CN2914489Y - 抽油机变频节能控制柜 - Google Patents

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杨须红
张庆红
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Abstract

抽油机变频节能控制柜，它包括主控部分、辅助控制部分；主控部分由380V电源经过断路器(ZK)控制后，分为两路电路：一路为变频回路，另一路为旁路回路；辅助控制部分位置接近信号中的信号输入到智能控制器(FCC－A)，经过智能控制器(FCC－A)转化，输出给变频器(BPQ)一个控制信号，变频器(BPQ)进行频率变换，从而控制抽油机的电动机(M)的转速。它克服了现有游梁式抽油机只能将再生电能通过专门的能耗制动电路消耗在功率电阻上，转化为热能的不足。本实用新型具有可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，既节约电能，又增加原油产量的优点。

Description

抽油机变频节能控制柜
技术领域
本实用新型涉及一种为现场采油而制作的抽油机变频节能控制柜。
背景技术
在石油开采中，电费支出约占吨油生产成本的三分之一，抽油机作为油田最基本的设备，其节能降耗显得更加重要。资料显示，我国电力消耗仅次于美国，位居世界第二，而我国的吨油成本是国外吨油成本的好几倍。尽可能的节能增效，同国际水平接轨，这是我国石油工业的必然趋势。
游梁式抽油机每个冲次有重载、轻载、发电三种工作状态。抽油机属位能性负载，尤其当配重不平衡时，电动机由于位能或惯性，在整个冲次的某个阶段，负载拖动电动机的转速比变频器输出频率所对应的转速还要高，电动机处于再生发电状态，产生的再生电能传输直流侧滤波电容上，形成泵升电压。因此，这部分再生能量必须处理。普通变频器的输入是二极管整流，能量不能反向流动，上述能量不能流回电网，处理再生能量的方法为能量消耗，是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能通过专门的能耗制动电路消耗在功率电阻上，转化为热能，因此称为电阻能耗制动。为保证系统安全运行，这部分电能不得不被丢失和消耗。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一种抽油机变频节能控制柜。它可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，既节约电能，又增加原油产量。
本实用新型的目的是通过如下措施来达到的：抽油机变频节能控制柜，其特征在于它包括主控部分、辅助控制部分；
所述主控部分由380V电源经过断路器ZK控制后，分为两路电路：一路为变频回路，另一路为旁路回路；
所述变频回路经过电流互感器TAb后，通过交流接触器KM2进入变频器BPQ，再经过变频器BPQ变频后进入交流接触器KM3；
旁路回路由交流接触器KM1构成，并与交流接触器KM2、变频器BPQ、交流接触器KM3并联，在出线端与KM3连接后汇总进入热继电器RJ，通往外部抽油机电机M；
所述辅助控制部分位置接近信号中的信号输入到智能控制器FCC-A，经过智能控制器FCC-A转化，输出给变频器BPQ一个控制信号，变频器BPQ进行频率变换，从而控制抽油机的电动机M的转速。
在上述技术方案中，所述变频器BPQ上有电源输入端子R、S、T和输出端子U、V、W，所述交流接触器KM2通过电源输入端子R、S、T进入变频器BPQ，再经过变频器BPQ变频后由输出端子U、V、W进入交流接触器KM3。
在上述技术方案中，所述智能控制器FCC-A与变频器BPQ有相互匹配的接线端子CM、1ST、2ST。
在上述技术方案中，所述变频器BPQ上有故障信号接口ALM1、ALM2。
本实用新型抽油机变频节能控制柜具有如下优点：①本实用新型可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，既节约电能，又增加原油产量。②使用变频器后，电动机功率因数可由0.25～0.50提高到0.90以上，从而减轻了电网和变压器的负担，降低了线损。③冲次任意调节，不需停产调节速度，解决了因调速造成的停产，从而提高了生产效率。④通过变频对抽油机转速的调节，根据抽油机的特殊工况，把转速控制细划为上冲程转速控制和下冲程转速控制，在上冲程电机提高转速，下冲程电机减低转速，从而减少漏失，提高泵效。⑤操作极为简单，一改商用变频器只有专家才能使用的复杂产品概念。设两段速调节冲次，无需复杂设定，程序充分简化，不会因操作而出现错误。
附图说明
图1为本实用新型抽油机变频节能控制柜的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限制。
参阅附图可知：抽油机变频节能控制柜，它包括主控部分、辅助控制部分；主控部分它由断路器ZK、热继电器RJ、电流互感器TAb、交流接触器KM1、KM2、KM3，变频器BPQ和连接这些元器件的电缆组成。
所述主控部分由380V电源经过断路器ZK控制后，分为两路电路：一路为变频回路，另一路为旁路回路；
所述变频回路经过电流互感器TAb后，通过交流接触器KM2进入变频器BPQ，再经过变频器BPQ变频后进入交流接触器KM3；
旁路回路由交流接触器KM1构成，并与交流接触器KM2、变频器BPQ、交流接触器KM3并联，在出线端与KM3连接后汇总进入热继电器RJ，通往外部抽油机电机M；
所述辅助控制部分位置接近信号中的信号输入到智能控制器FCC-A，经过智能控制器FCC-A转化，输出给变频器BPQ一个控制信号，变频器BPQ进行频率变换，从而控制抽油机的电动机M的转速。
