CN2603198Y

CN2603198Y - 具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置

Info

Publication number: CN2603198Y
Application number: CN 02291272
Authority: CN
Inventors: 何新怀; 孙苏虹
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-02-11
Anticipated expiration: 2012-12-18

Abstract

本实用新型提出了一种具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置，包括：信号检测电路，用于检测抽油机的负载状况；智能控制单元，根据信号检测电路检测的抽油机负载状况的变化，控制对抽油机的加电和断电。本实用新型中采用了可控硅技术和单片机智能控制，在抽油机的电动机做功时对电动机加电，而在电动机基本不做功时使电动机断电。本实用新型具有很好的防窃电的效果，而且能有效地提高抽油机的用电效率，从而降低油田生产成本。

Description

具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置

本实用新型的技术领域

本发明涉及节能控制装置，特别涉及一种油田抽油机用的节能控制装置。

本实用新型的技术背景

在油田生产中，一些非法用电户很容易利用价格低廉的设备以较低的成本在完全开放的输电线上接入各种用电设备。盗用输送给油田的电力供本单位生产使用。其后果一是造成合法用电单位由于电费的增加而带来的经济上的损失，更为严重的是可能造成线路和变压器的损坏和由此导致正常生产停工和严重的生产事故(例如油井停抽、电缆爆等)。从而严重损害国家和人民的财产。

为了解决非法用电户的窃电问题，人们也进行了各种研究，作了多种尝试。例如题为“一种油田防盗电节能输变电方法”的00132291.5号中国发明专利申请即提出了一种方法。即，将原有电网中心变电所输出的交流电压(例如6千伏)通过整流器从交流变换为直流，例如9千伏的直流电；通过原有的6千伏交流输电线路传输到用电设备处；利用直流降压斩波器，对上述6千伏的直流电压进行一次或多次斩波，使9千伏的直流电降压成为例如600伏的用户低压直流电，或者将原有电网的中心变电所输出的交流电压进行降压处理，成为低压交流电，再将该低压交流电用整流器转换为千伏级用户低压直流电；最后，通过直流/交流变换装置或者是直流变交流的电机控制器，把用户低压直流电变为50HZ的普通电力或10-50HZ的“变频”交流电。

但是，上述方法只提出了在电网到油田抽油机的输变电过程中防止盗电的方法。没有说明从供电站到油田抽油机供电中具体采用的措施，也没有公开这一类的装置。

另一方面，由于油田抽油机是油田生产中主要的用电设备。其运行特点是负载大幅度变化，在设计抽油机时，为了能够可靠地运行，均按所需最大负载选配电动机，而在正常运行中，一般都是运行的半周用力，而另外运行的半周不完全用力。因此电机在实际运行时多数情况下其负载率仅为50％左右甚至更低。所谓“大马拉小车”现象在油田生产当中非常普遍。如何采取节能措施来提高电机的效率和功率因数，也是众多技术人员致力研究的课题。

在油田抽油机的节能技术方面，目前主要采用的有智能可控硅调压、三角转星形的接法以及更换小电机等。中国专利申请97105630.7提出了一种用于抽油机的节能电机及其控制装置。其主要构思是在电机的定子上设计两个可以并联使用的Y型绕组。控制装置包括电流互感器、交流接触器、单片机和位移传感器。根据抽油机的负载情况，控制装置切换这两个并联的Y型绕组的运行。但是，这需要对各抽油机的驱动电机进行改造，并且也没有针对抽油机的半周用力、半周基本空载的情况提出解决方案。

中国专利申请00212048.8也提出了一种油田抽油机的节能控制装置。主要包括电压检测部分、电流检测部分、相位检测部分、单片机控制部分和数字显示部分等。其主要构思是通过单片机控制交流接触器，根据抽油机的负载控制抽油机电机进行星-角转换的运行来实现节能。另外，该专利申请所提出的装置还能够通过数字显示部分显示检测的数据，使油田工人便于监测油井的运行状态，并可以根据显示的功率值进行准确的配重平衡调节，以进一步节约能源。

可控硅技术的采用为抽油机节能技术的研究带来了新的方向。由于可控硅调压范围广、跟踪调节快，因而使得利用可控硅技术的节能装置具有更为显著的节能效果。

本实用新型的概述

鉴于上述情况，本实用新型提出了一种既具有防窃电功能同时还具有优良的节能效果的油田抽油机智能控制装置。该抽油机智能控制装置包括：信号检测电路，用于检测抽油机的工作负载情况；智能控制单元，根据信号检测电路检测的抽油机工作负载的变化，控制对抽油机的加电和断电。

