CN211851774U - 空心杆电加热控制柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种空心杆电加热控制柜，属于油井电加热技术领域，该空心杆电加热控制柜包括：直流交流转换电路，具有用于与外部直流电源连接的输入端和用于输出交流电的输出端；至少两个开关电路，每个所述开关电路的一开关端点与所述直流交流转换电路的输出端连接，每个所述开关电路的另一开关端点与一个空心杆电加热装置连接。本实用新型能避免接入交流电时多个电路同时工作而出现发热严重的情况，且还能使空心杆电加热控制柜控制多个空心杆电加热装置对不同的油井加热，提高空心杆电加热控制柜的利用率。

Description

空心杆电加热控制柜

技术领域

本实用新型涉及油井电加热技术领域，特别涉及一种空心杆电加热控制柜。

背景技术

油田后期开发为了减少土地占用和节能的需要，实行多口油井井位集中定位的开发方式(俗称井丛场)。对于井场内的稠油井和高含蜡井，通常需要在油井内设置空心杆电加热装置，以对油井内的油液加热，降低油液粘度，防止油液在油井内结蜡。

相关技术中，空心杆电加热装置由电加热控制柜控制工作，电加热控制柜在控制空心杆电加热装置工作时，从380V交流电源中获取交流电，并利用电机热控制柜内的整流电路，将交流电转换为直流电，再利用逆变电路将直流电转换为交流电，接着利用电加热控制柜内的输出变压器将交流电转换为适合空心杆电加热装置工作的输出电压，以供空心杆电加热装置工作。

然而，在电加热控制柜运行过程中，整流电路、逆变电路和输出变压器均同时工作，因此使得电加热控制柜内电路发热严重，导致电加热控制柜内的器件容易损坏；同时，在井丛场内每一口稠油井和高含蜡井都需要对应安装一个空心杆电加热装置，且每个空心杆电加热装置都需要配置一台电加热控制柜来控制空心杆电加热装置工作，无疑增加了油田的运行成本。

实用新型内容

本实用新型提供了一种空心杆电加热控制柜，能避免接入交流电时多个电路同时工作而出现发热严重的情况，且还能使空心杆电加热控制柜控制多个空心杆电加热装置对不同的油井加热，提高空心杆电加热控制柜的利用率。所述技术方案如下：

本实用新型提供了一种空心杆电加热控制柜，所述空心杆电加热控制柜包括：直流交流转换电路，具有用于与外部直流电源连接的输入端和用于输出交流电的输出端；至少两个开关电路，每个所述开关电路的一开关端点与所述直流交流转换电路的输出端连接，每个所述开关电路的另一开关端点与一个空心杆电加热装置连接。

在本实用新型的一种实现方式中，所述开关电路包括交流接触器，所述开关电路的两个开关端点为所述交流接触器的一对第一常开触点，所述交流接触器的控制回路与工作电源连接。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述直流交流转换电路包括逆变器，所述交流接触器的一对第二常开触点连接在所述逆变器的控制回路中。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述直流交流转换电路还包括输出变压器，所述输出变压器的初级线圈与所述逆变器的输出端连接，所述输出变压器的次级线圈与所述交流接触器的第一常开触点连接。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述直流交流转换电路还包括耦合电容，所述耦合电容连接在所述逆变器和所述输出变压器之间。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述外部直流电源为井丛场内控制抽油机的电机的537V的直流电源分接箱。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述空心杆电加热控制柜还包括开关控制电路，所述交流接触器的控制回路上设有开关，所述开关控制电路与所述交流接触器的控制回路的开关连接。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述开关控制电路包括可编程时间控制器。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述空心杆电加热控制柜还包括自动空气开关，所述自动空气开关连接在所述直流交流转换电路与所述外部直流电源之间。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述直流交流转换电路通过铠装电缆与所述外部直流电源连接。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本实用新型提供的空心杆电加热控制柜包括直流交流转换电路和开关电路，直流交流转换电路与外部直流电源连接，并输出交流电。这样使得空心杆电加热控制柜的直流交流转换电路直接与外部直流电源连接，能避免接入交流电时需要整流电路、逆变电路和输出变压器同时工作，而使空心杆电加热控制柜出现发热严重的情况，防止空心杆电加热控制柜内的器件轻易损坏。同时还设置了至少两个开关电路，开关电路的两个开关端点分别与交流转换电路的输出端和空心杆电机热装置的电路电连接，即通过与不同的空心杆电加热装置对应设置的开关电路作为控制各个空心杆电加热装置与直流交流转换电路之间的开关，以实现一个空心杆电加热控制柜驱动多个空心杆电加热装置分别对不同的油井加热的目的，以提高空心杆电加热控制柜的利用率，降低油田的运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的一种空心电加热控制柜的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的一种交流接触器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种输出变压器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种空心杆电加热装置与直流电源分接箱的连接示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1是本实用新型实施例提供的一种空心电加热控制柜的结构框图。如图1所示，该空心杆电加热控制柜包括：直流交流转换电路1和至少两个开关电路2。其中，直流交流转换电路1具有用于与外部直流电源连接的输入端和用于输出交流电的输出端；每个开关电路2的一开关端点与直流交流转换电路1的输出端连接，每个开关电路2的另一开关端点与一个空心杆电加热装置连接。

