CN207686712U - 一种油井电参数测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种油井电参数测量装置，包括：数据采集单元，用于根据远程终端发送的采集指令采集油田采油设备的电参数；无线通信单元，用于接收所述远程终端发送的采集指令，并向所述远程终端发送所述电参数；继电输出单元，用于当所述电参数出现异常时向所述油田采油设备发出停机控制信号；开关输入单元，用于接收所述油田采油设备发出的运行状态信号；电源，用于为所述数据采集单元、无线通信单元、继电输出单元、开关输入单元供电。

Description

一种油井电参数测量装置

技术领域

本实用新型涉及油井参数采集领域，具体涉及一种油井电参数测量装置。

背景技术

油田采油设备的电能在所有油田行业中消耗量比较大，对电能的统一管理显得尤为重要。只有对电能进行准确可靠的计量，才能从真正意义上节约电能。因此需要在油田现场各个井口的用电设备上分别安装一套能够持续、准确、可靠监测电参数的装置。

现有的电参数测量装置一般采用有线通信的方式，受有线采集设备的限制，每个井口都需要安装远程终端设备进行数据采集，并通过透传设备进行远距离的数据传输。因此现有的采集方式不易于建设和部署，便利性差、成本较高，不能做到数据的直接回传，无法满足油田自动化生产的需要。

实用新型内容

本实用新型要解决的是现有的电参数测量方式通信不便的问题。

本实用新型提供一种油井电参数测量装置，包括：

数据采集单元，用于根据远程终端发送的采集指令采集油田采油设备的电参数；

无线通信单元，用于接收所述远程终端发送的采集指令，并向所述远程终端发送所述电参数；

继电输出单元，用于当所述电参数出现异常时向所述油田采油设备发出停机控制信号；

开关输入单元，用于接收所述油田采油设备发出的运行状态信号；

电源，用于为所述数据采集单元、无线通信单元、继电输出单元、开关输入单元供电。

优选地，还包括：

指示灯，用于在所述继电输出单元发出所述停机控制信号时进行报警动作。

优选地，还包括：

存储单元，用于储存所述电参数。

优选地，所述存储单元还用于存储所述运行状态信号。

优选地，所述数据采集单元包括测量单元、电阻分压单元和分流电阻单元。

优选地，所述测量单元通过串行外设接口与所述电阻分压单元和分流电阻单元相连。

优选地，所述电阻分压单元包括多个串联的电阻，所述多个串联的电阻的一端接地，另一端与所述测量单元相连。

优选地，所述分流电阻单元包括电流互感器和电阻网络，所述流互感器通过所述电阻网络与所述测量单元相连。

优选地，其特征在于，所述无线通信单元为低功耗广域网通信芯片，所述低功耗广域网通信芯片采用LoraWAN协议与所述远程终端进行通信。

优选地，所述电源包括AC-DC转换单元和稳压单元。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的油井电参数测量装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的油井电参数测量装置的具体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供一种油井电参数测量装置，如图1所示该装置包括：

数据采集单元1，用于根据远程终端发送的采集指令采集油田采油设备的电参数，采集指令可以包括采集时间、延时时间、采集周期等；电参数可以包括三相三线制或三相四线制交流电路中的三相电流有效值、三相电压有效值、有功功率、无功功率、功率因数、视在功率、频率、正反向有功电度、正反向无功电度中的至少一种；

无线通信单元2，用于接收所述远程终端发送的采集指令，并向所述远程终端发送所述电参数，无线通信单元2利用无线局域网与远程终端通信，具体的无线通信技术包括多种，例如WIFI技术、蓝牙技术、Zigbee技术等。作为优选的实施例，本实施例采用低功耗广域网通信芯片，所述低功耗广域网通信芯片采用LoraWAN协议与所述远程终端进行通信。本实施例采用低功耗广域网(Low Power Wide Area Network,LPWAN)进行通信，具体采用基于LoRa扩频通信技术的无线数据传送模块，使用窄带传输扩频调制技术，可解调低于20dB的噪声。这确保了高灵敏度、可靠的网络连接，同时提高了网络效率并消除了干扰，大大改善了模块接收数据的灵敏度，较高的链路预算使其通信距离在建筑密集的城市环境可以达2公里左右，而在密度较低的郊区，通信距离可达10公里。

