CN207453897U - 超级电容动力电池混储井电修井机电控装置 - Google Patents

Abstract

超级电容动力电池混储井电修井机电控装置，AC/DC充电机通过进线断路器与井场变压器相连，用于输出恒定的直流电；绞车变频器与AC/DC充电机相连，用于驱动绞车电机运行，编码器采集电机实际速度，速度闭环控制；超级电容器组通过超级电容接入开关连接于AC/DC充电机与绞车变频器之间的直流母线上，对主系统进行降容使用；动力电池组通过动力电池接入开关、双向DC/DC变流器连接于AC/DC充电机与绞车变频器之间的直流母线上，双向DC/DC变流器用于控制动力电池组的充、放电，PLC控制系统检测各部件实时运行情况。本实用新型充分利用井场变压器有限能量的同时，最大限度的提高作业效率。

Description

超级电容动力电池混储井电修井机电控装置

技术领域

本实用新型涉及到修井机电控装置。

背景技术

目前，各油田大力推进电驱修井作业的过程中，面临着一个现实的问题，在井场周围只有为抽油机提供动力的小型变压器，其功率范围在30kVA～120kVA不等，多为50kVA，所能提供的容量不足以维持XJ250电驱修井机正常作业的动力需求即提升吨位较小或速度很慢，因此，部分油田面对这种情况时还是需要采用柴油机动力来进行修井作业，不能实现节能减排降耗的目的。另外还存在一个问题，像大庆、胜利这种因油建市的油田来说，其油井几乎就在城市中间，柴油机的运行必然给周边居民带来空气和噪音的污染。

随着超级电容技术的发展，大容量储能、快充快放已变为现实，利用储能装置在修井机上卸扣及下管过程中储存能量，在管柱提升过程中再将其存储的能量释放出来弥补井场变压器容量不足的部分，使修井机利用井电进行正常修井作业。中石化石油机械有限公司在2016年就成功研制出了三种类型的超级电容储能修井机，分别应用到大庆、华东。但事实上，这种超级电容储能修井机最大的限制就是井场变压器的容量，让油田用户最大的不满就是充电时间长，降低了作业效率。

近些年，电动汽车行业蓬勃发展，作为电动汽车能量储存关键部件的动力电池技术也是突飞猛进。由于电池的慢充的特性，只有不作业时利用标准充电站向动力电池充电，这个时间相对较长。待需要作业时，仅使用动力电池储存的电能完成整口井的作业。这种动力电池的修井机的配置基本上一次充电完成一口井的作业。目前最好的动力电池的充电次数仅有3000~5000次，按照小修井机一年100口井的作业频次，则配置的动力电池也就3~5年的寿命，对于设备使用方是不能接受的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供超级电容-动力电池混储井电修井机电控装置，解决单纯的超级电容储能修井机井场变压器容量小，充电时间长，降低了作业效率或者单纯的动力电池储能修井机充电速度慢，不能利用井场变压器提供的电源等存在的弊端，充分利用井场变压器有限能量的同时，最大限度的提高作业效率。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

超级电容动力电池混储井电修井机电控装置，包括：井场变压器、进线断路器、辅助用电、AC/DC充电机、直流母线、双向DC/DC变流器、动力电池组、动力电池管理系统、绞车变频器、绞车变频电机、编码器、放电控制单元、放电电阻、液压站变频器、液压站电机、PLC控制系统，其特征在于：AC/DC充电机通过进线断路器与井场变压器相连，用于输出恒定的直流电；绞车变频器与AC/DC充电机相连，用于驱动绞车电机运行，编码器采集电机实际速度，速度闭环控制；超级电容器组通过超级电容接入开关连接于AC/DC充电机与绞车变频器之间的直流母线上，用于对主系统进行降容；动力电池组通过动力电池接入开关、双向DC/DC变流器连接于AC/DC充电机与绞车变频器之间的直流母线上，动力电池接入开关用于控制整套动力电池储能系统与主系统解列；双向DC/DC变流器用于控制动力电池组的充、放电，进行双向稳压输出，保证动力电池输出电压与超级电容输出电压一致；放电电阻经放电控制单元与直流母线相连，通过触摸屏内的放电控制按钮进行放电至安全操作电压； PLC控制系统用于连接AC/DC充电机、超级电容管理系统、双向DC/DC变流器、动力电池管理系统、绞车变频器、液压站变频器、远程信息系统，用于根据修井工况要求控制各部件运行，检测各部件实时运行情况，同时通过远程信息系统将系统运行数据经发送器传输至设备管理方。

