CN204145354U - 抽油机三角形启动星形运行节能控制柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抽油机三角形启动星形运行节能控制柜，包括主回路和控制回路；控制回路包括两个按钮、三个指示灯、三个保险开关、一个中间继电器KM4和一个时间继电器SJ；所述380V三相电源的一根进线L11通过保险开关FU3后为节点A，所述380V三相电源的另一根进线L13通过保险开关FU4后为节点B，在节点A与节点B之间连接有多条支路；控制柜的控制方法包括：接通电源；三角形启动；三角形启动后的保持；星形运行；运行中根据具体情况可以在星形和三角形运行之间自动切换，通过最佳控制达到最大限度的节能。本实用新型控制柜实现抽油机三角形启动尔后星形运行的方式与传统的三角形运行比对；有功节电率为42.36％，无功节电率为74.14％，综合节电率50.26％。

Description

抽油机三角形启动星形运行节能控制柜

技术领域

本实用新型涉及一种抽油机控制柜，尤其涉及一种抽油机三角形启动星形运行节能控制柜。

背景技术

油田采油生产用的抽油机是惯性矩较大的机械设备，工作时都是带载启动，特别是稠油和高凝油结构井，需要大功率启动，为了满足启动的需要，不得不配备额定功率较大的电动机来拖动。另外，抽油机的电动机载荷是带有冲击性的变载荷，为了使拖动抽油的电动机稳定运行并有一定的过载能力，需按抽油机的最大功率来配备电动机。长期以来，油田使用的抽油机电动机，由于大马拉小车，浪费资源太多，大多都处于轻载运行，甚至个别运行段是空载运行。这就是目前油田通常采用的如图1所示的三角形接线法的控制柜的运行方式，采用380V启动运行，采用电机的“三角形”接法是将各相绕组依次首尾相连，并将每个相连的点引出，作为三相电的三个相线。三角形接法时电机相电压等于线电压，线电流等于根号3倍的相电流。大多数抽油机电动机负载低于45％，功率因数低于0.56以下，由于，抽油机电动机长期处于低负载、低功率因数状态下运行机制，从而造成了线路，变压器、电动机的较大功率损耗。

目前也有采用星形接线法的，如图2所示，电机的星形接法是将各相绕组的一端都接在一点上，而它们的另一端作为引出线，分别为三个相线。星形接时，线电压是相电压的根号3倍，而线电流等于相电流。星形接法由于起输出功率小，只能用于小功率，大扭矩电机。

如何实现抽油机节电的最佳控制是目前本领域内亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种抽油机三角形启动星形运行节能控制柜，可以解决油田抽油机不同情况下的运行，自动跟踪，自动控制，可以达到最佳控制和节电的目的，是具有当代抽油机改革节能电控制柜先进水平的产品。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种抽油机三角形启动星形运行节能控制柜，其技术方案如下：该控制柜包括主回路和控制回路；所述主回路包括380V三相电源，三个电流互感器，三个交流接触器，两个智能电机保护器和两个保险开关；三个电流互感器包括电流互感器T1、电流互感器T2和电流互感器T3；三个交流接触器包括交流接触器KM1、交流接触器KM2和交流接触器KM3；两个智能电机保护器包括智能电机保护器FS1和智能电机保护器FS2；两个保险开关包括保险开关FU1和保险开关FU2；所述380V三相电源的三根进线分别穿过电流互感器T1、电流互感器T2和电流互感器T3后通过电源开关QF接到交流接触器KM1的上端，并与交流接触器KM2的上端并联，交流接触器KM1的下端依次穿过智能电机保护器FS1和智能电机保护器FS2与电机M相连，其中，电源进线L11与电机M的第一相首端U1相连，电源进线L12与电机M的第二相首端V1相连，电源进线L13与电机M的第三相首端W1相连，交流接触器KM2的下端与电机M相连，其中，电源进线L11过交流接触器KM2后与电机M的第一相尾端V2相连，电源进线L12过交流接触器KM2后与电机M的第二相尾端W2相连，电源进线L13过交流接触器KM2后与电机M的第三相尾端U2相连；所述控制回路包括两个按钮、三个指示灯、三个保险开关、一个中间继电器KM4和一个时间继电器SJ；两个按钮包括停止按钮SB1和启动按钮SB2；三个指示灯包括指示灯HL1、指示灯HL2和指示灯HL3，三个保险开关包括保险开关FU3、保险开关FU4和保险开关FU5；所述380V三相电源的一根进线L11通过保险开关FU3后为节点A，所述380V三相电源的另一根进线L13通过保险开关FU4后为节点B，在节点A与节点B之间连接有如下支路：