LoRa扩频通信技术实现的通信距离比其他无线协议都要远得多，使得在较大范围内只使用一个网关即可连接区域内所有终端，从而可以大大降低组网成本。

继电输出单元3，用于当所述电参数出现异常时向所述油田采油设备发出停机控制信号，实际使用时可以在本装置中设置处理单元来判断电参数是否存在异常，也可以由远程终端判断是否存在异常，当存在异常时控制继电输出单元3发出停机控制信号。继电输出单元3也可以实现发送启动控制信号。

开关输入单元4，用于接收所述油田采油设备发出的运行状态信号，采油设备正常情况下可以向开关输入单元4发送用于表示其正常运行的信号，而当继电输出单元3发出停机控制信号之后，采油设备应当停止运行，而向开关输入单元4发送用于表示其停机的信号，由此可以根据开关输入单元4接收的信号来判断采油设备的状态，进一步可以判断继电输出单元3 输出的停机控制信号是否被采油设备正确接收并执行。

电源5，用于为所述数据采集单元、无线通信单元、继电输出单元、开关输入单元供电。电源5可以包括AC-DC转换单元和稳压单元，其中稳压单元采油型号为LM117的稳压芯片，AC-DC转换模块与稳压芯片相连，稳压芯片分别与数据采集单元1、无线通信单元2、继电输出单元3、开关输入单元4相连。

根据本实用新型提供的油井电参数测量装置，通过数据采集单元采集油田采油设备的电参数，并通过无线通信单元直接向远程终端发送采集到的电参数，由此可以取消中继采集和透传模块的中继传输部分，数据由电参数测量装置直接上传至网关，无需铺设电缆，提高了油井数据通信的便利性，并可以降低使用成本、维护成本和施工难度。同时本装置通过继电输出单元实现对油田采油设备的启停控制，以及通过开关输入单元检测采油设备的工作状态，由此可以提采油操作的安全性。

图2所示，作为一个优选的实施例，油井电参数测量装置还可以包括：

指示灯6，用于在所述继电输出单元发出所述停机控制信号时进行报警动作。当电参通过开关量输出执行保护功能时，点亮报警指示灯6。

存储单元7，用于储存所述电参数，以及存储所述运行状态信号。存储单元7可以采用型号为24C512的集成数据存储芯片。

上述数据采集单元1具体可以包括测量单元11、电阻分压单元12和分流电阻单元13，其中测量单元11用于收集电参数，所述测量单元11通过串行外设接口与所述电阻分压单元12和分流电阻单元13相连。

进一步地，所述电阻分压单元12包括多个串联的电阻，所述多个串联的电阻的一端接地，另一端与所述测量单元11相连。

所述分流电阻单元13包括电流互感器和电阻网络，所述流互感器通过所述电阻网络与所述测量单元相连。

电阻分压单元采用电阻分压的方式工作。与现有技术中采用电压互感器等大尺寸器件的测量装置相比，本实用新型没有电压互感器等大尺寸器件，因此，本实用新型的体积较小，适合在狭小位置安装(特别是已经投入运营的电控柜)，安装要求较低。

本实施例中的油井电参数测量装置与远程终端采用如下通讯指标：

a.采用1路RS232接口(波特率9600bps)；

b.支持LoraWAN协议标准；

c.支持MODBUS-RTU协议；

d.无线传输距离：不小于1.50Km(市内环境)；

e.远程终端自带吸顶式天线，线长1.5米，放置在电控箱顶端,天线功率与无线无线通信单元相匹配；

本实施例中的油井电参数测量装置的电气性能如下：

a.供电方式：交流220V(60～265V)供电。

b.三相交流电频率输入范围：40～60Hz。

c.电压测量范围：0～460V，380V(线)正负20％范围内保证测量精度。

d.电流测量范围：0A～5A。

e.采用外置传感器时，软件上可根据传感器变比进行对应系数设置。

f.LED指示灯定义如下：

运行指示灯：正常工作时闪亮，闪亮周期不长于1S；

报警指示灯：报警时长亮(红色)；

通讯发指示灯：发送数据时闪亮；

有功脉冲指示灯：用于有功功率测试，校准仪表。

g.采用插拔式接线端子,各外接端口有明显标识。

本实施例中的油井电参数测量装置输入输出口具体设置为:

a.两路开关量输入，无源干结点输入。

b.两路开关量输出，额定输出能力≥5A，DO1为继电器常闭触点输出用于远程停井和保护停井，DO2为继电器常开触点输出用于远程启井。

c.脉冲输出驱动表头。

本实施例中的油井电参数测量装置的电参数采集设置如下：

数据采集单元具备下列a-e参数采集功能。其中，三相电压电流有效值、三相电流有效值、单相有功功率、单相无功功率、功率因数和正向有功电度实时采集并上传。电流图、功率图采集需要与功图仪同步。

