油井一體化控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種油井一體化控制裝置，該裝置包括控制抽油機電機的變頻電路以及為抽油桿加熱的中頻電路，中頻電路與變頻電路之間通過控制電路來實現(xiàn)抽油機電機產生的回饋電能的回饋途徑，中頻電路與變頻電路共用一套整流電路和濾波電路，還包括電壓比較單元，電壓比較單元的輸入端分別連接變頻電路與中頻電路，采集變頻電路中整流/回饋單元以及逆變/整流單元中的電壓與中頻電路的電壓，對變頻電路和中頻電路的電壓經過比較，通過輸出端連接控制電路，控制回饋電能的回饋途徑，回饋途徑包括通過中頻電路向抽油桿供電，和通過變頻電路返回工頻電網(wǎng)。節(jié)約了一套整流電路，中頻加熱所需的電能不僅能從電網(wǎng)中獲得，還能捕獲到抽油機的再生電能。
【專利說明】油井一體化控制裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于石油開采控制領域，尤其涉及一種油井一體化控制裝置。
【背景技術】
[0002]遼河油田在石油開采中，稠油井的比例占有較大比重。這類井的原油粘度高，凝固點高，密度大，含蠟量高，難以開采。對此類油井的開采一般都需要二種電力裝備，一種是由變頻器對抽油機電機進行供電、調速，抽油機的作用是把原油通過空心抽油桿從地下提升上來。另一種是要對空心抽油桿進行加熱，即目前國內普遍采用的“稠油熱采”工藝，使用工頻或中頻電源給空心抽油桿供電、加熱，使提上來的稠油變稀，可實現(xiàn)稠油的順利開采，兩種電力裝備缺一不可。
[0003]目前存在的問題有:1、抽油機正常運行時，抽油桿始終處于上下往復運動中，當抽油桿向下運動的半個周期，因抽油桿動能與平衡塊的勢能差，會出現(xiàn)電動機被拖動旋轉的轉速超過同步轉速的現(xiàn)象，此時電動機變?yōu)榘l(fā)電機，發(fā)出的交流電能通過自己的逆變器(此時起整流作用)變成直流電能，這部分電能如何處理，目前有兩種方式:一種是增加回饋裝置，把這部分直流電能再逆變成交流電，返回到電力線路中去，由于未經處理，污染了電網(wǎng)。另一種是增加能耗制動單元，白白地把這個能量消耗掉。這兩種方法都是我們不希望的。
[0004]2、由變頻器給抽油機供電并能對電機進行調速的這套系統(tǒng)，由于工藝需要長時間運行，且運行條件、環(huán)境惡劣，電子元器件易損等現(xiàn)象，往往造成停機，無備用回路可用，影響了正常生產
[0005]3、給空心抽油桿加熱的方式經歷了兩個階段:一是采用工頻單相電源加熱，因為它耗電大、效率低、且能造成工頻三相不平衡，故它很快被放棄。二是采用單一功能的中頻電源加熱，它克服了上述缺點，利用中頻的集膚效應加熱，使運行效率有所提高，但仍然不能把加熱效率和節(jié)能效果這個綜合指標提到最佳狀態(tài)。
[0006]4、變頻器和中頻加熱電源這二臺設備，從電子單元部件的功能來講，有共同之處，但它們卻沒能形成有機的聯(lián)系，各自的潛力不能獲得充分的發(fā)揮，使得油井用電的整體性能得不到提高。
實用新型內容
[0007]針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足之處，本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種變頻與工頻結合并能使抽油機在運行過程中所產生再生電能可以充分的加以利用的油井一體化控制裝置。