在本实用新型的抽油机智能控制装置中，抽油机的工作负载情况例如是抽油机的工作电压，或者是抽油机的工作电流。优选是通过检测抽油机的工作电流相位来判断抽油机的负载状况。

智能控制单元包括控制单元，可控硅模块和交流接触器。控制单元接收信号检测电路的工作负载信号，例如电流相位信号，根据电流相位信号的变化判断抽油机的工作负荷状况。并针对抽油机的工作负荷状况输出相应的供电控制信号。可控硅模块和交流接触器根据控制单元的供电控制信号，对抽油机电动机进行供电和断电。

另外，在本实用新型的抽油机智能控制装置中，智能控制单元中还可包括看门狗电路，用于在智能控制单元异常中断控制时在预定时间之后重新启动智能控制单元。

另外，在本实用新型的抽油机智能控制装置中，还可包括显示电路，用于显示智能控制单元的工作情况以及电动机的工作情况。

本实用新型的抽油机智能控制装置还包括手动控制单元，用于当智能控制单元出现故障时，通过手动/自动切换装置切换到手动控制模式，实现对抽油机电动机启动(供电)的手动控制。

由于本实用新型采用了智能控制技术，根据抽油机的电动机负载情况不断改变供电状态，因此从本实用新型的控制装置所输出的电力只能适用于油井抽油机的工作。其它的用电设备是无法接入和使用由该抽油机智能控制装置输出的电力的。因此本实用新型起到了很好的防窃电的效果。另一方面，由于本实用新型的抽油机智能控制装置在抽油机的电动机做功时对电动机加电，而在电动机基本不做功时使电动机断电，因此就能有效地获得抽油机的节电效果。

附图简要说明

图1是本实用新型的抽油机智能控制装置优选实施方案的方框图；

图2是本实用新型的抽油机智能控制装置优选实施方案的线路原理图；

图3是图2中所示的智能控制单元的外围电路部分的电路图。

优选实施方案的说明

下面结合附图对本实用新型的抽油机智能控制装置优选实施方案进行详细的说明。

如图1所示，本实用新型优选实施方案的抽油机智能控制装置包括：信号检测电路1，用于检测抽油机负载。智能控制单元2，包括控制单元21和输出驱动电路22。控制单元21例如用单片机、可编程控制器等构成。如图2所示，输出驱动电路22包括可控硅模块221、222和223以及交流接触器KML。可控硅模块221、222和223与开关KM连接。KM连接在抽油机供电电路上。输出驱动电路22根据控制单元21的控制信号，对抽油机电动机进行相应的供电。

在本实用新型的一个实施例中，信号检测电路1检测的负载状况例如是抽油机的负载电流，也可以是负载电压，或者是同时对负载电流和负载电压进行检测。该智能控制单元2的控制单元21根据信号检测电路1所检测的抽油机负载状况，例如电流相位和/或电压相位的变化，判断电动机负载的变化。并根据电动机负载的变化输出供电控制信号。输出驱动电路22根据控制单元21的供电控制信号，控制对电动机的供电与断电。

例如，当信号检测电路1检测到的抽油机电动机工作负荷较大时，控制单元21根据信号检测电路1输出的检测信号，判断出此抽油机处于重负荷的工作状态。因此，控制单元21即输出控制信号，控制输出驱动电路22的可控硅模块和交流接触器对抽油机的电动机加电。另一方面，当信号检测电路1检测到的抽油机电动机工作负荷较轻时，控制单元21判断抽油机此时处于空载运行状态。因此，控制单元21即输出控制信号，控制输出驱动电路22的可控硅模块切断对抽油机电动机的供电。

此外，控制单元21还可以根据信号检测电路1检测的电流相位或电压相位的变化，自动识别处于不同冲次的抽油机。根据电动机冲次的不同，控制单元21自动调节电动机的供电与断电时间间隔，并在调整后的供电与断电时间间隔下输出相应的控制信号。

再有，控制单元21根据信号检测电路1检测的电流相位或电压相位的变化，在检测到电动机的电源缺相、电动机出现过载及堵转时，及时输出控制信号关闭输出驱动电路中的可控硅，以保护电动机不因缺相、过载的情况而烧毁。

在一个实施例中，该抽油机智能控制装置还包括显示电路5，用于显示智能控制单元2的工作情况以及电动机的工作情况。

此外，该抽油机智能控制装置还可包括手动控制单元6，用于当智能控制单元2出现故障时，通过切换装置切换到手动控制模式，实现对抽油机电动机启动(供电)的手动控制。在手动控制中，可直接使用起动、停止按钮进行操作，控制对电动机的供电。