本实用新型实施例提供的空心杆电加热控制柜包括直流交流转换电路和开关电路，直流交流转换电路与外部直流电源连接，并输出交流电。这样使得空心杆电加热控制柜的直流交流转换电路直接与外部直流电源连接，能避免接入交流电时需要整流电路、逆变电路和输出变压器同时工作，而使空心杆电加热控制柜出现发热严重的情况，防止空心杆电加热控制柜内的器件轻易损坏。同时还设置了至少两个开关电路，开关电路的两个开关端点分别与交流转换电路的输出端和空心杆电机热装置的电路电连接，即通过与不同的空心杆电加热装置对应设置的开关电路作为控制各个空心杆电加热装置与直流交流转换电路之间的开关，以实现一个空心杆电加热控制柜驱动多个空心杆电加热装置分别对不同的油井加热的目的，以提高空心杆电加热控制柜的利用率，降低油田的运行成本。

本实用新型实施例中，开关电路是指能根据输入信号，控制开关电路所连入的回路的通断的电路。其中，开关电路的开关端点通常是成对设置，且一对开关端点是相互配合的，通过将一对开关端点连入需要控制的回路，以实现控制回路通断的目的。

例如，本实施例中，开关电路的一开关端点与直流交流转换电路的输出端连接，而另一个开关端点与空心杆电加热装置连接，从而实现控制直流交流转换电路与空心杆电加热装置的通断连接。

可选地，开关电路2包括交流接触器20，开关电路2的两个开关端点为交流接触器20的一对第一常开触点21，即交流接触器20的一对第一常开触点21 连接在直流交流转换电路1和空心杆电加热装置之间，交流接触器20的控制回路与工作电源连接。

图2是本实用新型实施例提供的一种交流接触器的结构示意图。如图2所示，交流接触器20包括：电磁机构和触点机构，电磁机构包括铁芯23和缠绕在铁芯23上的线圈，以及与铁芯23相对间隔设置的衔铁24，线圈与工作电源连接，在线圈与工作电源通路得电后，线圈使其缠绕的铁芯23产生电磁吸力，使得衔铁24吸合铁芯23。触点机构包括触头随动杆25，触头随动杆25的端部与衔铁 24连接，触头随动杆25上设置多个连接触头2a、2b，每个连接触头上均设有两个触点，两个触点分别位于触头随动杆25的两侧，触头随动杆25的两侧还设置有与连接触头2a、2b上的触点配合的连接触点。其中，用于与连接触头2a 的触点配合的连接触点为第一常开触点21，用于与连接触头2b配合的连接触点为第二常开触点22。

工作时，交流接触器20的线圈与工作电源连通，接入工作电源输出的交流电，线圈使得铁芯23上产生电磁吸力，将衔铁24吸合在铁芯23上，衔铁24 带动触头随动杆25移动，使得连接触头2a、2b上的触点与分布于触头随动杆 25两侧的连接触点连接，从而将断开的两个连接触点电连接在一起，导通电路。

在本实用新型实施例中，每个交流接触器20的一对第一常开触点21的一个与直流交流转换电路1中输出交流电的第一输出端1a电连接，每个交流接触器20 的一对第一常开触点21的另一个与空心杆电加热装置的输入端电连接，而空心杆加热装置的输出端则与直流交流转换电路1中输出交流电的第二输出端1b电连接，构成通电的回路。也即是，每个交流接触器20与对应的一个空心杆电加热装置电连接，且每个交流接触器20均与同一个直流交流转换电路1连接，即由一个直流交流转换电路1控制多个交流接触器20，实现一个空心杆电加热控制柜驱动多个空心杆电加热装置分别对不同的油井加热的目的，以提高空心杆电加热控制柜的利用率。