本实用新型的积极效果为：

该电控装置中PLC控制器实时控制和监视AC/DC充电机、超级电容器管理系统、双向DC/DC变流器、动力电池管理系统、绞车变频器、液压站变频器，在远程控制站上可以完成相应的控制，并通过触摸屏查询相关的参数和过程数据，同时也可以根据不同工况设置关键参数。绞车进行提升作业实际负荷小于井场变压器提供功率时，井场变压器单独向绞车提供电能；绞车进行提升作业实际负荷小于井场变压器联合超级电容提供总功率时，井场变压器与超级电容联合向绞车提供电能；绞车进行提升作业实际负荷大于井场变压器联合超级电容提供总功率时，井场变压器、超级电容和动力电池联合向绞车提供电能；处理管柱的间歇期，井场变压器除向辅助电机供电外，剩余的容量给超级电容充电；动力电池的电压经双向DC/DC变流器根据母线电压的高低实时调节输出电压，与母线电压一致；另外可通过数字化的远程传输技术将系统运行数据经发送器传输至设备管理方，供设备管理者监控修井机作业过程。本实用新型旨在解决单纯的超级电容储能修井机（井场变压器容量小，充电时间长，降低了作业效率）或者单纯的动力电池储能修井机（充电速度慢，不能利用井场变压器提供的电源）存在的弊端，充分利用井场变压器有限能量的同时，最大限度的提高作业效率。

附图说明

图1、超级电容-动力电池混储井电修井机电控装置。

具体实施方式

下面结合附图1进一步说明本实用新型的具体实施方式。

井场变压器1经进线断路器2接入系统；辅助用电3与进线断路器2的输出端相连；超级电容器组8通过超级电容器组接入开关6连接于AC/DC充电机4后端的直流母线5上，超级电容管理系统8与超级电容器组7进行通讯；动力电池组11通过动力电池组接入开关9连接于AC/DC充电机4后端的直流母线5上，动力电池管理系统12与动力电池组11进行通讯；绞车变频电机14经绞车变频器13连接至直流母线5，编码器15连接于变频电机14与绞车变频器13之间；液压站电机19经液压站变频器18连接至直流母线5；放电电阻17通过放电控制单元16也连接于直流母线5上；PLC控制器20安装在远程操作站21内，用于连接AC/DC充电机4、超级电容管理系统8、动力电池管理系统12、绞车变频器13、液压站变频器18、远程信息系统13，进行总线通讯控制。

修井作业时电能的流向如下：

绞车进行提升作业实际负荷小于井场变压器提供功率时，井场变压器单独向绞车提供电能。

绞车进行提升作业实际负荷小于井场变压器联合超级电容提供总功率时，井场变压器与超级电容联合向绞车提供电能。

绞车进行提升作业实际负荷大于井场变压器联合超级电容提供总功率时，井场变压器、超级电容和动力电池联合向绞车提供电能。

处理管柱的间歇期，井场变压器除向辅助电机供电外，剩余的容量给超级电容充电。

当电机处于倒发电工况时，直流母线电压会升高，在满足液压站电机作业且超级电容未充满电的情况下能量通过向超级电容充电。

当超级电容或者动力电池出现故障无法作业时，切除超级电容储能系统或者动力电池系统，由井场变压器通过绞车变频器向绞车电机、液压站电机供电，其中绞车电机降功率应急使用。

下放管柱时，井场变压器器的能量仅供辅助用电器工作，利用上一个周期回收的制动能量在下一个周期完成提升管柱作业。

需要维护超级电容或者动力电池时，利用主绞车或者液压站电机将高电压放至安全放电电压后，控制放电控制单元放电至安全电压。

Claims (1)

1.超级电容动力电池混储井电修井机电控装置，包括：井场变压器、进线断路器、辅助用电、AC/DC充电机、直流母线、双向DC/DC变流器、动力电池组、动力电池管理系统、绞车变频器、绞车变频电机、编码器、放电控制单元、放电电阻、液压站变频器、液压站电机、PLC控制系统，其特征在于：AC/DC充电机通过进线断路器与井场变压器相连，用于输出恒定的直流电；绞车变频器与AC/DC充电机相连，用于驱动绞车电机运行，编码器采集电机实际速度，速度闭环控制；超级电容器组通过超级电容接入开关连接于AC/DC充电机与绞车变频器之间的直流母线上，用于对主系统进行降容；动力电池组通过动力电池接入开关、双向DC/DC变流器连接于AC/DC充电机与绞车变频器之间的直流母线上，动力电池接入开关用于控制整套动力电池储能系统与主系统解列；双向DC/DC变流器用于控制动力电池组的充、放电，进行双向稳压输出，保证动力电池输出电压与超级电容输出电压一致；放电电阻经放电控制单元与直流母线相连，通过触摸屏内的放电控制按钮进行放电至安全操作电压； PLC控制系统用于连接AC/DC充电机、超级电容管理系统、双向DC/DC变流器、动力电池管理系统、绞车变频器、液压站变频器、远程信息系统，用于根据修井工况要求控制各部件运行，检测各部件实时运行情况，同时通过远程信息系统将系统运行数据经发送器传输至设备管理方。