从以下六个状态任意一个状态开始，这主要取决于脱网时游梁所处的位置即机构所具有的惯性。电机脱网的旋转状态依次为，正转加速状态、正转减速状态、正转停止状态、反转加速状态、反转减速状态、反转停止状态。这6个状态连续的依次出现，循环往复直到停止为完全停止状态。
对于电机脱网旋转状态的识别可以采用对机端电压信号的分析来实现。
游梁式采油机所用的电机一般为三相异步电机。电机脱网后，被游梁机构惯性带动旋转，电机呈现发电状态，机端可测得三相的机端线电压信号，该电压信号近似为正弦波形态。不同相电压信号的超前和滞后与电机旋转方向正相关；电压信号的频率与电机的转速正相关。
对机端电压数字采样值采用过零点判断，可以将电压信号的正弦特性近似的转换为方波处理。计算出不同相电压的超前滞后的相互关系，从而判断电机的旋转方向；近似的计算出信号的频率及频率加速度，从而判断电机的旋转加速度。
本发明通过对机端电压的采集、计算判断识别出电机脱网后的惯性运行状态，并在对系统冲击较小的情况下实施再起动动作，实现安全并网。
在进入动作状态时，通过将三相电压均恢复作为判断依据，能够有效的避免在缺相或低电压的情况下可能导致电机起动不成功的情况，进而避免健全相电压出现继发性故障的情况，能够有效的保证再起动的安全性。
在一些实施方式中，当电机处于就绪状态时，电机的三相电流均无电流，控制电机进入初始状态。该种方式，当电机处于就绪状态时，电机的三相电流均无电流，即控制电机进入初始状态，而不是继续后续的对电压和接触器位置的判断。该种方式，除了对电流和电压进行判断外，还会对接触器的合闸和分闸状态进行辅助判断，即通过增加对接触器状态的辅助监测，在电机再起动不成功的情况下，能够便于检查问题和追溯事件。
在一些实施方式中，当电机处于待并状态时，待并状态时间t待并超过预设时间t4，控制电机进入初始状态。该种方式，能够有效的保证再起动的安全性。
在一些实施方式中，当电机处于起动状态，出现以下任一种情况时，控制电机进入初始状态：
电压陷落时间t电压陷落超过预设时间t2；
或三相电压超过预设时间t2未恢复；
或接触器处于合闸状态；则返回初始状态。
该种方式，当电机处于起动状态时，出现电压陷落时间t电压陷落超过预设时间t2；或三相电压超过预设时间t2未恢复；或接触器处于合闸状态中的任一种情况时，即控制电机进入初始状态，而非进入后续的动作状态，能够有效的提高再起动的安全性。
在一些实施方式中，预设时间t1的取值范围为10ms-20ms。该种方式，通过将预设时间t1的取值范围设置为10ms-20ms，能够确保导致接触器返回的电压陷落状态均能被可靠捕捉到。
在一些实施方式中，预设时间t2的取值范围为100ms-500ms。该种方式，通过将预设时间t2的取值范围设置为100ms-500ms，能够确保导致接触器返回的电压陷落状态均能被可靠捕捉到。
在一些实施方式中，预设时间t3的取值范围为两个工频周期。该种方式，通过将预设时间t3的取值范围设置为两个工频周期，能够有效的保证三相电压均恢复后的恢复时间t恢复。其中，在我国目前两个工频周期为40ms。
在一些实施方式中，预设时间t4的取值范围为600s。该种方式，通过将预设时间t4的取值范围设置为600s，能够有效的保证待并状态的持续时间。
在一些实施方式中，预设时间t5的取值范围为500ms。该种方式，通过将预设时间t5的取值范围设置为500ms，能够有效的保证动作状态的持续时间。
实施例2
如图3所示，本发明提供了一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制装置，执行上述任一项的控制方法；控制装置包括：
并列设置，且均与控制器10连接的三相电流分相采集单元20、三相电压分相采集单元30、接触器位置开关量采集单元40、计时单元50和继电器出口模块60；
三相电流分相采集单元20，用于分相采集三相电流；
三相电压分相采集单元30，用于分相采集三相电压；
接触器位置开关量采集单元40，用于采集接触器常开接点的状态；
计时单元50，用于分别记录持续时间t持续、电压陷落时间t电压陷落、恢复时间t恢复和动作状态时间t动作；
继电器出口模块60，用于控制接触器闭合的继电器模块。
本发明中的控制装置，配合上述的控制方法，能够正确识别出由于母线电压陷落导致的电机异常停机，并在母线电压回复后对电机实现重新起动控制，检测出采油机电机脱网后的惯性运转状态；以及能够在冲击较小的状态下实施再起动。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种游梁式采油机抗晃电再起动的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：当所述采油机中的电机处于再起动的初始状态时，通过所述电机的电流变化趋势，判断所述电机是否处于正常运行状态；
当所述电机处于正常运行状态时，控制所述电机进入再起动的就绪状态；
当母线的三相电压中的任意一相电压出现跌落，且持续时间t持续超过预设时间t1时，控制所述电机进入再起动的起动状态，同时开始对电压陷落时间t电压陷落进行计时；
当所述电压陷落时间t电压陷落未超过预设时间t2，所述三相电压均恢复，且恢复后的恢复时间t恢复持续超过预设时间t3时，控制所述电机进入再起动的待并状态，同时开始对待并状态时间t待并进行计时；
当所述待并状态时间t待并未超过预设时间t4，且所述电机处于正转加速状态或完全停机状态时，控制接触器合闸，控制所述电机进入再起动的动作状态，同时开始对动作状态时间t动作进行计时；
当所述动作状态时间t动作达到预设时间t5时，控制所述电机进入所述初始状态；
所述方法还包括确定所述电机是否处于正转加速状态的步骤如下：
根据过零点判断不同相电压的超前滞后的相互关系，确定电机的旋转方向；
根据机端电压信号的频率及频率加速度，确定电机的旋转加速度；
若所述旋转方向为正转且所述旋转加速度为正，则确定电机处于正转加速状态。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：当所述电机处于所述就绪状态时，所述电机的三相电流均无电流，控制所述电机进入所述初始状态。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：当所述电机处于所述待并状态时，所述待并状态时间t待并超过预设时间t4，控制所述电机进入所述初始状态。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：当所述电机处于所述起动状态，出现以下任一种情况时，控制所述电机进入所述初始状态：
所述电压陷落时间t电压陷落超过所述预设时间t2；
或所述三相电压超过所述预设时间t2未恢复；
或所述接触器处于合闸状态；则返回所述初始状态。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述预设时间t1的取值范围为10ms-20ms。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述预设时间t2的取值范围为100ms-500ms。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述预设时间t3的取值为两个工频周期。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述预设时间t4的取值为600s。
9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述预设时间t5的取值为500ms。
10.一种游梁式采油机抗晃电再起动实现的控制装置，其特征在于：执行权利要求1-9任一项所述的控制方法；所述控制装置包括：
并列设置，且均与控制器(10)连接的三相电流分相采集单元(20)、三相电压分相采集单元(30)、接触器位置开关量采集单元(40)、计时单元(50)和继电器出口模块(60)；
所述三相电流分相采集单元(20)，用于分相采集三相电流；
所述三相电压分相采集单元(30)，用于分相采集所述三相电压；
所述接触器位置开关量采集单元(40)，用于采集所述接触器常开接点的状态；
所述计时单元(50)，用于分别记录持续时间t持续、电压陷落时间t电压陷落、恢复时间t恢复和动作状态时间t动作；
所述继电器出口模块(60)，用于控制所述接触器闭合的继电器模块。
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