CN202512165U

CN202512165U - 便携式变频抽油机功率平衡测试装置

Info

Publication number: CN202512165U
Application number: CN2012200760449U
Authority: CN
Inventors: 孙东; 张强; 王贵生; 李炜; 范路; 郑炜博; 闫恩祥; 齐光峰; 付涛; 刘泱; 董明霞; 王新燕; 周亮; 王晓东
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Technology Inspection Center of Sinopec Shengli Oilfield Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Technology Inspection Center of Sinopec Shengli Oilfield Co
Priority date: 2012-03-03
Filing date: 2012-03-03
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2022-03-03

Abstract

本实用新型提供一种便携式变频抽油机功率平衡测试装置，其包括电流感应模块、电压隔离模块、电流信号调整模块、电压信号调整模块、AD采集模块和中央处理器。电流感应模块采集抽油机的电流信号，电流信号调整模块将该电流信号进行滤波和放大，电压隔离模块采集抽油机电机的电压信号，并将该电压信号进行隔离和滤波，电压信号调整模块放大其接收的该隔离和滤波后的电压信号，AD采集模块将该滤波和放大后的电流信号以及该放大后的电压信号转换为数字信号，该中央处理器对该数字信号进行计算，计算出抽油机的电参数。该便携式变频抽油机功率平衡测试装置解决了现有电流法判断平衡度常规时的不足，具有性能稳定，高效便捷的优点。

Description

便携式变频抽油机功率平衡测试装置

技术领域

本实用新型涉及抽油机测试装置，特别是涉及到一种便携式变频抽油机功率平衡测试装置。

背景技术

游梁式抽油机是原油生产的主要设备，占抽油机总量的90%以上，其设备成本和耗电量约占油田生产成本的比重非常大。根据油井工况调节抽油机平衡度，使其工作于平衡状态，有非常重要的意义。一方面可延长抽油机、电动机的使用寿命，另一方面可节约大量的电能。研究资料表明，每台不平衡的抽油机井从不平衡状态调节到平衡状态每小时可节约电量0.3～1.5kwh.目前我国约有50%的油井平衡指标度不合格，这些油井如果都能调整到平衡状态，每年将节电5000万千瓦时。因此，提高抽油机的平衡度的合格率对降低电耗是十分必要的。

当前，抽油机平衡度常规的判断方法是电流法，即抽油机下行最大电流与上行最大电流的比值，若此值在0.8～1.1之间，则认为抽油机平衡。实际上，使用电流法判断抽油机的平衡度合格，有些情况下不能保证抽油机一定处于耗电最省的状态，甚至是多耗电，出现这种现象的主要原因是：1.某些严重不平衡的油井，其下冲程（或上冲程）测得的最大电流是发电电流，但钳形电流表测得的这一最大电流因无法判断相位而不能判断其是发电电流还是输入电流，在这种状态下用电流法测试评价的平衡度数值是合格的，但实际上是严重的不平衡。2.电流法是一种粗略的估计方法，误差较大，它没有考虑电流在整个上下冲程的变化情况，更没有考虑功率在上下冲程中的变化情况。在实际操作中，由于在上下冲程中电流峰值所占的时间幅度窄，以及抽油机这种交变载荷导致电流持续不断变动等因素的影响，测试人员仅靠目测时值很难读取准确的数值。3.电流法从理论和实际操作上都存在着很大的缺陷，准确性较差，存在假象平衡的问题。所以说电流如果不平衡，抽油机肯定不平衡，电流平衡了抽油机也不一定平衡。而要想真正看出抽油机的平衡情况，只有查看电功率曲线。

另外由于近年来抽油机拖动装置越来越多的采用变频控制系统，致使开发同时适应工频和变频状态测试的装置成为必然。

原有平衡调整平衡，并不是以抽油机系统能耗最低为前提，而抽油机在保证安全运行的前提下达到能耗最低才是真正调整平衡的目的。

故此适应工频和变频测试，以能耗最低为前提，利用功率曲线法分析抽油机平衡并利用平均功率进行仿真是一种创新和必然需求，对抽油机节能和降低故障频次发挥积极的作用。为此我们发明了一种新的便携式变频抽油机功率平衡测试装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种性能稳定，高效便捷的便携式变频抽油机功率平衡测试装置。