自节点A依次通过交流接触器KM1的常闭辅助触点NC和指示灯HL1连接至节点B；

自节点A依次通过交流接触器KM2的常开辅助触点NO和指示灯HL2连接至节点B；

自节点A依次通过交流接触器KM3的常开辅助触点NO后与指示灯HL3连接至节点B；

自节点A通过智能电机保护器FS1的线圈连接至节点B；

自节点A依次通过停止按钮SB1的常闭触点、启动按钮SB2的常开触点、交流接触器KM1的线圈、智能电机保护器FS2的常闭触点连接至节点B；交流接触器KM1的常开触点NO1与所述启动按钮SB2的常开触点并联；

自节点A通过智能电机保护器FS2的线圈连接至节点B；

自节点A依次通过交流接触器KM1的常开辅助触点NO2、交流接触器KM3的常闭辅助触点NC、时间继电器SJ的常闭触点NC、交流接触器KM2的线圈、交流接触器KM4的常闭辅助触点NC1、智能电机保护器FS2的常闭触点NC连接至节点B；上述交流接触器KM1的常开辅助触点NO2与交流接触器KM3的常闭辅助触点NC之间为节点C，自节点C依次通过交流接触器KM2的常闭辅助触点NC、时间继电器SJ的常开触点NO和交流接触器KM3的线圈连接至节点B；自节点B依次通过智能电机保护器FS2的常开触点NO、交流接触器KM4的常开辅助触点NO连接至交流接触器KM2的线圈；上述智能电机保护器FS2的常开触点NO与交流接触器KM4的常开辅助触点NO之间为节点D，自节点A通过交流接触器KM4的线圈连接至节点D；

自节点A依次通过保险开关FU5、交流接触器KM4的常闭辅助触点NC2、时间继电器SJ的线圈连接至节点B。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一般来讲，电动机功率的选择总是大于实际负载要求，所以电动机很少在其额定功率范围内运行，甚至在最大负载时，也达不到额定功率。如果负载长期处于变化状态下，能量的浪费就更为严重。本实用新型控制柜可以控制抽油机采用三角形启动，通过延时控制转为星形运行方式，从而解决了抽油机原来三角形运行耗电量大的弊端，最终达到节能目的。

通过实例并依据SY/T6422-2008《石油企业节能产品节能效果测定》及测算数据分析评价可以客观的得出：使用本实用新型控制柜实现抽油机三角形启动尔后星形运行的方式与传统的三角形运行比对；有功节电率为42.36％，无功节电率为74.14％，综合节电率50.26％。

附图说明

图1是现有三角形技术电动机接线示意图；

图2是现有星形技术电动机接线示意图；

图3是本实用新型节能控制柜的主电路图；

图4是本实用新型节能控制柜的主回路控制电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述。

如图3和图4所示，本实用新型一种抽油机三角形启动星形运行节能控制柜，包括主回路和控制回路。

如图3所示，所述主回路包括380V三相电源，三个电流互感器，三个交流接触器，两个智能电机保护器和两个保险开关；三个电流互感器包括电流互感器T1、电流互感器T2和电流互感器T3。三个交流接触器包括交流接触器KM1、交流接触器KM2和交流接触器KM3；两个智能电机保护器包括智能电机保护器FS1和智能电机保护器FS2；两个保险开关包括保险开关FU1和保险开关FU2。

所述380V三相电源的三根进线分别穿过电流互感器T1、电流互感器T2和电流互感器T3后通过电源开关QF接到交流接触器KM1的上端，并与交流接触器KM2的上端并联，交流接触器KM1的下端依次穿过智能电机保护器FS1和智能电机保护器FS2与电机M相连，其中，电源进线L11与电机M的第一相首端U1相连，电源进线L12与电机M的第二相首端V1相连，电源进线L13与电机M的第三相首端W1相连，交流接触器KM2的下端与电机M相连，其中，电源进线L11过交流接触器KM2后与电机M的第一相尾端V2相连，电源进线L12过交流接触器KM2后与电机M的第二相尾端W2相连，电源进线L13过交流接触器KM2后与电机M的第三相尾端U2相连。