其中，空心杆电加热装置是一种利用集肤效应原理的加热装置，集肤效应为：当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流将集中在导体表面部分，使得导线的电阻增加，且增加损耗功率。而空心杆电加热装置包括空心杆和位于空心杆内的单芯电缆，空心杆从井口插入井底，而单芯电缆则从空心杆内部进入到井底，单芯电缆并在抵达井底后与空心杆的内壁断路连接，空心杆处于井口的端部则通过导线与直流交流转换电路1中输出交流电的第二输出端1b电连接，以使电缆与空心杆构成回路。当单芯电缆与空心杆同时接入交流电时，通过电流的集肤效应，使得空心杆发热，以实现对油井内油液的加热。

示例性地，本实施例中设置了两个交流接触器20，且交流接触器20可以选用额定电流为160A、线圈电压为220V的交流接触器20。两个交流接触器20 的一对第一常开触点21的一个可以同时连接在直流交流转换电路1的第一输出端1a上，而两个交流接触器20的一对第一常开触点21中的另一个则分别与不同的空心杆电加热装置电连接，从而实现一个空心杆电加热控制柜驱动两个不同的空心杆电加热装置的目的。

上述实现方式中，多个交流接触器20工作均是通过控制交流接触器20的线圈所在的回路通断，以使交流接触器20工作或停止工作。该控制交流接触器 20的线圈所在的回路通断的过程可以是人工手动，也可以是自动控制。

可选地，空心杆电加热控制柜还可以包括开关控制电路3，交流接触器20 的控制回路上设有开关，开关控制电路3与交流接触器20的控制回路的开关连接。开关控制电路3可以通过控制交流接触器20的控制回路上的开关断开或闭合，实现控制交流接触器20的控制回路的通断。

示例性地，开关控制电路3可以包括可编程时间控制器。其中，可编程时间控制器可以是型号为XHST-10A的控制器。可编程时间控制器相当于一种定时开关，通过向可编程时间控制器内输入控制参数，以使可编程时间控制器能在设定的时间控制回路通路或断路。本实用新型实施例中，可编程时间控制器可以包括多个输出接点，多个输出接点可以分别接入多个不同的交流接触器20的线圈所在的控制回路的开关上，通过控制开关的闭合状态，实现控制交流接触器 20的线圈所在的控制回路的通断，因此，可以实现通过一个可编程时间控制器，同时控制多个交流接触器20工作的目的。

由于油田加热方式均是采用间断式加热，该加热方式控制电加热装置在设定的启动时间开始加热，在设定的停止时间停止加热，循环往复。例如，电加热装置加热30分钟后，可以停止加热60分钟。

在通过可编程时间控制器控制交流接触器20工作时，可以同时控制多个交流接触器20一起工作，也可以控制多个交流接触器20交替间隔工作。相较于多个交流接触器20同时而言，交替工作的方式能使空心杆电加热控制柜的温度更低，从而避免设备发热严重，以使设备安全工作。

由于相关技术中，抽油机的电机是采用直流电源通电工作的，该直流电源为井丛场内的直流电源分接箱。而当抽油机的负荷变化加之抽油机的平衡块的作用，抽油机的电动机经常出现超过同步转速运转的情况，即出现抽油机的平衡块带动电机转动(正常是电机转动驱动平衡块转动)的情况，使得电机变成发电机。而电机发电产生的电能会反馈回直流电网，而通常反馈至直流电网的能量含有谐波成分，这样就会造成直流电网的污染，影响电器设备安全稳定运行。

为此，本实用新型实施例将与直流交流转换电路1连接的外部直流电源设置为井丛场内控制抽油机的电机的537V的直流电源分接箱。这样，就使得直流交流转换电路1连接至与抽油机的电机所在的直流电网中，从而使得直流交流转换电路1能作为直流电网中的负载，用于消耗电机发电产生的电能，从而防止电能反馈回直流电网，而污染直流电网，影响电器设备安全稳定运行。

再次参见图1，直流交流转换电路1包括逆变器11，交流接触器20的一对第二常开触点22连接在逆变器11的控制回路上，逆变器11的输入接口与外部直流电源电连接，且直流电源为控制抽油机的电机工作的直流电源分接箱。

其中，逆变器11是一种能把直流电转变成交流电的转换器。逆变器11的输入接口接入从外部直流电源中传导而来的直流电，逆变器11利用内部的逆变电路将外部直流电源的直流电转变成交流电，逆变器11的工作原理可以参见相关技术，本实施例不做描述。

