CN205509516U - 一种油田电动修井机用双向储能变流器 - Google Patents

Abstract

一种油田电动修井机用双向储能变流器，属于电力电子变流与油田节能应用领域。储能器件(超级电容、动力电池)的使用解决了油田井场电网容量偏小的技术难题，而储能器件的充放电控制均需要通过双向储能变流器实现。本实用新型基于上述应用背景提出了一种应用于电动修井机中的双向储能变流器，包括预充电回路、进线滤波回路、滤波回路放电单元、功率变流单元、变流单元光电转换模块、检修放电单元六部分，通过上述各部分的协同工作，可以实现对超级电容和动力电池的充放电控制及能量管理。其有益效果是，实现了储能器件(含超级电容和动力电池)与电动修井机的对接，推进了石油装备“油改电”的步伐。

Description

一种油田电动修井机用双向储能变流器

技术领域

本发明涉及电力电子变流和油田节能技术应用领域，具体是一种油田电动修井机用双向储能变流器。

背景技术

油田在采油过程中常会发生一些油井内部或采油设备的故障，造成油井减产，甚至停产，修井机主要是针对上述故障进行维修工作的一种设备。传统修井机动力来源主要是依靠柴油机，然而采用柴油机作为动力源存在空载时间长、能源利用率低、污染环境的缺点。电动修井机是近些年新型的一种修井机，其动力来源主要是依靠电力。相对于传统的修井机，电动修井机具有能源利用率高、环保无污染、运行成本低的优点，因此成为了修井机未来的重要发展方向。

电动修井机功率需求往往在100kW及以上，但油田井场电网设计功率均在100kW及以下，电网容量不足成为了严重制约其应用的重要因素。

针对上述制约因素，采用超级电容或动力电池可以解决井场电网容量不足的现状。其基本原理是，在修井机进行提升作业时，由井场电网和超级电容或动力电池共同提供动力；在修井机进行下放作业时，由井场电网对超级电容或动力电池进行充电。如此往复，便可有效地解决上述“油改电”最大的制约难题。

发明内容

本实用新型的目的在于实现对应用于油田电动修井机的储能器件(超级电容、动力电池)进行充放电控制，解决油田井场电网容量不足的缺点，实现油田装备的油改电，因此提出一种双向的储能变流器来实现。该发明具有双向功率流动控制的功能，可以根据电动修井机的具体运行工况实现储能器件的能量管理。

本实用新型通过以下技术方案来实现，一种油田电动修井机用双向储能变流器，主要由预充电回路、进线滤波回路、滤波回路放电单元、功率变流单元、变流单元光电转换模块、检修放电单元六部分组成。

所述的预充电回路由预充电支路和进线支路并联组成；所述的预充电支路包括预充电接触器和预充电电阻，二者串联组成了预充电支路；所述的进线支路由主接触器组成；通过预充电支路和进线支路的合理切换，实现双向储能变流器的缓启动控制。

所述的进线滤波回路包括由薄膜电容并联组成的支撑电容和进线平波电抗器；所述的薄膜电容通过叠层母排连接，以减小杂散电感。

所述的滤波回路放电单元包括放电电阻和接触器组成，其中放电电阻与接触器的常闭触点连接。

所述的功率变流单元由IGBT、驱动板、散热片、散热风扇组成；所述的IGBT与驱动板安装在散热片上进行有效散热；所述的散热风扇安装在散热片底部。

所述的变流单元光电转换模块安装在功率变流单元的散热片上，并通过排线与IGBT驱动板进行连接；所述的变流单元光电转换模块可以实现光信号到电信号的转换，降低由导线引起的脉冲压降。

所述的检修放电单元由放电接触器和泄放电阻组成。

所述的双向储能变流器在集装箱式电动修井机和车载式电动修井机中均可应用。

所述的双向储能变流器在超级电容和动力电池作为储能器件的应用场合均可应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提出了一种对超级电容和动力电池均能应用的方案，通用性大大提高。

2、本发明采用了叠层母排替代传统的铜排连接方式，大大减小了直流进线回路的杂散参数，降低了IGBT开关峰值电压。

3、本发明采用了光纤传输IGBT的驱动脉冲信号，减小了由于控制信号线带来的脉冲压降，大大提高了IGBT驱动的稳定性。

附图说明

图1为双向储能变流器示意图。

图2变流单元光电转换模块及接口示意图。

主要元件符号说明：

1001-变频器接线端子 1002-主接触器 1003-预充电接触器 1004-预充电电阻1005-进线平波电抗器 1006-薄膜支撑电容 1007-变流单元放电电阻 1008-IGBT 1009-泄放接触器 1010-检修泄放电阻 1011-储能器件接线端子 1012-变流单元光电转换模块