在上述技术方案中，所述变频器BPQ上有电源输入端子R、S、T和输出端子U、V、W，所述交流接触器KM2通过电源输入端子R、S、T进入变频器BPQ，再经过变频器BPQ变频后由输出端子U、V、W进入交流接触器KM3。
在上述技术方案中，所述智能控制器FCC-A与变频器BPQ有相互匹配的接线端子CM、1ST、2ST。
在上述技术方案中，所述变频器BPQ上有故障信号接口ALM1、ALM2。
辅助控制部分由智能控制器、位置接近信号(器)及二次线路组成。按其电路中电压性质又分为DC24V智能控制器输出线路、AC220V控制回路、电流回路。
本实用新型抽油机变频节能控制柜的柜体结构为户外型低压动力配电柜，封闭式结构，外壳可采用优质钢板弯制焊接，表面高压静电喷塑处理，抗腐蚀能力强，防护等级高。带有强制风冷，自动控制，内设温度检测、调节环节，以满足环境要求。该柜体还具有结构紧凑，检修方便等特点。
工作时：柜体通过接在控制器FCC-A出线端的探测头(固定安装的磁电型接近开关)与附在抽油机飞轮上的磁铁(2块)的感应，所产生的信号(位置接近信号)经控制器FCC-A输出，分别控制变频器的1ST和2ST相互转换动作(即1ST闭合，2ST同步断开；2ST闭合，则1ST同步打开)，飞轮每冲程上、下各一次(即一周期2次，每分钟为2-3个周期)，变频器频率也随之每周期变换2次，  即控制变频器频率变换，最终实现动态调整抽取速度，达到既节约电能，又增加原油产量的目的。
柜内变频系统具有自检、保护功能，可实现过流、过压、欠压、过载保护。变频器具有自启动及故障后切换至工频的功能，保证配电箱出现故障后的整个装置的连续工作。变频器内置输入滤波装置，全程噪声过滤，对电网的干扰是普通商用变频器的1/4，并可柔性启动，降低电网载荷冲击，对电机和设备无冲击。变频装置具有全电压自动跟踪，自动计算最佳制动力矩，用户不必自己设定任何参数。简化应用环节的操作。此外，该柜体结构紧凑，占地面积小，适合油田现场状况；可实行野外无人值守，全自动设计，不必更换机械设备即可任意控制抽油速度；适用于不同地域、结构的油井和不同气候、环境条件的场合。
本装置针对抽油机工作原理，选用四象限变频器，电源是交-直-交系统，通过加装双PWM(矩形等幅脉冲宽度调制)回馈装置，使变频器电网侧变流器成为可逆的，可将再生电能变换成和电网电源同步、同相位的正弦交流电、就地回送到电网。弥补了使用普通变频器致使这部分(约15～25％)电能损失的缺憾。由于使用了正弦波PWM电流回馈及滤波和电抗器一体化装置，回收的电能完全符合国家电网标准。
变频柜中变频器起到变频调速的作用，且只有两种预先设定的频率。通过变频对抽油机转速的调节，根据抽油机的特殊工况，把转速控制细划为上冲程转速控制和下冲程转速控制，在上冲程电机提高转速，下冲程电机减低转速，从而减少能量损失，提高泵效。
输入控制器FCC-A的是无源接点信号(磁电型接近开关与磁铁的感应产生)，控制器输出的是两个无源接点(需承受变频器传来的24V电压)1K和2K来控制变频器1ST和2ST动作，根据实际情况，磁电型接近开关随着抽油机的飞轮第一次接通(瞬时状态)时，1K保持接通并保持，磁电型接近开关随着抽油机飞轮的转动第二次接通(瞬时状态)时，2K保持接通并保持而1K复位断开并保持；反复如此进行变换。1K和2K分别控制变频器的1ST和2ST，正常运行时1ST和2ST相互转换动作(即1ST闭合，2ST同步断开；2ST闭合，则1ST同步打开；1K和2K允许同时断开，但不允许同时闭合)。
变频控制器FCC-A磁电接近开关(一个)一起使用的磁铁(2枚)应吸附在抽油机飞轮的适当位置，接近开关固定，附在飞轮上的磁铁每接近磁电接近开关一次，磁电接近开关即发一次信号给控制器FCC-A，再由控制器控制变频器工作(即控制变频器的两个触点1ST和2ST)。
需要说明的是：对于所属领域的技术人员来说，在不改变本实用新型原理的前提下还可以对本实用新型做出若干的改变或变形，这同样属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1、抽油机变频节能控制柜，其特征在于它包括主控部分、辅助控制部分；
所述主控部分由380V电源经过断路器(ZK)控制后，分为两路电路：一路为变频回路，另一路为旁路回路；
所述变频回路经过电流互感器(TAb)后，通过交流接触器(KM2)进入变频器(BPQ)，再经过变频器(BPQ)变频后进入交流接触器(KM3)；
旁路回路由交流接触器(KM1)构成，并与交流接触器(KM2)、变频器(BPQ)、交流接触器(KM3)并联，在出线端与(KM3)连接后汇总进入热继电器(RJ)，通往外部抽油机电机(M)；
所述辅助控制部分位置接近信号中的信号输入到智能控制器(FCC-A)，经过智能控制器(FCC-A)转化，输出给变频器(BPQ)一个控制信号，变频器(BPQ)进行频率变换，从而控制抽油机的电动机(M)的转速。
2、根据权利要求1所述的抽油机变频节能控制柜，其特征在于所述变频器(BPQ)上有电源输入端子(R、S、T)和输出端子(U、V、W)，所述交流接触器(KM2)通过电源输入端子(R、S、T)进入变频器(BPQ)，再经过变频器(BPQ)变频后由输出端子(U、V、W)进入交流接触器(KM3)。
3、根据权利要求1或2所述的抽油机变频节能控制柜，其特征在于所述智能控制器(FCC-A)与变频器(BPQ)有相互匹配的接线端子(CM、1ST、2ST)。
4、根据权利要求3所述的抽油机变频节能控制柜，其特征在于所述变频器(BPQ)上有故障信号接口(ALM1、ALM2)。
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