本实用新型的目的可通过如下技术措施来实现：便携式变频抽油机功率平衡测试装置，该便携式变频抽油机功率平衡测试装置包括电流感应模块、电压隔离模块、电流信号调整模块、电压信号调整模块、AD采集模块和中央处理器，该电流感应模块采集抽油机的电流信号，并将采集到的该电流信号传输给该电流信号调整模块，该电流信号调整模块连接于该电流感应模块，将该电流信号进行滤波和放大，并将经过该滤波和放大后的电流信号传输给该AD采集模块，该电压隔离模块采集抽油机电机的电压信号，将该电压信号进行隔离和滤波，并将该隔离和滤波后的电压信号传输给该电压信号调整模块，该电压信号调整模块连接于该电压隔离模块，放大其接收的该隔离和滤波后的电压信号，并将该放大后的电压信号传输给该AD采集模块，该AD采集模块连接于该电流信号调整模块和该电压信号调整模块，将该滤波和放大后的电流信号以及该放大后的电压信号转换为数字信号，并将该数字信号传输给中央处理器，该中央处理器连接于该AD采集模块，对该数字信号进行计算，计算出抽油机的电参数。

本实用新型的目的还可通过如下技术措施来实现：

该便携式变频抽油机功率平衡测试装置还包括大容量存储模块，该大容量存储模块连接于该中央处理器，存储该电参数的有效值信息。

该大容量存储模块采用FAT16文件存储系统，单次或者连续记录或读数据，通过USB链接电脑进行数据上传分析。

该便携式变频抽油机功率平衡测试装置还包括液晶显示模块，该液晶显示模块连接于该中央处理器，显示该电参数的有效值信息。

该便携式变频抽油机功率平衡测试装置还包括按键输入模块，该按键输入模块连接于该中央处理器，为操作人员进行按键输入的界面。

该电流感应模块采用霍尔器件感应该电流信号，并采用恒流恒压供电。

该电压隔离模块采用霍尔电压互感器采集抽油机电机的该电压信号。

该中央处理器与该AD采集模块的接口为I2C总线，该I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，最高传送速率为100kbps。

本实用新型中的便携式变频抽油机功率平衡测试装置，采用功率法测试抽油机平衡，解决了电流法测试抽油机平衡中出现的因无法判断所测得的最大电流相位而无法判断其是发电电流还是输入电流，导致测试结果中出现假象平衡的问题，同时也提高了测试准确度。同时，霍尔传感器技术还的应用解决了现有的抽油机功率监测仪无法在变频状态下对各项电参数的准确测量。

附图说明

图1为本实用新型的便携式变频抽油机功率平衡测试装置的一具体实施例结构图；

图2为图1所示的电流感应模块的一具体实施例的电路图；

图3为图1所示的电流信号调整模块的一具体实施例的电路图；

图4为图1所示的电压隔离模块的一具体实施例的电路图；

图5为图1所示的电压信号调整模块的一具体实施例的电路图；

图6为图1所示的AD采集模块的一具体实施例的电路图；

图7为图1所示的中央处理器的一具体实施例的电路图；

图8为本实用新型的便携式变频抽油机功率平衡测试装置的一具体实施例的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本实用新型的便携式变频抽油机功率平衡测试装置的结构图。该便携式变频抽油机功率平衡测试装置由电流感应模块101、电压隔离模块102、电流信号调整模块103、电压信号调整模块104、AD采集模块105、中央处理器106、大容量存储模块107、液晶显示模块108和按键输入模块109组成。电流感应模块101用于采集抽油机的电流信号，并将采集到的该电流信号传输给电流信号调整模块103。在一实施例中，电流感应模块101采用霍尔器件感应电流信号，霍尔器件的优点是，感应速度快，有隔离作用，频率响应范围宽可以采集变频信号。电流感应模块101采用恒流恒压供电，保证了模块的稳定性和精确度。

电流信号调整模块103连接于电流感应模块101，用于将该电流信号进行滤波和放大，并将经过调整后的该电流信号传输给AD采集模块105。电流信号调整模块103将该电流信号经过仪表放大器进行差分放大，放大倍数通过电阻可调，经一级RC滤波后，有运算放大器进行信号跟随，已提高信号的输出能力，再经运放组成的2阶滤波进行信号的滤波去除高频信号。

电压隔离模块102用于对抽油机电机的电压信号进行采集，并对电压信号进行隔离，避免电网和变频器的不良信号对装置的干扰。电压隔离模块102后端链接RC滤波电路经，对信号进行滤波，去除高频信号。电压隔离模块102将滤波后的电压信号传输给电压信号调整模块104。

电压信号调整模块104连接于电压隔离模块102，用于放大其接收的电压信号。

AD采集模块105连接于电流信号调整模块103和电压信号调整模块104，用于采集电流信号调整模块103传递的电流信号和电压信号调整模块104传递的电压信号，并将采集的信号由模拟信号转换为数字信号，以传输给中央处理器。