而输入逆变器11的直流电压包括两路，一路接入外部直流电源的直流电，将外部直流电源的直流电输送至逆变器11的逆变电路中，以将直流电转变成交流电。另一路用于给逆变器11的驱动芯片供电，使驱动芯片产生控制信号控制逆变电路工作，并控制逆变电路转变的交流电的频率和电压。其中，驱动芯片所在的电路即为逆变器11的控制回路。

即逆变器11自身工作时需要向控制回路供电，因此，本实施例还将交流接触器20的一对第二常开触点22连接在逆变器11的控制回路上，用于控制逆变器11通电工作。也即是，当交流接触器20的线圈通电时，交流接触器20控制空心杆电加热与逆变器11的第一输出端1a和第二输出端1b导通的同时，还会控制逆变器11开始通电工作，从而保证空心杆电机加热柜能正常控制空心杆电机热装置工作。

如图1所示，在该空心杆电加热控制柜中，直流交流转换电路1还包括输出变压器12。图3是本实用新型实施例提供的一种输出变压器的结构示意图。如图 3所示，输出变压器12的初级线圈121与逆变器11的输出端连接，输出变压器 12的次级线圈122与交流接触器20的第一常开触点21连接。

其中，输出变压器12包括初级线圈121、次级线圈122和铁芯123。输出变压器12的初级线圈121的第一端与逆变器11的第一输出端1a电连接，输出变压器12的初级线圈121的第二端与逆变器11的第二输出端1b电连接，输出变压器12的次级线圈122的第一端与交流接触器20的一对第一常开触点21的一个第一常开触点21电连接，输出变压器12的次级线圈122的第二端与空心杆电加热装置的输出端电连接。即初级线圈121的两端分别与逆变器11的第一输出端1a和第二输出端1b电连接，使得逆变器11中的交流电传导至输出变压器12的初级线圈121中，且在初级线圈121中通有交流电时，铁芯123中便产生交流磁通，使输出变压器12的次级线圈122中感应出交流电。

本实施例中，输出变压器12的次级线圈122的匝数可以调节，以使输出变压器12的初级线圈121和磁极线圈的匝数比不同，从而使得输出变压器12的次级线圈122的第一端和第二端具有不同的电压，以便于根据空心杆电机热装置所需电压调节至合适的电压值。

示例性地，本实用新型实施例中，空心杆电加热控制柜从外部直流电源处获取537V的直流电，537V的直流电经逆变器11调节成260V、1000HZ的单相交流电，260V的交流电输入至输出变压器12的初级线圈121后，可以调节输出变压器12的初级线圈121和次级线圈122的匝数比，以使得输出变压器12的次级线圈122的第一端和第二端具有不同的电压，例如，325V、375V、425V、650V、 750V、850V。

可选地，直流交流转换电路1还可以包括耦合电容13，耦合电容13连接在逆变器11和输出变压器12之间。

本实用新型实施例中，由于逆变器11输出的交流电中可能还有部分直流电，在逆变器11和输出变压器12之间设置耦合电容13，可以让交流电通过而阻挡直流电，这样就过滤掉逆变器11输出的交流电中可能存在的直流电，从而输出信号质量更好的交流电。

图4是本实用新型实施例提供的一种空心杆电加热装置与直流电源分接箱的连接示意图。如图4所示，在该空心杆电加热控制柜中，空心杆电加热控制柜还可以包括自动空气开关14，自动空气开关14连接在直流交流转换电路1与外部直流电源(直流电源分接箱5)之间。其中，自动空气开关14是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，能在电路发生短路、严重过载及欠电压等问题时，自动断开电路，以保护电路。通过在在直流交流转换电路1与电源之间的电路上串接自动开启开关，使得空心杆电加热控制柜具备过温、过热和短路保护功能，防止损坏。

可选地，直流交流转换电路1通过铠装电缆4与电源电连接。铠装电缆4 是由不同的材料导体装在有绝缘材料的金属套管中，被加工成可弯曲的坚实组合体。铠装电缆4可以增加电缆的机械强度，提高防侵蚀能力。铠装电缆4可以增强电缆的抗拉强度、抗压强度等，以延长电缆的使用寿命。