如图4所示，所述控制回路包括两个按钮、三个指示灯、三个保险开关、一个中间继电器KM4和一个时间继电器SJ；两个按钮包括停止按钮SB1和启动按钮SB2；三个指示灯包括指示灯HL1、指示灯HL2和指示灯HL3，三个保险开关包括保险开关FU3、保险开关FU4和保险开关FU5。

所述380V三相电源的一根进线L11通过保险开关FU3后为节点A，所述380V三相电源的另一根进线L13通过保险开关FU4后为节点B，在节点A与节点B之间连接有如下支路：

自节点A依次通过交流接触器KM1的常闭辅助触点NC和指示灯HL1连接至节点B；

自节点A依次通过交流接触器KM2的常开辅助触点NO和指示灯HL2连接至节点B；

自节点A依次通过交流接触器KM3的常开辅助触点NO后与指示灯HL3连接至节点B；

自节点A通过智能电机保护器FS1的线圈连接至节点B；

自节点A依次通过停止按钮SB1的常闭触点、启动按钮SB2的常开触点、交流接触器KM1的线圈、智能电机保护器FS2的常闭触点连接至节点B；交流接触器KM1的常开触点NO1与所述启动按钮SB2的常开触点并联；

自节点A通过智能电机保护器FS2的线圈连接至节点B；

自节点A依次通过交流接触器KM1的常开辅助触点NO2、交流接触器KM3的常闭辅助触点NC、时间继电器SJ的常闭触点NC、交流接触器KM2的线圈、交流接触器KM4的常闭辅助触点NC1、智能电机保护器FS2的常闭触点NC连接至节点B；上述交流接触器KM1的常开辅助触点NO2与交流接触器KM3的常闭辅助触点NC之间为节点C，自节点C依次通过交流接触器KM2的常闭辅助触点NC、时间继电器SJ的常开触点NO和交流接触器KM3的线圈连接至节点B；自节点B依次通过智能电机保护器FS2的常开触点NO、交流接触器KM4的常开辅助触点NO连接至交流接触器KM2的线圈；上述智能电机保护器FS2的常开触点NO与交流接触器KM4的常开辅助触点NO之间为节点D，自节点A通过交流接触器KM4的线圈连接至节点D；

自节点A依次通过保险开关FU5、交流接触器KM4的常闭辅助触点NC2、时间继电器SJ的线圈连接至节点B。

利用本实用新型抽油机三角形启动星形运行节能控制柜的控制方法如下：

步骤一、接通电源：合上电源开关QF，指示灯HL1亮；

步骤二、三角形启动：按下启动按钮SB2，交流接触器KM1线圈得电，交流接触器KM1的常开触点NO1闭合，与此同时，交流接触器KM1的常开触点NO2闭合，经交流接触器KM3的常闭触点NC、时间断电器SJ的常闭触点NC，交流接触器KM2线圈得电，交流接触器KM3开始工作，三角形启动完成；

步骤三、三角形启动后的保持：三角形启动完成后，指示灯HL2亮，指示灯HL1灭，交流接触器KM1的常开触点NO2闭合，经保险开关FU5、中间继电器KM4的常闭触点NC2，时间继电器SJ线圈得电，时间继电器SJ开始工作，通过时间继电器SJ的整定，时间继电器SJ的常闭触点NC得电后，使三角形启动保持住；时间继电器SJ的整定根据油井的深度而设定，有以下几种情形之一：

(1)对于油井深度4500米以下，设定时间继电器SJ的延时为20秒；

(2)对于油井深度4500-5000米之间，设定时间继电器SJ的延时为35秒；

(3)对于油井深度5000-5500米之间，设定时间继电器SJ的延时为55秒；

(4)对于油井深度5500-6000米之间，设定时间继电器SJ的延时为70秒；

(5)对于油井深度6000米以上，设定时间继电器SJ的延时为90秒。

步骤四、星形运行：时间继电器SJ的整定时间到后，时间继电器SJ的常开触点NO瞬时闭合，时间继电器SJ的常闭触点NC瞬时断开，交流接触器KM3线圈得电，交流接触器KM3开始工作，交流接触器KM3的常闭触点NC断开，电机M处于星形运行，指示灯HL3亮，指示灯HL2灭；