[0008]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，該裝置包括控制抽油機電機的變頻電路以及為抽油桿加熱的中頻電路，所述中頻電路與變頻電路之間通過控制電路來實現(xiàn)抽油機電機產生的回饋電能的回饋途徑，中頻電路與變頻電路共用一套整流電路和濾波電路，該裝置還包括電壓比較單元，所述電壓比較單元的輸入端分別連接變頻電路與中頻電路，采集變頻電路中整流/回饋單元以及逆變/整流單元中的電壓與中頻電路的電壓，對變頻電路和中頻電路的電壓經過比較，通過輸出端連接控制電路，控制回饋電能的回饋途徑，回饋途徑包括通過中頻電路向抽油桿供電，和通過變頻電路返回工頻電網(wǎng)。
[0009]進一步地，所述變頻電路與工頻電網(wǎng)之間連接有濾波單元，用于過濾掉從抽油機電機回饋電能的高次諧波。
[0010]進一步地,所述控制電路連接在變頻電路和中頻電路的直流環(huán)節(jié)之間。
[0011]進一步地，所述控制電路包括主回路和控制回路，所述主回路由直流接觸器、串聯(lián)二極管及其配套電路元件組成，控制回路與電壓比較單元的輸出端連接。
[0012]進一步地，所述變頻電路包括整流/回饋單元和逆變/整流單元，來自工頻電網(wǎng)的交流電依次通過整流/回饋單元的整流和逆變/整流單元的逆變對抽油機電機實現(xiàn)變頻控制；抽油機電機產生的回饋電能依次通過逆變/整流單元的整流和整流/回饋單元的逆變反饋回工頻電網(wǎng)；所述的中頻電路與變頻電路共用整流/回饋單元，無回饋電能時，工頻電網(wǎng)通過中頻電路整流/回饋單元向中頻電路提供電壓；該裝置還包括從工頻電網(wǎng)直接通過工頻設備單元與抽油機電機連接。
[0013]進一步地，所述整流/回饋單元和逆變/整流單元均采用雙PWM控制分別用來控制整流和逆變過程。
[0014]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，有益效果在于:將變頻電路和中頻電路的結合，節(jié)約了一套整流電路，這樣中頻加熱所需的電能不僅能從電網(wǎng)中獲得，還能捕獲到抽油機的再生電能用于加熱空心抽油桿。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型實施例提供的設備模塊框圖；
[0016]圖2是本實用新型實施例提供的電能流向框圖；
[0017]圖中，I濾波單元；2整流/回饋單元；3變頻電路的直流環(huán)節(jié)；4逆變/整流單元；5工頻設備單元；6抽油機電機；7控制電路；8中頻電路的直流環(huán)節(jié)；9中頻逆變單元；10環(huán)形中頻變壓器；11油井空心抽油桿；12電壓比較單元。
【具體實施方式】
[0018]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0019]如圖1所示，一種油井一體化控制裝置，由二個負載，二種電路，一種回饋功能和一個電壓比較單元組合在一起的一體化控制裝置。二個負載是:抽油機電機6和油井空心抽油桿11 ;二種電路是:變頻電路由整流/回饋單元2、變頻電路的直流環(huán)節(jié)3、和逆變/整流單元4，整流/回饋單元2通過濾波單元I與工頻電網(wǎng)連接；中頻電路包括中頻電路的直流環(huán)節(jié)8、中頻逆變單元9以及環(huán)形中頻變壓器10，中頻電路的直流環(huán)節(jié)8與變頻電路的直流環(huán)節(jié)3之間連接控制電路7，中頻電路與變頻電路共用整流/回饋單元2、變頻電路的直流環(huán)節(jié)3,分別實現(xiàn)變頻與加熱。
