专利名称：油田交－直－交供配电及用电终端高效节能系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及油田供配电系统，尤指为油田高效节能、防盗电而采用的中、低压交-直-交供配电系统。
目前，我国油田电力系统采用交流供配电方式，其电网结构和各部分的电能损失如
图1所示。从图1可以看出，这种供配电方式存在的问题是1、线路及变压器损耗过大。
目前从发电机输出口到用户输入口，输电过程中通常要损失17％以上的电力。
2、电机设备匹配不合理即“大马拉小车”，能源浪费过大。
由于油田系统采用交流电网供电，电机启动电流大，为避免电机启动时被烧毁，在选配电机时，电机容量都选得比较大，即‘大马拉小车“。从图1可知，油田电机类用电设备负载占总用电量的80％以上，匹配损失一般为20％，总损失为80％×20％＝16％。由于匹配不合理造成的损失占总用电量的16％左右。
在我国，仅以上两项损失就相当于3座三峡电站的发电量，由此可知这种损耗是巨大的。
3、油田电力系统被盗电现象十分突出。
我国油田电力系统被盗电现象十分突出，每年因被盗电而造成的经济损失达数十亿元。因盗电造成的大面积停电、断路、短路等现象时有发生，直接影响油田的正常生产。目前，为防止盗电现象的发生主要还是采用人为巡视的方式防盗电，在电网上实现防盗电技术尚无先例。这种方式的缺点是盗电者盗电时不易被发现；发现后又难以处理。
4、由于电机启动时电流过大，造成机械及电机设备损伤严重。
5、机械能和电机再生电能不能被利用，并且引起控制设备和线路发热，导致设备及线路损伤。
机械能和电机再生所产生的交流电，由于其相位与交流电网相位不匹配，不能直接回馈到交流电网中，且对交流电网造成冲击，引起控制设备和线路发热，导致设备及线路损伤。
鉴于上述原因，本发明的主要目的是最大限度地解决油田电网网损和用电终端能耗(线损、变损、功率匹配不合理)过大的问题，实现抽油机及其电机再生能源的回馈互补利用，进一步实现真正意义的油井电机及抽油机的变频调速，起到全系统高效节能和增加油井产量的目的。
本发明的另一目的是提供一种油田交-直-交直流母线供配电系统，该系统可杜绝油田中、低压线路上的盗电现象，实现油田中、低压供配电电网及用电终端的防盗电与节能的目的，降低生产成本。
本发明的又一目的是防止产生高次谐波对电网的冲击，减少对电网的污染，减少抽油机械和电机损伤，大幅度减少维护工作量。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案一种油田交-直-交供配电及用电终端高效节能系统，该系统包括直流变换装置、直流-交流变频器、输配电电网；所述直流变换装置的输入端与常规电网的6KV～10KV交流电网相连，其输出端通过±1000伏输配电网与所述直流-交流变频器的输入端相连；所述直流-交流变频器的输出端与用户级用电终端相连。
所述油田交-直-交供配电及用电终端高效节能系统还包括一种直流斩波器，所述直流斩波器的输入端通过±3000～±5000V的输配电电网与直流变换装置的输出端相连；所述直流斩波器的输出端与直流-交流变频器输入端相连。
所述油田交-直-交供配电及用电终端高效节能系统的输配电电网可采用±1000～±5000V直流输配电电网输送。
由于本发明采用以上两种交-直-交直流母线供配电系统，在整个输配电过程中采用中、低压直流母线供电，防止了盗电现象的发生。另外，将现有技术中的交-直-交变频器改为直-交变频器，把整流滤波部分集中至变流站中，从根本上解决了现有技术中机械能、交-直-交变频器和电机再生电能不能直接回馈到交流电网中，并且对交流电网造成冲击，引起控制设备和线路发热，导致设备及线路损伤的问题。由于机械能和电机再生所产生的直流电，与直流母线供电电网不存在相位匹配问题，可直接回馈到电网中被利用，实现了油井之间的能量互补，而且对电网不会造成冲击。在线路设计中，采用正负极对称电压、中线取零位电压的三线制供电方式，可以节省原有电网改造费用，最大限度的适应油田滚动开发的需要，同时确保平稳运行。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为目前油田交流供电系统电网结构和各部分电能损失图。
图2为本发明系统框图。
图3为本发明直流变换装置与原有电网接线图。
图4为本发明实施例1-晋105断块供电系统实施配置图。
图5为本发明实施例1-晋105断块油井分布图。
图6为本发明另一种系统框图。
如图2所示，本发明油田交-直-交供配电及用电终端高效节能系统，包括直流变换装置、直流-交流变频器、交-直-交输配电电网；直流变换装置的输入端与常规电网的6KV-10KV交流电网相连，其输出端通过±1000V输配电电网与所述直流-交流变频器的输入端相连；直流-交流变频器的输出端与用户级用电终端相连。
本发明是将常规电网的6KV-10KV交流电经直流变换(变压、整流、滤波、保护)后，转变为直流±1000V，然后通过直流母线输送至井网、计算站、接转站、联合站等用电终端附近；再通过直/交变频器将±1000V的直流电逆变(直流/交流变换)为660V-220V交流电，供油田用电终端和普通民用电器使用。
在此交-直-交供电系统中，直流变换、直/交变换均可采用现有的二极管整流、IGBT直/交变频逆变技术。