电机星形运行中，若电流超过智能电机保护器FS2的设定值时，智能电机保护器FS2的常开触点NO接通，智能电机保护器FS2的常闭触点NC断开，中间继电器KM4线圈得电，中间继电器KM4的常闭触点NO闭合，中间继电器KM4的常闭触点NC1断开，交流接触器KM2线圈得电开始工作，交流接触器KM2的常闭触点NC断开，切断星形接触器，交流接触器KM3线圈失电，此时，电机M转换为三角形运行，此刻，指示灯HL2亮，指示灯HL3灭。

电机三角形运行中，若电流超过智能保护器FS1的设定值时，智能电机保护器FS1常闭触点NC断开，交流接触器KM1线圈失电，电机M停止运行，按智能电机保护器FS1的复位键后返回步骤二；电机在运行状态下，按下停止按钮SB1，交流接触器KM1线圈失电，电机M停止运行。

在本实用新型控制方法中，三个交流接触器的作用分别是：交流接触器KM1用于为电路接通电源，交流接触器KM2用于抽油机实现三角形启动；交流接触器KM3用于抽油机星形运行；时间继电器SJ的作用是通过设定延时触点，确定由三角形启动后开始运行转换到星形运行的时间，其主要目的是：通过时间继电器SJ的设定可以克服若从电机M三角形启动后直接马上改为星形运行，由于星形扭矩力小，因此会造成抽油机电机停机严重后果。本实用新型中两个智能电机保护器的作用是提供缺相，过载，欠压，堵转等保护，多个保险开关的设定主要是为电机提供多种保护，从而实现自动跟踪和自动控制。

本实用新型抽油机节能控制柜的主要功能如下：

(1)可实现电机在三角形和星形运行之间进行切换，当电机运行电流超过设定值时，切换到三角形运行；

(2)具有缺相，过载，欠压，堵转等多种保护功能；

(3)还设有电压指示电路和电流指示电路，可测量电压、电流等基本参数并显示。

下面是对于本实用新型抽油机三角形启动星形运行节能控制柜进行节能效果的测试。

1)采用的监测依据标准：SY/T6422-2008《石油企业节能产品节能效果测定》和SY/T5264-2006《油田生产系统能耗测试和计算方法》。

2)使用的仪器仪表

3)监测结果分析与评价：

依据SY/T6422-2008《石油企业节能产品节能效果测定》及测算数据分析评价如下：

实施例一：

中国石油吐哈油田公司鲁克沁采油厂玉东204-5井，抽油机井中设备铭牌参数参见表一，在使用该节能控制器前三角形运行状态，平均电压238.01V，平均电流66.79A，上行程最大电流69.70A，下行程是大电流70.30A，有功耗电量为8.421kwh，无功耗电量46.407kVarh，功率因数0.179，系统效率21.61％。

使用节能控制器后，平均电压240.83V，平均电流20.14A，上行程最大电流28.50A，下行程最大电流29.10A，有功耗电量为4.854kwh,无功耗电量12.002kVarh，功率因数0.375，系统功率37.49％。使用节能控制器后，功率因数提高了0.196，系统效率提高了15.88％。

玉东204-5井使用节能控制器后进行与三角形运行比对；有功节电率42.36％，无功节电率74.14％，综合节电率50.26％。表二示出了抽油机节能效果的具体评价结果。

实施例二：

中国石油吐哈油田公司鲁克沁采油厂玉东204-29井，抽油机井中设备铭牌参数参见表一，在使用节能控制器前三角形运行状态，平均电压220.4V，平均电流64.61A，上行程量大电流71.00A，下行程最大电流64.80A，有功耗电量为8.379kWh，无功耗电量41.468kVarh，功率因数0.198，系统效率15.74％。

使用节能控制器后，平均电压226.19V，平均电流20.11A，上行程最大电流40.00A，下行程最大电流24.30A，有功耗电量为5.702kwh，无功耗电量11.259kvarh，功率因数0.452，系统效率23.14％。使用节能控制器后，功率因数提高了0.254，系统效率提高了7.4％。