2001-光纤接头 2002-脉冲输出排线接头

具体实施方式

以下提供本实用新型一种油田电动修井机用双向储能变流器的具体实施方法。

参见附图1，双向储能变流器包括预充电回路、进线滤波回路、滤波回路放电单元、功率变流单元、变流单元光电转换模块、检修放电单元六部分。

所述的接线端子1001采用导轨式2P接线盒实现，并通过直流电缆分别与变频器直流侧P/N两级和主接触器铜排连接。

所述的主接触器1002为电磁式直流接触器，通过直流电缆分别与进线平波电抗器1005和预充电接触器1003连接。

所述的预充电接触器1003为电磁式直流接触器，通过直流电缆分别与主接触器1002和预充电电阻1004连接。

所述的进线平波电抗器1005为硅钢片直流电感，电抗器的输入铜排和输出铜排通过直流电缆分别与主接触器1002、薄膜支撑电容1006连接。

所述的变流单元放电单元1007为波纹式电阻，通过继电器的常闭触电并联于薄膜支撑电容1006正负极。

所述的IGBT1008采用压接型结构，固定于散热片上，其中C1、E2分别于叠层母排正负极连接，脉冲驱动信号来源于变流单元光电转换模块1012。

所述的放电接触器1009为电磁式直流接触器，接触器的输入铜排与储能器件接线端子1011连接，输出铜排与泄放电阻1010连接。

所述的储能器件接线端子1011采用导轨式2P接线盒实现，即可实现与超级电容连接，又可实现与动力电池连接，具有一定灵活性。

参见附图2，变流单元光电转换模块接口主要包括光纤接头和脉冲输出排线接头。

所述的光纤接头2001通过光纤与数字控制器的光纤接头连接。

所述的脉冲输出排线接头2002位20针排线牛角接头，并通过排线与IGBT1008的驱动板进行连接。

以上所述的是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种油田电动修井机用双向储能变流器，其特征在于，包括预充电回路(1)、进线滤波回路(2)、滤波回路放电单元(3)、功率变流单元(4)、变流单元光电转换模块(5)、检修放电单元(6)；所述的双向储能变流器一侧通过P/N两极与变频器的直流侧连接，一侧通过+/-两极与超级电容或动力电池连接；所述的预充电回路串联在双向储能变流器的正极回路中，实现储能变流器的缓启动功能；所述的进线滤波回路并联在双向储能变流器的主回路中，实现储能变流器的输入滤波功能；所述的滤波回路放电单元与进线滤波单元并联，实现双向储能变流器停机后的放电功能；所述的功率变流单元并联在双向储能变流器的主回路中，实现储能变流器的电压变换和双向功率流的控制功能；所述的变流单元光电转换模块通过排线与功率变流单元连接，实现对功率变流单元的光电转换及开关控制；所述的检修放电单元并联于储能器件正负极，实现设备故障检修时强制泄放的功能。

2.根据权利要求1所述的双向储能变流器，其特征在于，预充电回路由预充电支路和进线支路并联组成；所述的预充电支路包括预充电接触器和预充电电阻，二者串联组成了预充电支路；所述的进线支路由主接触器组成；通过预充电支路和进线支路的合理切换，实现双向储能变流器的缓启动控制。

3.根据权利要求1所述的双向储能变流器，其特征在于，进线滤波回路包括由薄膜电容并联组成的支撑电容和进线平波电抗器；所述的薄膜电容通过叠层母排连接，以减小杂散电感。

4.根据权利要求1所述的双向储能变流器，其特征在于，所述的滤波回路放电单元包括放电电阻和接触器组成，其中放电电阻与接触器的常闭触点连接。

5.根据权利要求1所述的双向储能变流器，其特征在于，功率变流单元由IGBT、驱动板、散热片、散热风扇组成；所述的IGBT与驱动板安装在散热片上进行有效散热；所述的散热风扇安装在散热片底部。

6.根据权利要求1所述的双向储能变流器，其特征在于，变流单元光电转换模块安装在功率变流单元的散热片上，并通过排线与IGBT驱动板进行连接；所述的变流单元光电转换模块可以实现光信号到电信号的转换，降低由导线引起的脉冲压降。

7.根据权利要求1所述的双向储能变流器，其特征在于，检修放电单元由放电接触器和泄放电阻组成。

8.根据权利要求1所述的双向储能变流器，其特征在于，在集装箱式电动修井机和车载式电动修井机中均可应用。

9.根据权利要求1所述的双向储能变流器，其特征在于，在超级电容和动力电池作为储能器件的应用场合均可应用。