一种抽油机集群系统的制作方法

本实用新型涉及一种抽油机集群系统，属于油田机械采油节能降耗领域。

背景技术：

目前国内有关抽油机及驱动电机的各种检测与控制方式多种多样，比如，以改善工艺、提高采收率为目的而为抽油机配备的逆变调速器、示功图测试分析仪、滑差电机、变极调速；针对抽油机由于长期处于"大马拉小车"状态所致的功效低、功率因数低的问题，为了节能降耗而采用的节能控制电机、降压节能以及对抽油机通过间歇式控制来实现节能的所谓超级节能器等等。一般情况下抽油机对当前负载状况下冲次的优化调节采用专用的节能控制算法，由于算法的误差造成产液量计算不精准，进而导致对井内液面高度的计算出现误差，导致工况判断失误，无法对井下液面异常情况作出准确的判断和处理。

近年来，在工业期刊《中国仪器仪表》2015年第4期中，发表的一篇名称为“自控系统在言传南煤层气井自动排采中的应用”期刊文章公开了一种通过检测井下液面高度自动调整冲次的井组自动排采控制系统，但是该控制系统具有单独的供电线路进行供电，在实际采集过程中，一般都是多井组同时进行采集，若多井组同时控制，则每个抽油机控制系统都需要单独的供电，需要多条供电线路，造成供电线路复杂，不仅稳定性差，而且制造成本偏高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种抽油机集群系统，用于解决多个控制系统同时工作时需要多条供电线路，供电线路复杂的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种抽油机集群系统，包括直流母线以及至少两个集群子系统，各集群子系统包括控制器、液面检测装置、逆变模块以及抽油机，逆变模块直流侧连接直流母线，逆变模块交流侧连接抽油机，液面检测装置的信号输出端输出连接控制器，控制器控制连接逆变模块。

本实用新型采用直流母线供电可以使供电方式简单化，还能够实现较远距离“一拖多”油井的不升压输电，直流电传输距离更长，无线损，而且利用直流母线实现多台抽油机的分时优化、协调群控，而且避免多台抽油机同时起动对电网造成的冲击和电压跌落，避免大电流峰值叠加，互相错峰填谷，并且通过液面检测装置将油井内部液面的情况实时反映至控制器，经过控制器的分析计算确定最佳冲次，调整液面的下降速度，实现多井组排采时冲次的准确控制，解决工况的在线识别和冲次的自动调节问题，同时，还可以为无人值守提供便利。

进一步的，液面检测装置设置于抽油机井筒的外侧壁上。

液面检测装置设置在抽油机井筒的外侧壁上与液体直接接触，可以直接获得液面信息，进而对工况进行判断，可以及时对异常情况作出处理。

进一步的，抽油机集群系统还包括整流模块，整流模块的交流侧用于连接交流电网，整流模块的直流侧输出连接直流母线。

整流模块用于将交流电压转换为直流电，以便于通过直流母线对各集群子系统进行供电。

进一步的，整流模块包括至少两台并联的整流器。

整流模块包括至少两台整流器，其设置为一台主整流器，其余为备用整流器，在主整流器出故障的情况下，备用整流器可以继续保证电路的正常运行，加大电路的可靠性。

进一步的，逆变模块为双极性SPWM三相逆变桥。

逆变模块采用IGBT组成双极性SPWM三相逆变桥，真正提高抽油机电网侧的功率因数，具有软启动的特性，通过对负载参数的自动检测和分析，实现冲次的闭环控制，提高系统的节电效率。

进一步的，集群子系统还包括设置在逆变模块直流侧、用于检测逆变模块直流侧的电流信息和电压信息的电流电压检测单元，电流电压检测单元的信号输出端连接控制器。

电压电流检测单元对逆变模块直流侧的电压、电流等参数进行实时检测。

进一步的，集群子系统还包括显示单元，显示单元连接控制器。

显示单元用于显示电气参数，以供操作人员随时观察。

进一步的，抽油机集群系统还包括变压器，变压器的一侧用于连接交流电网，变压器的另一侧连接整流模块的交流侧。

变压器将电压控制为所需的电压范围，可以是低压变压器、中压变压器或者高压变压器。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型整流模块结构示意图；

图3是本实用新型逆变柜的连接示意图；

图4是本实用新型逆变柜结构示意图。

具体实施方式

抽油机集群系统实施例：

如图1所示，抽油机集群系统包括直流母线以及三个集群子系统，每个集群子系统包括控制器、液面检测装置、逆变模块以及抽油机，逆变模块的直流侧连接直流母线，逆变模块的交流侧连接抽油机，并且液面检测装置连接控制器，控制器控制连接逆变模块，液面检测装置安装于抽油机井筒的外侧壁上。

液面检测装置检测到油井内的液面信息之后可以直接上传控制器，也可以将信息传输于液面自动接收模块，液面自动接收模块将所接收的信息发送给控制器，控制器进行分析计算后控制逆变模块输出抽油机所需的电气参数。

本实施例中，集群子系统为三个，在这里集群子系统的数量不做限制，但是要保证直流母线实现各集群子系统之间的能量互馈补偿，使各抽油机的馈能得到充分的共享和循环利用。

为了便于液面的检测，本实施例将液面检测装置设置于抽油机井筒的外侧壁上，作为其他实施方式，也可以设置在其他位置，或者利用专用支架对液面检测装置进行安装，只要可以保证可以检测液面且不影响抽油机的正常工作即可。