玉东204-29井使用节能控制器后运行与三角形运行比对；有功节电率31.95％，无功节电率72.85％，综合节电率41.31％。表二示出了抽油机节能效果的具体评价结果。

表一抽油机井中设备铭牌参数

表二抽油机节能效果评价计算表

尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (2)

1.一种抽油机三角形启动星形运行节能控制柜，包括主回路和控制回路；所述主回路包括380V三相电源，三个电流互感器，三个交流接触器，两个智能电机保护器和两个保险开关；三个电流互感器包括电流互感器T1、电流互感器T2和电流互感器T3；三个交流接触器包括交流接触器KM1、交流接触器KM2和交流接触器KM3；两个智能电机保护器包括智能电机保护器FS1和智能电机保护器FS2；两个保险开关包括保险开关FU1和保险开关FU2；

所述380V三相电源的三根进线分别穿过电流互感器T1、电流互感器T2和电流互感器T3后通过电源开关QF接到交流接触器KM1的上端，并与交流接触器KM2的上端并联，交流接触器KM1的下端依次穿过智能电机保护器FS1和智能电机保护器FS2与电机M相连，其中，电源进线L11与电机M的第一相首端U1相连，电源进线L12与电机M的第二相首端V1相连，电源进线L13与电机M的第三相首端W1相连，交流接触器KM2的下端与电机M相连，其中，电源进线L11过交流接触器KM2后与电机M的第一相尾端V2相连，电源进线L12过交流接触器KM2后与电机M的第二相尾端W2相连，电源进线L13过交流接触器KM2后与电机M的第三相尾端U2相连；

其特征在于：

所述控制回路包括两个按钮、三个指示灯、三个保险开关、一个中间继电器KM4和一个时间继电器SJ；两个按钮包括停止按钮SB1和启动按钮SB2；三个指示灯包括指示灯HL1、指示灯HL2和指示灯HL3，三个保险开关包括保险开关FU3、保险开关FU4和保险开关FU5；

所述380V三相电源的一根进线L11通过保险开关FU3后为节点A，所述380V三相电源的另一根进线L13通过保险开关FU4后为节点B，在节点A与节点B之间连接有如下支路：

自节点A依次通过交流接触器KM1的常闭辅助触点NC和指示灯HL1连接至节点B；

自节点A依次通过交流接触器KM2的常开辅助触点NO和指示灯HL2连接至节点B；

自节点A依次通过交流接触器KM3的常开辅助触点NO后与指示灯HL3连接至节点B；

自节点A通过智能电机保护器FS1的线圈连接至节点B；

自节点A依次通过停止按钮SB1的常闭触点、启动按钮SB2的常开触点、交流接触器KM1的线圈、智能电机保护器FS2的常闭触点连接至节点B；交流接触器KM1的常开触点NO1与所述启动按钮SB2的常开触点并联；

自节点A通过智能电机保护器FS2的线圈连接至节点B；

自节点A依次通过交流接触器KM1的常开辅助触点NO2、交流接触器KM3的常闭辅助触点NC、时间继电器SJ的常闭触点NC、交流接触器KM2的线圈、交流接触器KM4的常闭辅助触点NC1、智能电机保护器FS2的常闭触点NC连接至节点B；上述交流接触器KM1的常开辅助触点NO2与交流接触器KM3的常闭辅助触点NC之间为节点C，自节点C依次通过交流接触器KM2的常闭辅助触点NC、时间继电器SJ的常开触点NO和交流接触器KM3的线圈连接至节点B；自节点B依次通过智能电机保护器FS2的常开触点NO、交流接触器KM4的常开辅助触点NO连接至交流接触器KM2的线圈；上述智能电机保护器FS2的常开触点NO与交流接触器KM4的常开辅助触点NO之间为节点D，自节点A通过交流接触器KM4的线圈连接至节点D；

自节点A依次通过保险开关FU5、交流接触器KM4的常闭辅助触点NC2、时间继电器SJ的线圈连接至节点B。

2.根据权利要求1所述抽油机三角形启动星形运行节能控制柜，其特征在于，该控制柜还包括电压指示电路和电流指示电路。