[0020]抽油機電機6在運行過程中能產生回饋電能，回饋電能有兩個處理途徑，一個是利用它給油井空心抽油桿11供電，那就要改變正常的中頻電路路徑，形成一條新的中頻回饋路徑，即從抽油機電機6經過逆變/整流單元4、變頻電路的直流環(huán)節(jié)3和中頻電路的直流環(huán)節(jié)8加中頻逆變單元9、環(huán)形中頻變壓器10，送到空心抽油桿。另一個處理途徑是當中頻回路中頻逆變單元9出現(xiàn)故障時，空心抽油桿11被停止供電，那抽油機電機6在運行時周期性發(fā)出的回饋能量就應返回到工頻電網(wǎng)中去，其路徑是從抽油機電機6經過逆變/整流單元4、變頻電路的直流環(huán)節(jié)3、整流/回饋單元2加上濾波單元1，送到工頻電網(wǎng)；
[0021]一個電壓比較單元12是為完成上述組合而設置的，電壓比較單元12的兩輸入端分別連接變頻電路與中頻電路，采集變頻電路與中頻電路的電壓，比較變頻電路與中頻電路的電壓，通過輸出端連接控制電路7，控制回饋電能的回饋途徑用以實現(xiàn)該裝置運行的要求。
[0022]整流/回饋單元2具備整流和回饋兩種功能，逆變/整流單元4具備逆變和整流兩種功能，這兩個單元的功率器件均采用IGBT，都是采用雙PWM來控制的，雙PWM的作用是，通過它的控制既可以實現(xiàn)對抽油機的變頻控制，又可以確保抽油機在運行過程中所產生回饋能量得以利用。中頻逆變單元9的功率器件也是采用IGBT，并用PWM控制。濾波單元1、變頻電路的直流環(huán)節(jié)3、中頻電路的直流環(huán)節(jié)8均為常規(guī)RLC電路它具有雙向流通的特性，濾波單元I的主要作用是濾掉從抽油機回饋能量的高次諧波，變頻電路的直流環(huán)節(jié)3、中頻電路的直流環(huán)節(jié)8的作用是用電容存儲電能。
[0023]具體地來講，變頻電路包括整流/回饋單元2和逆變/整流單元4，來自工頻電網(wǎng)的交流電依次通過整流/回饋單元2的整流和逆變/整流單元4的逆變對抽油機電機6實現(xiàn)變頻控制；抽油機電機6產生的回饋電能依次通過逆變/整流單元4的整流和整流/回饋單元2的逆變反饋回工頻電網(wǎng)；中頻電路與變頻電路共用整流/回饋單元2，無回饋電能時,工頻電網(wǎng)通過中頻電路整流/回饋單元2向中頻電路提供電壓；該裝置還包括從工頻電網(wǎng)直接通過工頻設備單元5與抽油機電機6連接。整流/回饋單元2和逆變/整流單元4均采用雙PWM控制分別用 來控制整流和逆變過程。
[0024]中頻電路與變頻電路之間通過控制電路7控制來實現(xiàn)抽油機電機產生的回饋電能的回饋途徑，中頻電路與變頻電路共用濾波單元I ;整流/回饋單元2和變頻電路的直流環(huán)節(jié)3，電壓比較單元接受來自變頻電路與中頻電路的電壓信號，并根據(jù)電壓比較的結構輸出至控制電路的控制回路，回饋途徑包括通過中頻電路向抽油桿供電，和通過變頻電路返回工頻電網(wǎng)?？刂齐娐?連接在變頻電路和中頻電路的直流環(huán)節(jié)之間?？刂齐娐?包括主回路和控制回路，主回路由直流接觸器、串聯(lián)二極管及其配套電路元件組成，通過電壓比較單元和控制電路控制回路完成控制直流接觸器的閉合和打開達到控制控制電路的回饋電能的回饋途徑，主回路為由兩路直流接觸器串聯(lián)二極管的結構組成，與中頻電路與變頻電路的連接使得一路在直流接觸器閉合時，導通此路的二極管，此時另一路斷開時，中頻電路通過工頻電網(wǎng)來供電，相反，則中頻電路通過回饋的電能供電。
[0025]如圖2所示，具體的控制過程為:當電壓比較單元12檢測到經過整流/回饋單元2的整流電壓1^大于抽油機電機6產生的回饋電壓Uh時，電壓比較單元12向控制電路7發(fā)出比較信號，中頻電路通過工頻電網(wǎng)的電能對油井空心抽油桿11加熱；
[0026]當檢測到經過整流/回饋單元2的整流電壓U V』、于抽油機電機6產生的回饋電壓Uh時，電壓比較單元12向控制電路7通過改變直流接觸器串聯(lián)二極管的導通情況，中頻電路接受抽油機電機產生的反饋電能；[0027]當檢測到中頻電壓U z為零時，電壓比較單元向控制電路7實現(xiàn)關閉中頻電路通道，抽油機電機6產生的回饋電能通過整流/回饋單元2向工頻電網(wǎng)反饋。