中央处理器106连接于AD采集模块105，用于对数字信号进行计算，计算出电压、电流、有功功率、功率因素、视在功率、无功功率、电能等抽油机的电参数。

大容量存储模块107连接于中央处理器106，用于存储电参数有效值信息，大容量存储模块107采用FAT16文件存储系统，单次/连续记录或读数据，通过USB链接电脑进行数据上传分析。

液晶显示模块108连接于中央处理器106，用于显示电参数有效值。

按键输入模块109连接于中央处理器106，为操作人员进行按键输入的界面。

图2为图1所示的电流感应模块的一具体实施例的电路图。该电流感应模块采用霍尔元器件D4，通过V+,V-提供恒压恒流使霍尔元器件稳定工作，霍尔元器件通过QK输出感应出来的信号,然后输入给电流信号调整模块。

图3为图1所示的电流信号调整模块的一具体实施例的电路图。经过一级RC滤波器（R17和C12组成的）进行信号滤波，再经过放大电路（B放大器）进行信号放大，放大后再进过一级滤波放大电路（R19和C19组成）最后输入到AD采集模块。

图4为图1所示的电压隔离模块的一具体实施例的电路图。L1为霍尔电压互感器，输入电压信号通过E3,E4端输入，经过霍尔互感器后接采样电阻RV13,经过一级RC滤波器（R30和C31组成），最后把信号给电压信号调整模块。

图5为图1所示的电压信号调整模块的一具体实施例的电路图。U2为内部可调增益的放大模块，通过周边的电阻进行增益调节，从而进行放大，到AD采集模块。

图6为图1所示的AD采集模块的一具体实施例的电路图。CPU与AD采集模块接口为I2C总线，是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就想电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一块模块的电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器）这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量，这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。

图7为图1所示的中央处理器的一具体实施例的电路图。中央处理器主要接收按键信息，液晶显示，测量参数的计算。采用3.3V电压供电，XT1为晶振，本系统为8MHZ的CPU速度，可高速采集和计算。CPU的2,3,4,5,32,33,34,83,96,98脚作为按键的检测管脚，当有低电平时电流流入CPU时触发按键程序。CPU的47,48脚控制AD采集模块，从而使模拟量变成数字量。CPU的38~46,55,56,57,61,62,81,82作为液晶数据口发送显示数据。CPU的64,65,66脚作为电压信号调整模块控制脚，根据47,48脚的AD采集模块采集到的数字信号，进行信号的调整。

如图8所示，图8为本实用新型的便携式变频抽油机功率平衡测试装置的一具体实施例的外观结构示意图。该便携式变频抽油机功率平衡测试装置的外观结构由电流钳口1、板机2、VIEW(查询按键)3、△（上翻按键）4、ESC（返回按键）5、◁（左移按键）6、SAVE（保存按键）7、▽（下翻按键）8、V：第一电压输入插孔9、COM：第二电压输入插孔10、FN（测试按键）11、ENTER（确定按键）12、▷（右移按键）13、-（删除按键）14、POWER（电源按键）15、HOLD（保持按键）16、LCD显示器17、测试笔(红、黑)18组成。本实用新型的便携式变频抽油机功率平衡测试装置，是在测试仪本体的一端设有钳形口，在测试仪本体与钳形口的连接处设有扳机，在测试仪本体上设有显示屏、按键、USB接口和电源输入插口，在测试仪内设有SD数据存储卡和电路系统。各按键功能说明如表1所示。

表1 按键功能说明表

POWER	按键一秒后开机
		HOLD	在测量过程中按下此键，图形保持当前状态；再次按下此键后，图形继续刷新
VIEW	在进入文件列表界面后，按下此键进入图形、数据查看界面；再次按下此键，在图形和数据进行切换；按ESC键返回文件列表界面
		ESC	返回按键

	删除按键；（在主界面按下此键可以查看电参数瞬时值）
		▲	上翻按键
▼	下翻按键
		◀	左移按键
▶	右移按键

使用本实用新型的便携式变频抽油机功率平衡测试装置的测量方法：

1. 在用装置测量之前应该首先确定抽油机电缆中电流的流向，以确定本装置电流钳的卡法（在装置上标有电流钳的方向），在主界面按键测量首界面。在此界面以ENTER键切换电缆中的电流方向和电流钳的关系。确定好电流钳方向后，按下ESC键就保存当前的结果并进入电参数曲线显示界面进行测试。