图3为本发明直流变换装置与常规电网出线端接线原理图。它是将常规电网6KV交流电经传统的二极管整流技术转变成±1000V直流电，并经现有(新建)的油田常规三线供电线路输送到用电终端。
实施例图4为油田晋105断块交-直-交供配电及用电终端高效节能系统实施配置图。由图可知，它是先将6KV交流经直流变换变为±1000V直流电，再经油田常规输电电网(如图5所示)输送至各级用户终端。
图6为本发明另一种系统框图，该油田交-直-交供电系统与前一种油田交-直-交供电系统的区别在于此系统在直流变换装置和直流-交流变频器之间增加了直流斩波器。该直流斩波器的作用是待直流变换后的直流电输至用户终端附近后，降压再配电。所述直流斩波器的输入端通过±3000V-±5000V的输配电电网与直流变换装置的输出端相连；所述直流斩波器的输出端与直流-交流变频器输入端相连。
其工作原理是先将常规电网的6KV-10KV交流电经直流变换(变压、整流、滤波、保护)后，转变为直流±3000V-±5000V，通过直流母线输送至井网、计算站、接转站、联合站等用电终端附近，采用直流斩波器降压的方式将±3000V-±5000V直流电转变为直流600V；然后通过直-交变频器将600V的直流电逆变(直流/交流变换)为220V-380V交流电，供普通民用电器和油田终端使用。
本发明在华北油田晋105断块实施后取得了明显的效果1.由于采用了交-直-交直流母线供电技术，从技术上杜绝了盗电现象，保证了油田生产的平稳运行，从而避免了许多盗电与反盗电的社会纠纷。2.该项技术在节能方面也取得了很好的效果(1)94和94排-1抽油机井在实施该技术后，电机电流减少了11.1安培至12.4安培(见下表)，每天每台抽油机节能约为50％以上。
(2)由于实施了该项技术，抽油机在大皮带轮、大冲程时，电机在低频下运行，其中排4、排5、排8井频率调至20∽25Hz，单井电机控制器输出电压降低60∽50％，在同等单井产量下，节电60∽50％。
(3)由于该项技术的实施，实现了电能、机械能的回馈利用，获得了油田单井之间的能量回馈、互补的巨大成功，下表是各单井平均电流实测值与单井电流值之和235.8A，而变流站平均供电电流仅为80.5A，显而易见达到了油田区域供配电系统的整体节能效果在50％以上。
(4)由于采用了直流母线供电技术，极大地提高了电网的功率因数，CosΦ≈1。(5)由于单井电机控制器采用了通过变流站集中整流、滤波等技术，因此防止了高次谐波的产生，从而避免了对系统电网的冲击。(6)单井电机控制器实现了软启动，抽油机电机的启动电流远小于额定电流，减少了对抽油机、抽油杆、抽油泵和电机等设备的机械损伤。3.在管理方面由于该项技术的实施，使得对抽油机的启动、停止、调速及参数调整更加方便，从而有利于根据井下实际情况调整单井产量。
以上所述的油田交-直-交供配电及用电终端高效节能系统，经两年多的实践，共邀请北京、上海、深圳、台湾等地二十多家著名大学、国家电力科学院、国防研究所、航天航空研究所、高科技民营企业和油田数十位专家及学者进行方案论证和研讨，并通过系统仿真实验，通过晋105断块的实验证明，克服了现有油田交流供配电方式的弊端，更说明本发明完全可行，经济上也是十分合理的。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，任何基本发明技术方案的等效变换，均属于本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种油田交-直-交供配电及用电终端高效节能系统，其特征在于该系统包括直流变换装置、直流-交流变频器、输配电电网；所述直流变换装置的输入端与常规电网的6KV～10KV交流电网相连，其输出端通过±1000伏直流输配电电网与所述直流-交流变频器的输入端相连；所述直流-交流变频器的输出端与用户级用电终端相连。
2.根据权利要求1所述的一种油田交-直-交供配电及用电终端高效节能系统，其特征在于所述油田交-直-交供配电及用电终端高效节能系统还包括一种直流斩波器，所述直流斩波器的输入端通过±3000～±5000V的输配电电网与直流变换装置的输出端相连；所述直流斩波器的输出端与直流-交流变频器输入端相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种油田交-直-交供配电系统及用电终端高效节能系统，其特征在于所述油田交-直-交供配电及用电终端高效节能系统的输配电电网可采用±1000～±5000V直流输配电电网输送。
全文摘要
一种油田交－直－交供配电系统及用电终端高效节能系统,该系统包括直流变换装置、直流斩波器、直流－交流变频器和常规输配电电网。直流变换装置的输入端与常规电网的6KV－10KV交流电网相连,其输出端通过直流输配电电网与直流斩波器的输入端相连;直流斩波器其输出端与直流－交流变频器的输入端相连;直流－交流变频器的输出端与用户级用电终端相连。由于本发明采用以上设计方案,在整个输配电过程中采用中、低压直流母线供配电方式,实现了油田用电终端高效节能,防止了盗电现象发生的目的。
文档编号H02J5/00GK1383247SQ01115420
公开日2002年12月4日 申请日期2001年4月23日 优先权日2001年4月23日
发明者苏立中, 刘晓勘, 张克宁 申请人:北京科技咨询中心, 张克宁, 北京超伦科技开发总公司