[0028]當檢測到經過整流/回饋單元2整流電壓U B為零時，電壓比較單元通過輸出的電壓比較值至控制電路7控制工頻設備單元與工頻電網(wǎng)連通。
[0029]當檢測到抽油機電機6產生的回饋電壓Uh為零時，電壓比較單元通過輸出的電壓比較值至控制電路7控制工頻設備單元5與工頻電網(wǎng)連通。
[0030]上述的電壓比較單元通過檢測電壓的電路對整流電壓U _回饋電壓U H進行檢測。同樣電壓比較單元與工頻設備單元5之間的控制關系為通過主回路和控制回路來實現(xiàn)工頻設備單元5與工頻電網(wǎng)的連接與斷開。
[0031]控制電路可以采用現(xiàn)有技術中的通過遠程控制，滿足上述的條件可實現(xiàn)上述兩路導通的電路。
[0032]本實用新型詳細的組合工作過程如下所示:
[0033]變頻與回饋組合:
[0034]變頻的作用是，抽油機電機6獲得軟啟動，對電網(wǎng)和設備的沖擊小，調速能提高泵效，增加原油產量等。變頻電路采用的是濾波單元1、整流/回饋單元2和逆變/整流單元4，通過變頻的控制對抽油機電機6獲得軟啟動。
[0035]把抽油機電機6工作過程中的再生電能，用逆變/整流單元4中的整流功能以及變頻器的直流電路3的濾波電容上產生的泵升電壓，再通過整流/回饋單元2的回饋電路轉化為同電網(wǎng)頻率與相位均完全一致的交流電壓，從而可直接返回到電網(wǎng)。
[0036]故變頻的整流和逆變功能采用的整流/回饋單元2的整流功能和逆變/整流單元4的逆變功能，而再生能源通過逆變/整流單元4的整流功能和整流/回饋單元2的逆變(回饋)功能將再生電能進行反饋會電網(wǎng)，共用一套，整流/回饋單元2和逆變/整流單元4分別自帶的PWM控制電路分別完成變頻調速和回收再生電能的功能。把變頻器能夠節(jié)約的電能和再生電能回收的電能疊加達到峰值。
[0037]回饋與中頻加熱組合:
[0038]正常、完整的中頻加熱裝置是將三相50HZ工頻交流電經過三相不控整流橋，整流成電壓脈動的直流，再通過電容將脈動的直流濾波成光滑平穩(wěn)的直流電，送到逆變單元和環(huán)形中頻變壓器將直流電變成單相頻率可調的交流電供給油井的空心抽油桿。
[0039]本實用新型中，需將對現(xiàn)有技術中的單元結構做必要的調整:首先去掉三相不控整流，與變頻器里的全控整流橋單元2連接，該全控整流橋單元2將承擔抽油機電機6和對空心抽油桿11加熱兩個負荷，節(jié)省了一個整流單元；其次在全控整流橋單元2前增加濾波單元1，它能濾除再生回饋到電網(wǎng)中的電壓和電流諧波量，減少了對電網(wǎng)的污染；第三，把抽油機工作過程中的再生電能，用逆變/整流單元4傳送到變頻器的直流電路3上，該環(huán)節(jié)的濾波電容上就產生泵升電壓，為利用這個泵升電壓的電量，需通過控制電路7加到中頻加熱的直流環(huán)節(jié)8上，這樣中頻加熱所需的電能不僅能從電網(wǎng)中獲得，還能捕獲到抽油機的再生電能用于加熱空心抽油桿。
[0040]變頻與工頻組合:
[0041]考慮到整流/回饋單元2和逆變/整流單元4故障的幾率比較大，設置了工頻設備單元5做為備份單元，以保證對抽油機的供電。此時應分清兩種故障狀態(tài):一是整流/回饋單元2故障，抽油機通過工頻設備單元5照常工作，油井空心抽油桿11雖然不能從電網(wǎng)取得電能，但還能從抽油機的再生電量，通過逆變/整流單元4、變頻電路的直流環(huán)節(jié)3、控制電路7、中頻電路的直流環(huán)節(jié)8、中頻逆變單元9、環(huán)形中頻變壓器10獲得。二是逆變/整流單元4故障，抽油機通過工頻設備單元5照常工作，空心抽油桿11的加熱只能從工頻電網(wǎng)，通過濾波單元I ;整流/回饋單元2 ;變頻電路的直流環(huán)節(jié)3 ;控制電路7、中頻電路的直流環(huán)節(jié)8、中頻逆變單元9、環(huán)形中頻變壓器IO獲得電能。
