专利名称：一种抽油机多功能保护控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于油田抽油机井的带电力电容器保护的集成化抽油机多功能保护控制器。
目前，油田抽油机运行中无功电能的补偿普遍采用电力电容器单机就地补偿的方式。由于电容器属吸、放电能交换设备，而抽油机属频繁操作并产生较大机械惯性的设备，因而电容器在频繁切换过程中产生的合闸涌流、谐振电压和停机过程中机械惯性作用产生的属发电状态的励磁谐振电压、电流会造成电容器金属薄膜熔化，介质击穿，电动机绝缘受损击穿及电控元件损坏。另外，电力电容器采用熔断器进行过流、短路故障等保护，保护值误差大，保护不及时，因而故障持续时间长，造成电容器损坏。并且，电容器失效或电容量减损后，不能被监测发现，易造成虚补和介质耗能。此外，目前的抽油机配电设备功能单一，不能对电气之外的关键参数进行监测控制，且其保护部分与控制部分各自相互独立设置，因而生产成本高，且不易维修。
本实用新型的任务是提供一种带电力电容器保护的集成化的抽油机保护控制器，利用它可以避免电力电容器因频繁切换和停机后机械惯性作用造成的损害，在电机发生断相、过载故障、抽油机关键参数发生变化时给予指示和保护，在电力电容器发生过流、短路故障时给予指示和保护，当电容器失效或容量减损至低于规定技术指标时给予指示并退出运行。
本实用新型是这样实现的。该装置电路部分包括控制电路、电力电容器故障监测保护、电机断相、过载故障监测保护和抽油机关键参数监测保护四部分。现分述如下控制电路部分由本机电源电路、起机时控电路和执行电路组成。其中，本机电源电路中，起停开关S1控制变压器初级一相火线，整流稳压单元供给本机电源。起机时控电路包括电机起机时控指示单元和电容器起机时控单元，电机起机时控指示单元中，起机形式选择开关S2的一付开关S2－1一端接电容器C1“＋”端，C1“－”端接电源“－”端，S2－1另一端接电位器R17一端，R17另一端接电源“＋”端，5551时基块输入端2、6脚接R17和S2－1的串接点，输出端3脚经电阻R19接延时起机光指示二极管H1的“＋”端，H1的“－”端接电源“－”端，与非门元件F7输入端接55513脚，F7输出端接与门元件F4的一个输入端；电容器起机时控单元中，继电器K1的一付常开点一端接电容器C5的“＋”端，另一端接电阻R24一端，C5的“－”端接电源“－”端，R24另一端接电源“＋”端，5552时基块的输入端2、6脚接C5的“＋”端，输出端接与非门F8的输入端，F8的输出端接与门F5的一个输入端。执行电路中包括电机监测控制、抽油机关键参数监测控制执行单元和电容器监测控制执行单元，电机监测控制、抽油机关键参数监测控制执行单元中，三极管A1的基极通过电阻R20接与门F4的输入端，A1的集电极接继电器K1线圈和二极管V4“＋”端的并接点，线圈K1另一端和V1“－”端并接接电源“＋”端，发射极接电源“－”端，S2中S2－2一付开关一端接A1发射极，另一端接A1集电极；电容器监测控制执行单元中，三极管A2的基极通过电阻R21接与门F5的输出端，集电极接继电器K2线圈和二极管V5“＋”端的并接点，线圈K2另一端和V5的“－”端并接接电源“＋”端，发射极接电源“－”端。