交流电网的电为交流电，为了保证直流母线传输直流电，抽油机集群系统还包括整流模块，整流模块的交流侧连接交流电网，整流模块的直流侧输出连接直流母线，整流模块的结构如图2所示，整流模块包括整流器21和整流器22，还包括四个接触器，分别为接触器KM23、接触器KM24、接触器KM25、接触器KM26，接触器KM23与接触器KM24连接于整流器21两侧，接触器KM25与接触器KM26连接于整流器22两侧，整流器21与整流器22并联连接。

本实施例中，整流模块中整流器的数量为两台，分为一主一备，当然，整流器的数量不做限制，在保证抽油机集群系统的可靠性下也可以只有一台整流器21，还可以增加整流器的数量。

本实施例中，逆变模块采用IGBT组成的双极性SPWM三相逆变桥(以下简称三相逆变桥)，利用高频PWM控制方式对抽油机所需的交流电进行控制，真正提高抽油机电网侧的功率因数，具有软启动的特性，通过对负载参数的自动检测和分析，实现冲次的闭环控制，提高系统的节电效率，当然，逆变模块的具体实施方式本实用新型中不做限制，只要可以将直流电稳定的转化为交流电即可。控制器在本实施例中优选为PLC控制系统，而且控制器的具体实施方式本实用新型不做限制，只要可以控制逆变模块即可。

集群子系统还包括耗能单元、显示单元以及设置在逆变模块直流侧、用于检测逆变模块直流侧的电流信息和电压信息的电流电压检测单元，电流电压检测单元的信号输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端连接显示单元与耗能单元。

为了便于整个集群子系统的管理，如图3、4所示，可以将三相逆变桥432、电压电流检测单元433、液面自动接收模块439、PLC控制系统436、显示单元437以及耗能单元438集成于一个逆变柜中，为了保证集群子系统的正常工作，逆变柜中还包括开关电源434、平波电容431、隔离驱动435以及耗能单元438。直流电通过平波电容431滤波后为开关电源434供电，开关电源434的输出端连接电压电流检测单元433、液面自动接收装置、PLC控制系统436以及隔离驱动435；电压电流检测单元433的输入端连接三相逆变桥432的直流侧，且电压电流检测单元433以及液面自动接收模块439的输出端连接PLC控制系统436的输入端，PLC控制系统436的输出端通过隔离驱动435控制连接三相逆变桥432，三相逆变桥432的交流侧用于连接抽油机，同时PLC控制系统436的输出端还连接显示单元437以及耗能单元438。

整个逆变柜的连接如图3所示，逆变柜通过熔断器41连接交流电网，并且熔断器41与逆变柜43之间的通过交流接触器42连接。

抽油机集群系统还包括变压器，变压器的一侧连接交流电网，另一侧连接熔断器41，变压器用于改变交流电网的电压，在抽油机集群系统可以将电压转化为高压、中压或者低压，作为优选的实施方式，由于中压直流母线可以降低网侧电流谐波污染，提高电机的功率因数，使各抽油机的倒发电馈能得以充分共享和循环利用，因此，变压器选择中压变压器，当然对应的整流模块，直流母线，逆变模块等都选用适用于中压的装置，保证抽油机集群系统正常工作。

逆变柜中还包括馈能保护单元、以及浪涌吸收保护单元等(图4中未显示)对集群子系统进行保护，抽油机集群系统通过整流以及电容滤波及高频PWM控制方式，对抽油机的交流供电电压进行自动控制。

逆变柜中，开关电源434用来保证控制电路电源的正常供应；PLC控制系统436作为逆变柜43的控制核心，连续不断的通过电压电流检测单元433对三相逆变桥432直流侧的电压、电流等参数进行实施检测；液面检测装置对井下液面深度的数据直接进行检测后将数据上传至到液面自动接收模块439，液面自动接收模块439将液位信息发送至PLC控制系统436，PLC控制系统436通过分析计算得出抽油机工作所需的电气参数，进而控制三相逆变桥432的输出；隔离驱动435的功能是将PLC控制系统436的指令准确传递给三相逆变桥432；耗能单元438通过与PLC控制系统436、电压电流检测单元433的配合，完成倒发电过压保护和抽油机之间的检测反馈、切换和协调控制。

通过液面检测将油井内部的液面的情况实时控制抽油机的工作属于现有技术，工业期刊《中国仪器仪表》2015年第4期中，一篇名称为“自控系统在言传南煤层气井自动排采中的应用”期刊文章对具体控制过程进行详细描述，在这里不做赘述。

以下对抽油机集群系统整体过程进行描述：

抽油机集群系统工作时，高压交流电通过变压器转换为中压交流电，整流模块将该中压交流电转换为直流电并且直流电通过直流母线进行传输。每个抽油机通过上述逆变柜43连接于直流母线，逆变柜43工作时，将会对直流侧的电压、电流以及井下液面等参数进行实施检测，对检测结果进行综合判断，输出抽油机所需的电气参数，精准的控制抽油机的冲次。当抽油机工作在电动状态时，逆变柜43从直流母线上汲取电能；当抽油机分时进入倒发电状态时，使反馈到直流侧的能量为同一母线上的其他抽油机共享，以达到节能、提高设备运行可靠性的目的。