[0042]正常運行時:抽油機處于變頻調速，油井空心抽油桿11處于中頻加熱，這時控制電路7起作用，只要回饋電壓Uh大于從電網(wǎng)來的整流后的整流電壓Ub，中頻加熱就由再生電量供給。
[0043]變頻故障:當整流/回饋單元2和逆變/整流單元4發(fā)生故障時，迅速切換到工頻設備單元5，抽油機在工頻下正常運行。這時中頻加熱如何供電，要分清上述的兩種故障狀態(tài)，就要取決于變頻電路的直流環(huán)節(jié)3中的回饋電壓Uh是否存在，若有，就用再生電量；若無，就用電網(wǎng)電量。
[0044]中頻故障:當中頻環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時，停止對油井空心抽油桿11的加熱，同時封閉控制電路7，這時抽油機發(fā)出的再生電量，只有通過逆變/整流單元、變頻電路的直流環(huán)節(jié)
3、整流/回饋單元2、濾波單元I返回到電網(wǎng)，實現(xiàn)能量的回饋。
【權利要求】
1.一種油井一體化控制裝置，其特征在于，該裝置包括控制抽油機電機的變頻電路以及為抽油桿加熱的中頻電路，所述中頻電路與變頻電路之間通過控制電路來實現(xiàn)抽油機電機產生的回饋電能的回饋途徑，中頻電路與變頻電路共用一套整流電路和濾波電路，該裝置還包括電壓比較單元，所述電壓比較單元的輸入端分別連接變頻電路與中頻電路，采集變頻電路中整流/回饋單元以及逆變/整流單元中的電壓與中頻電路的電壓，對變頻電路和中頻電路的電壓經過比較，通過輸出端連接控制電路，控制電路包括主回路和控制回路，所述主回路由直流接觸器、串聯(lián)二極管及其配套電路元件組成，控制回路與電壓比較單元的輸出端連接，通過對直流接觸器、串聯(lián)二極管的導通實現(xiàn)控制回饋電能的回饋途徑，回饋途徑包括通過中頻電路向抽油桿供電，和通過變頻電路返回工頻電網(wǎng)。
2.按照權利要求1所述的油井一體化控制裝置，其特征在于，所述變頻電路與工頻電網(wǎng)之間連接有濾波單元，用于過濾掉從抽油機電機回饋電能的高次諧波。
3.按照權利要求1所述的油井一體化控制裝置，其特征在于，所述控制電路連接在變頻電路和中頻電路的直流環(huán)節(jié)之間。
4.按照權利要求1所述的油井一體化控制裝置，其特征在于，所述變頻電路包括整流/回饋單元和逆變/整流單元，來自工頻電網(wǎng)的交流電依次通過整流/回饋單元的整流和逆變/整流單元的逆變對抽油機電機實現(xiàn)變頻控制；抽油機電機產生的回饋電能依次通過逆變/整流單元的整流和整流/回饋單元的逆變反饋回工頻電網(wǎng)；所述的中頻電路與變頻電路共用整流/回饋單元，無回饋電能時，工頻電網(wǎng)通過中頻電路整流/回饋單元向中頻電路提供電壓；該裝置還包括從工頻電網(wǎng)直接通過工頻設備單元與抽油機電機連接。
5.按照權利要求4所述的油井一體化控制裝置，其特征在于，所述整流/回饋單元和逆變/整流單元均采用雙PWM控制分別用來控制整流和逆變過程。
【文檔編號】H02J3/38GK203800617SQ201420148750
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權日:2013年11月8日
【發(fā)明者】宋景龍, 姚禹詳 申請人:遼寧浩方天成智能系統(tǒng)有限公司