当抽油机下冲程死点的时候按下Fn键，并在上冲程死点和下一次下冲程死点的时候分别再次按下Fn键，此时一个周期的数据录取结束。等待TW处所示的时间后，蜂鸣器会发出声音，测量结束。

测量结束后，取下装置，然后按下SAVE键就进入输入井名的界面，输入井名后可保存当前的数据。

本实用新型中的便携式变频抽油机功率平衡测试装置，对抽油机进行一分钟多周期电能曲线测试和数据高速密集采集存储，通过读取所测试的电能数据并分析出抽油机的冲程周期和冲次，再根据平衡块数、平衡块单重及调整前的平衡半径就可以进行平衡分析，以抽油机能耗最低为前提给出最优平衡建议，进行平衡调整后的参数预测。

抽油机平衡调整的终极目的有两个，一是保证抽油机安全运行，二是节能。从保证抽油机安全运行的角度看，调平衡就是要使减速器的输出扭矩最小。由于减速器的扭矩有正有负，仅用平均值不能反映实际的载荷大小，所以一般用均方根扭矩来反映减速器的载荷情况。

再从节能的角度看，对于一台具体的抽油机而言，机械传动损耗与电机的固定损耗是相对不变的，只有电机的变动损耗与电流的平方成正比。要使抽油机最节能，就是要使电机的变动损耗最小，也就是均方根电流最小。对于一台具体的电动机，电流的大小只取决于其负载扭矩，只有保证电机的负载扭矩的均方根值最小，才能保证电流的均方根值最小。

本实用新型就是通过对电机功率曲线进行傅里叶分析而确定平衡块重心位置，另外根据电机平均功率与功率曲线谐波分量的关系，给出平衡调整后的电流、电功率、平均功率的计算方法，分析平衡调整的适用范围和节能潜力。

Claims

1.便携式变频抽油机功率平衡测试装置，其特征在于，该便携式变频抽油机功率平衡测试装置包括电流感应模块、电压隔离模块、电流信号调整模块、电压信号调整模块、AD采集模块和中央处理器，该电流感应模块采集抽油机的电流信号，并将采集到的该电流信号传输给该电流信号调整模块，该电流信号调整模块连接于该电流感应模块，将该电流信号进行滤波和放大，并将经过该滤波和放大后的电流信号传输给该AD采集模块，该电压隔离模块采集抽油机电机的电压信号，将该电压信号进行隔离和滤波，并将该隔离和滤波后的电压信号传输给该电压信号调整模块，该电压信号调整模块连接于该电压隔离模块，放大其接收的该隔离和滤波后的电压信号，并将该放大后的电压信号传输给该AD采集模块，该AD采集模块连接于该电流信号调整模块和该电压信号调整模块，将该滤波和放大后的电流信号以及该放大后的电压信号转换为数字信号，并将该数字信号传输给中央处理器，该中央处理器连接于该AD采集模块，对该数字信号进行计算，计算出抽油机的电参数。

2.根据权利要求1所述的便携式变频抽油机功率平衡测试装置，其特征在于，该便携式变频抽油机功率平衡测试装置还包括大容量存储模块，该大容量存储模块连接于该中央处理器，存储该电参数的有效值信息。

3.根据权利要求1所述的便携式变频抽油机功率平衡测试装置，其特征在于，该大容量存储模块采用FAT16文件存储系统，单次或者连续记录或读数据，通过USB链接电脑进行数据上传分析。

4.根据权利要求1所述的便携式变频抽油机功率平衡测试装置，其特征在于，该便携式变频抽油机功率平衡测试装置还包括液晶显示模块，该液晶显示模块连接于该中央处理器，显示该电参数的有效值信息。

5.根据权利要求1所述的便携式变频抽油机功率平衡测试装置，其特征在于，该便携式变频抽油机功率平衡测试装置还包括按键输入模块，该按键输入模块连接于该中央处理器，为操作人员进行按键输入的界面。

6.根据权利要求1所述的便携式变频抽油机功率平衡测试装置，其特征在于，该电流感应模块采用霍尔器件感应该电流信号，并采用恒流恒压供电。

7.根据权利要求1所述的便携式变频抽油机功率平衡测试装置，其特征在于，该电压隔离模块采用霍尔电压互感器采集抽油机电机的该电压信号。

8.根据权利要求1所述的便携式变频抽油机功率平衡测试装置，其特征在于，该中央处理器与该AD采集模块的接口为I2C总线，该I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，最高传送速率为100kbps。