示例性地，直流交流转换电路1与直流电源分接箱5之间可以采用铠装铜电力电缆连接。

在使用本实用新型实施例提供的一种空心杆电加热控制柜时，首先，将两芯铠装铜电力电缆分别与井丛场的直流电源分接箱5和空心杆电加热控制柜连接，铠装铜电力电缆的一端连接在井丛场上537V直流电源分接箱5内的自动空气开关下口，铠装铜电力电缆的另一端连接空心杆电加热控制柜的自动空气开关14 上口。将两口需要加热的油井的空心杆电加热装置分别连接至两个交流接触器 20的第一常开触点21上。

然后，合上井丛场537V直流电源分接箱5内的自动空气开关和空心杆电加热控制柜内的自动空气开关14，调整好空心杆电加热控制柜的各项参数，将两口井的加热启动时间、停止加热时间及间隔时间输入可编程时间控制器，启动可编程时间控制器。

本实施例以控制多个交流接触器20交替间隔工作为例，可编程时间控制器的一个输出接点闭合，该输出接点控制的一个交流接触器20的线圈得电吸合衔铁24，交流接触器20的一对第一常开触点21和一对第二常开触点22均闭合，使得空心杆电加热控制柜的逆变器11得电开始工作，同时一个空心杆电机热装置运行，油井开始加热。当达到设定停止加热时间时，可编程时间控制器的一个输出接点断开，使一个交流接触器20的线圈失电断开，一对第一常开触点21 和一对第二常开触点22均断开，空心杆电加热控制柜内的逆变器11停止运转。

在一口油井停止加热时，可编程时间控制器的另一个输出接点闭合，该输出接点控制的另一个交流接触器20的线圈得电吸合，另一个交流接触器20的一对第一常开触点21和一对第二常开触点22闭合，空心杆电加热控制柜的逆变器11运行，另一口油井开始加热。

当另一口油井停止加热时，可编程时间控制器的另一个输出接点断开，另一个交流接触器20的线圈失电断开，一对第一常开触点21和一对第二常开触点22均断开，空心杆电加热控制柜内的逆变器11停止运转。两口油井可以循环往复交替加热。

以上仅为本实用新型的可选实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空心杆电加热控制柜，其特征在于，所述空心杆电加热控制柜包括：

直流交流转换电路(1)，具有用于与外部直流电源连接的输入端和用于输出交流电的输出端；

至少两个开关电路(2)，每个所述开关电路(2)的一开关端点与所述直流交流转换电路(1)的输出端连接，每个所述开关电路(2)的另一开关端点与一个空心杆电加热装置连接。

2.根据权利要求1所述的空心杆电加热控制柜，其特征在于，所述开关电路(2)包括交流接触器(20)，所述开关电路(2)的两个开关端点为所述交流接触器(20)的一对第一常开触点(21)，所述交流接触器(20)的控制回路与工作电源连接。

3.根据权利要求2所述的空心杆电加热控制柜，其特征在于，所述直流交流转换电路(1)包括逆变器(11)，所述交流接触器(20)的一对第二常开触点连接在所述逆变器(11)的控制回路中。

4.根据权利要求3所述的空心杆电加热控制柜，其特征在于，所述直流交流转换电路(1)还包括输出变压器(12)，所述输出变压器(12)的初级线圈(121)与所述逆变器(11)的输出端连接，所述输出变压器(12)的次级线圈(122)与所述交流接触器(20)的第一常开触点(21)连接。

5.根据权利要求4所述的空心杆电加热控制柜，其特征在于，所述直流交流转换电路(1)还包括耦合电容(13)，所述耦合电容(13)连接在所述逆变器(11)和所述输出变压器(12)之间。

6.根据权利要求1至5任一项所述的空心杆电加热控制柜，其特征在于，所述外部直流电源为井丛场内控制抽油机的电机的537V的直流电源分接箱。

7.根据权利要求2至5任一项所述的空心杆电加热控制柜，其特征在于，所述空心杆电加热控制柜还包括开关控制电路(3)，所述交流接触器(20)的控制回路上设有开关，所述开关控制电路(3)与所述交流接触器(20)的控制回路的开关连接。

8.根据权利要求7所述的空心杆电加热控制柜，其特征在于，所述开关控制电路包括可编程时间控制器。

9.根据权利要求1至5任一项所述的空心杆电加热控制柜，其特征在于，所述空心杆电加热控制柜还包括自动空气开关(14)，所述自动空气开关(14)连接在所述直流交流转换电路(1)与所述外部直流电源之间。

10.根据权利要求1至5任一项所述的空心杆电加热控制柜，其特征在于，所述直流交流转换电路(1)通过铠装电缆(4)与所述外部直流电源连接。

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