a.测量三相交流电压Ua、Ub、Uc。

b.测量三相交流电流Ia、Ib、Ic。

c.测量三相有功功率P、无功功率Q、视在功率S、功率因数PF、频率f。

d.单相有功功率Pa、Pb、Pc；单相无功功率Qa、Qb、Qc；单相视在功率Sa、Sb、Sc；

e.测量正相有功电度、正相无功电度、反向有功电度、反向无功电度。

f.数据采集单元支持电流图采集，电流图在实际位移采样点中取200 点算法。

g.数据采集单元支持功率图采集，功率图在实际位移采样点中取200 点算法。

h.偏差校正功能：具有校准功能。

本实施例中的油井电参数测量装置的控制及保护设置如下：

a.保护功能：过压保护、欠压保护、过流保护，断相保护功能。当数据采集单元检测出上述异常情况时采用定时限方式执行停井操作，定时限周期100ms～120ms。过压保护上限最大值460V，欠压下限最大值300V，过流保护上限最大值100A(采样值乘变比后)。

b.报警功能：当通过继电输出单元输出执行保护功能时，点亮报警指示灯。

d.执行报警保护后，置寄存器标志位，该标志位可通过上电复位或上位机配置软件复位。

e.支持油井启、停状态检测，并上报上位机。

f.无线通信单元具备接收云平台指令远程停井功能。远程停井与保护功能共用DO1路继电器输出，DO2路继电器作为远程启井输出。

本实施例的油井电参数测量装置的使用流程具体包括：

上电后，进行外设初始化和变量初始化；无线通信单元模块主动加入网络后上发首次常规数据，上位机(远程终端)收到常规后进行常规回复，回复中带有下次发送时间间隔。期间上位机发送提取功图指令，无线通信单元收到数据后，按照预设的发送延时进行电量图的14包数据发送机制。如果为收到上位机主动提取常规或功图指令，则油井电参数测量装置将正常安装一定间隔采集数据，期间与上位机进行心跳包的发送机制，如若一定时间内未收到心跳包，则进行重新加入网络的过程。

数据采集单元采集到电压、电流等参数后，MCU进行电能计算，同时做出阈值报警判断，触发报警将完成继电输出单元的输出功能，输出后检测开关输入单元接收的信号来判断该井是否停机，并进行记录存储。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种油井电参数测量装置，其特征在于，包括：

数据采集单元，用于根据远程终端发送的采集指令采集油田采油设备的电参数；

无线通信单元，用于接收所述远程终端发送的采集指令，并向所述远程终端发送所述电参数；

继电输出单元，用于当所述电参数出现异常时向所述油田采油设备发出停机控制信号；

开关输入单元，用于接收所述油田采油设备发出的运行状态信号；

电源，用于为所述数据采集单元、无线通信单元、继电输出单元、开关输入单元供电。

2.根据权利要求1所述的油井电参数测量装置，其特征在于，还包括：

指示灯，用于在所述继电输出单元发出所述停机控制信号时进行报警动作。

3.根据权利要求1所述的油井电参数测量装置，其特征在于，还包括：

存储单元，用于储存所述电参数。

4.根据权利要求3所述的油井电参数测量装置，其特征在于，所述存储单元还用于存储所述运行状态信号。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的油井电参数测量装置，其特征在于，所述数据采集单元包括测量单元、电阻分压单元和分流电阻单元。

6.根据权利要求5所述的油井电参数测量装置，其特征在于，所述测量单元通过串行外设接口与所述电阻分压单元和分流电阻单元相连。

7.根据权利要求5所述的油井电参数测量装置，其特征在于，所述电阻分压单元包括多个串联的电阻，所述多个串联的电阻的一端接地，另一端与所述测量单元相连。

8.根据权利要求5所述的油井电参数测量装置，其特征在于，所述分流电阻单元包括电流互感器和电阻网络，所述电流互感器通过所述电阻网络与所述测量单元相连。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的油井电参数测量装置，其特征在于，所述无线通信单元为低功耗广域网通信芯片，所述低功耗广域网通信芯片采用LoraWAN协议与所述远程终端进行通信。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的油井电参数测量装置，其特征在于，所述电源包括AC-DC转换单元和稳压单元。