电力电容器故障监测保护部分由取样、基准、比较运算电路和信号处理、指示电路组成。其中，取样、基准、比较运算电路中，传感器CTA、CTB一端并接接电源“－”端，另一端分别与整流元件V6、V7“＋”端相联，V6、V7“－”端分别与电容C6“＋”端、电阻R28一端和电容C7“＋”端、电阻R27一端相联，C6、C7的“－”端和电位器R29、R30一端并接接电源“－”端，R28、R29和R27、R30另一端分别接运算放大器N4和N5、N6和N7的信号电压输入端，电阻R31和R34一端并接接电源“＋”端，另一端分别和电阻R32、R33一端串接，R32、R33另一端并接接电源“－”端，N4和N6基准电压输入端接R34和R33的串接点，N5和N7的基准电压输入端接R31和R32的串接点。信号处理、指示电路中，与门F6的4个输入端分别接N4、N5、N6、N7的输出端，F6的输出端接电阻R26的一端，R26另一端接电容C4的“－”端和触发器RS4的R输入端，C4的“＋”端接电源“＋”端，RS4的S输入端接电路中e点，RS4的 输出端通过电阻R22接电容运行指示灯H7的“－”端，通过电阻R23接故障指示灯H6的“＋”端，H7的“＋”端接电源“＋”端，H6的“－”端接电源“－”端；RS4的Q输出端接与门F5的一个输入端。
电机故障监测保护部分由取样、基准、比较运算电路和信号处理、指示电路组成。其中，取样、基准、比较运算电路中，传感器MTC2、MTC1、MTB1一端并接接电源“－”端，MTC2另一端与MTB2、MTA依次串接，MTA、MTB1、MTC1另一端分别接二极管V1、V2、V3“＋”端，V1、V2、V3“－”端分别接电阻R2、R4、R6一端，R2、R4、R6另一端分别和电阻R1、R3、R5一端串接，R1、R3、R5另一端并接接电源“－”端，运算放大器N1、N2、N3三个取样电压输入端分别接R6和R5、R4和R3、R2和R1的串接点，电阻R10和电阻R7一端并接接电源“＋”端，另一端分别与电位器R9、电阻R8一端串接，R9和R8另一端并接电源“－”端，N1、N2基准电压输入端接R10和R9的串接点，N3的基准电压输入端接R7和R8的串接点。信号处理指示电路中，与非门F2的2个输入端分别接N1、N2的2个输出端，F2的另一个输入端接与非门F3的输出端，F3的一个输入端接N3的输出端，另一个输入端接触发器RS1的 输出端，RS1的S输入端接电路中e点，RS1的R输入端接N3的输出端，F2的输出端接与非门F1的输入端，F1的输出端通过电位器R11接电容器C2的“－”端和触发器RS2的R输入端，C2的“＋”端接电源“＋”端，RS2的S输入端接电阻R12一端和电容器C3“＋”端的串接点e，R12的另一端接电源“＋”端，C4的“－”端接电源的“－”端，RS2的 输出端通过电阻R16接电机运行指示灯H2的“－”端，通过电阻R15接故障指示灯H3的“＋”端，H2的“＋”端接电源“＋”端，H3的“－”端接电源“－”端，RS2的Q输出端接与门元件F4的一个输入端。
抽油机关键参数监测保护部分由信号处理、指示电路组成。其中，触发器RS3的S输入端接电路中e点，R输入端接外接传感器SQ的常开点SQ一端，SQ另一端接电源“＋”端，也可以直接接SQ高电平信号输出端，RS3的Q输出端通过电阻R13接运行发光二极管H4的“＋”端，通过电阻R14接故障指示灯H5的“－”端，H4的“－”端和H5的“＋”端则分别接电源的“－”端和“＋”端，Q输出端接F4的一个输入端。
图1为本实用新型的电气原理图。
图2为电机、电容器控制电气原理图。