图2是本实用新型的抽油机智能控制装置优选实施方案的线路原理图。图3是图2中所示的智能控制单元外围电路的电路图。图3中K1的接点1～26分别表示智能控制单元中单片机的各个引脚连接点。111～113为电压检测电路，121～123为电流检测电路。当然，在一些实施例中，也可以只采用电压检测电路或电流检测电路，在这种情况下对图2所示电路的调整是本领域技术人员的常识，因此不再赘述。

如图2所示，检测电路包括设置在智能控制单元2的外围电路板上的十二个取样电阻R1-R12。各电阻一端接电源(电压较高)，另一端输入至智能控制单元2的单片机的输入端。通过检测从这12个取样电阻输入的电动机各相的电压和电流的相位，智能控制单元2就可以判断电动机的负载情况。在电动机做功而处于大负载的情况下输出控制信号使电动机加电，而在电动机基本不做功，即负载很轻或处于被动运转时，输出控制信号使电动机断电，此时电动机可利用惯性运转。

图3中示出了智能控制单元2的外围电路的更为详细的线路连接。在根据抽油机的工作负载情况切断对电动机的供电时所产生的瞬间分断电压会非常高，相当于正常工作电压的几十倍。在这种情况下，如果采用普通的电阻分压方法来取样，则很容易将电阻烧毁。因此如图3所示，本实用新型在电压检测电路111～113中分别采用了并联的光耦合电阻1111、1111’，1121、1121’，1131、1131’，在电流检测电路121～123中也分别采用了并联的光耦合电阻1211、1211’，1221、1221’，1231、1231’。并且在取样电阻R1-R12与电压检测电路111～113、电流检测电路121～123之间采用了光隔离单元O1～O3。于是，从取样电阻R1-R12输入的信号就分别经光隔离单元O1～O3输入至电压检测电路111～113中的光耦合电阻1111、1111’，1121、1121’，1131、1131’和电流检测电路121～123中的光耦合电阻1211、1211’，1221、1221’，1231、1231’，再经这些光耦合电阻的另一端分别输入K1上的智能控制单元中单片机的相应的信号输入引脚连接点。这样，就可以避免瞬间分断电压(浪涌)造成后面的电压检测电路111～113和电流检测电路121～123被损坏。

另外，在图2和图3中还显示了8个指示灯L1～L8，其中有4个指示灯是指示智能控制单元2的工作情况的。分别是全压工作指示灯、故障指示灯、检测指示灯和微机处理指示灯。所述指示灯L1～L8一端连接在一起，另一端分别连接至单片机的信号输出端。当电动机工作在正常负荷状态时，全压指示灯亮。当智能控制单元2出现故障而停机时，故障指示灯亮。当电动机处于空载或被拖动状态时，检测指示灯亮。在电动机处于断电状态时微机指示灯亮。可以通过这些指示灯直观地了解智能控制单元2的工作情况。在进入正常工作之后，检测指示灯和微机处理指示灯就指示智能控制单元2的检测和调整控制状态。

在本实用新型的一个实施例中，还包括一手动/自动切换装置，如图2中所示。交流接触器KML的一端与输入电源的一端直接连接。交流接触器KML的另一端通过开关S4和手动/自动切换装置S3中的常开开关连接至输入电源的另一端，交流接触器KML与输入电源的这两端之间还连接有继电器的起动开关S1、停止开关S2和手动/自动切换装置S3的常闭开关。当智能控制单元2出现故障时，可以通过该手动/自动切换装置S3切换到手动控制模式，通过继电器的起动开关S1和停止开关S2实现对抽油机电动机启动(供电)的手动控制。另一方面，当智能控制单元2恢复正常，或当手动控制系统(直接起停系统)出现故障时，就通过该手动/自动切换装置S3切换到智能控制单元2的自动控制模式。另外，当合上开关S4时，将实现全压起动。从图2可以看出，在本实施例中，智能控制单元2的自动控制系统和手动控制系统都能独立地运行。在自动控制系统模式下，智能控制单元2通过三组可控硅模块221，222和223来进行对电动机的供电控制。而在手动控制系统的模式下，则通过继电器的开关S1和S2以及交流接触器KML来进行对电动机的供电控制。这两套系统都设有独立的保护系统，以确保电动机的安全运行。因此可以避免因某部分出现故障造成抽油机的停抽并影响生产的情况发生。

在一个实施例中，智能控制单元2从信号检测电路1检测电动机的工作状态，例如过载、堵转等。还可以从诸如电动机温度检测电路和电源检测电路(图中未示出)输入信号以检测诸如电动机的环境条件或电源的缺相等情况。这些检测信号都可以通过例如过载保护输入端A1输入至智能控制单元2。当通过这些检测电路检测到上述异常情况时，智能控制单元2即控制保护电路(在本例中由可控硅模块221、222和223构成)使电动机停机。

在智能控制单元2的外围电路板上还可设置看门狗电路。用于在智能控制单元2异常中断时在预定时间(例如20秒)后重新启动智能控制单元2。

在一实施例中，共有三组可控硅模块。这三组可控硅模块中的相应器件(如各个可控制硅和吸收电路)的参数是一致的。它们分别串接在电动机的每组线圈绕组里。由于可控硅的温度不能过高(不超过80℃)，可控硅模块的金属衬底可以加上散热器。

如图2所示，各组可控硅模块221、222和223中分别包含有吸收电路，其作用是触发相应的可控硅。可控硅模块221的吸收电路由电阻R1和C1串联构成，可控硅模块222的吸收电路由电阻R2和C2串联构成，可控硅模块223的吸收电路由电阻R3和C3串联构成。吸收电路与各自可控硅尽量接近。触发线选用0.75-1平方毫米的多股塑料软线。连接线焊接在相应可控硅的端子上并用热缩管套好，另一端则采用质量好、弹性强的插头，以保证与智能控制单元2的外围线路板的输出端有可靠的连接。

在上述实施例中，在使用了可控硅调压后，电动机定子每相线圈承受的电压由线电压降为相电压(可调)。即只有原来的

左右，因此与相电压平方成正比的电动机铁芯中的有功功率损耗比原来要减少2/3，从而能取得良好的节电效果。还要说明的是，本实施例中的接线是按照控制角形电动机的方式连接的。对本领域技术人员来说，如果要控制Y形电动机，显然通过对外围接线板进行改造、或使用Y形电机专用外围电路板即可。

本实用新型的设计人对本实施例的抽油机智能控制装置的节电型接法和电动机的普通角形接法在实际应用中的负荷率与节电率作了比较。

设P为电动机输出功率，P_Δ为角接时电动机输入功率，P_节为节电型接法时电动机输入功率。当电动机由角接法运行改为节电型接法运行时，其节电率由下式求出：

节电率＝P_Δ-P_节/P_Δ

实验结果示于表1：

表1电动机节电型接法和角形接法的负荷率与节电率对照

负荷率β	节电率(％)
负荷率β	节电率(％)	0.10	21.26

0.15	12.28
0.15	12.28	0.20	9.09
0.25	5.66	0.20	9.09
0.25	5.66	0.30	3.85
0.35	1.96	0.30	3.85
0.35	1.96	0.40	0.99
0.45	0.50	0.40	0.99
0.45	0.50	0.50	0.00

显然可以看出，当电动机负荷率小于0.3时，通过采用本实用新型的抽油机智能控制装置将电动机由常压运行转为降压运行，得到了非常显著的节电效果。

Claims

1.一种具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置，包括：

信号检测电路，用于检测抽油机的负载状况；

智能控制单元，根据信号检测电路检测的抽油机负载状况的变化，控制对抽油机的加电和断电。

2.根据权利要求1所述的具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置，其中所述智能控制单元包括控制单元和输出驱动电路，输出驱动电路根据控制单元的控制信号，对抽油机电动机进行相应的供电。

3.根据权利要求2所述的具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置，其中所述输出驱动电路包括可控硅模块和交流接触器。

4.根据权利要求3所述的具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置，其中所述输出驱动电路包括三组可控硅模块，并且这三组可控硅模块的参数是彼此一致的。

5.根据权利要求4所述的具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置，其中所述三组可控硅模块分别串接在电动机的线圈绕组中。

6.根据权利要求1所述的具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置，还包括显示电路，用于显示智能控制单元的工作情况以及电动机的工作情况。

7.根据权利要求1所述的具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置，还包括看门狗电路，用于在智能控制单元异常中断控制时在预定时间之后重新启动智能控制单元。

8.根据权利要求1所述的具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置，还包括手动控制单元，用于当智能控制单元出现故障时，通过手动/自动切换装置切换到手动控制模式，实现对抽油机电动机启动的手动控制。

9.根据权利要求1所述的具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置，其中所述检测电路由取样电阻和光耦合电阻构成。

10.根据上述权利要求任一项所述的具有防窃电和节能功能的抽油机智能控制装置，其中所述抽油机负载状况是电流相位或电压相位。