以下结合附图对本实用新型的各种功能实现过程(即其工作原理)分述如下手动、自动起机及抽油机频繁操作和停机惯性力危害电容保护合上启停开关S1将启机形式选择开关S2－1置于手动位置，此时5551时基块输入端2、6脚为高电平，输出端3脚输出低电平，经与非门F7反向后输出高电平，与门F4输出高电平，三极管A1导通工作，继电器K1有电吸合，其常开触点K1闭合，接通电动机运行接触器K3，抽油机工作；接通电容器C5，电阻R24向C5充电，60分钟后C5电压上升至5V时，触发器5552输出端3脚立即翻转输出低电平，经与非门F8反向后输出高电平，与门F5输出高电平，三极管A2导通工作，继电器K2有电吸合，其常开触点K2闭合，接通电力电容器运行接触器K4，电力电容器工作。与此同时，触发器RS2、RS4的R输入端输入高电平，S输入端上电后经电阻R12向电容器C3短暂时间充电保持高电平，Q输出端输出高电平，保证A1、A2正常导通工作， 输出端输出低电平，电机运行指示灯H2、电容运行指示灯H7亮。将S2－1置于自动位置，当电机运行中电网停电又恢复供电后，电源通过电位计向电容器C1充电，5551时基块的2、6脚输入低电平，3脚输出高电平，延时起机指示灯H1亮，当达到预调定的RC时间常数后，C1上电压上升大于5V时，5551输出3脚立即翻转输出低电平，H1灭，重复上述手动起机过程，抽油机、电力电容器工作。若被监测、保护对象出现故障，但短时间可以继续运行的，则将S2－2开关置于保护退出位置，此时A2发射极和集电极短接，继电器K1直接工作，系统投入运行。
电容器故障监测保护将电力电容器运行电流信号经传感器CTA、CTB、整流元件V6、V7、电阻R28、电位计R29、电阻R27、电位计R30折算并预调定出保证电力电容器正常运行的信号电压，接入运算放大器N4和N5、N6和N7的取样电压输入端；将电阻R31和R32串联分压，作为过流、短路故障比较信号接入N5、N7的比较电压输入端；将电阻R34和R33串联分压，作为容量减损或失效故障比较信号接入N4、N6的比较电压输入端。当电力电容器运行中出现过流、短路故障时，电流超过允许的最大电流时，以及电容失效或容量减损、补偿电流低于规定技术指标时，运算放大器N4和N5、N6和N7至少有一个输出低电平，与门F6输出低电平，再经R26、C4延时近2秒钟，若故障还不能消除，则触发器RS4触发翻转， 输出端输出高电平，运行指示灯H7灭，故障指示灯H6亮，Q输出端输出低电平，与门F5输出低电平，三极管A2由导通工作变截止，继电器K2失电，其常开点K2打开，运行接触器K4失电，电力电容器退出运行。
电机断相、过载故障保护电机运行电流信号经传感器MTA、MTB1和MTB2、MTC1和MTC2转换成的电压信号，分别经整流元件V1、V2、V3、电阻R2和R1、R4和R3、R6和R5折算成直流电压，该电压作为取样电压接入运算放大器N1、N2、N3的取样电压输入端，电阻R7和R8串接分压，其串接点接入N3的基准电压输入端；电阻R10和电位计R9串接分压，其串接点接入N1、N2的基准电压输入端，电位计R9的调定值与电机正常运行电流值相对应。电机运行中出现断相故障时，N3输入端取样电压小于基准电压，输出端输出高电平，与非门元件F3输出低电平；出现过载故障时，N1、N2输入端至少有一个取样电压大于基准电压，输出端输出低电平，当与非门元件F2三个输入端中有一个是低电平时，输出端就会输出高电平，与非门元件F1输出端经电位计R11、电容器C2一定时限的延时后，输出低电平，触发器RS2触发翻转， 输出端输出高电平，运行指示灯H2灭，故障指示灯H3亮；Q输出端输出低电平，与门元件F4输出低电平，三极管A1由导通工作变为截止，继电器K1失电，其常开触点K2打开，K3失电，电机退出运行。
抽油机关键参数的保护和控制当抽油机及其它相关设备的温度、压力、振动、位移等关键参数达到需要控制的临界值时，SQ即相对闭合，触发器RS3触发翻转， 输出端输出高电平，运行指示灯H5灭，参数指示灯H4亮；Q输出端输出低电平，与门F4输出低电平，三极管A1由导通变截止，继电器K1失电，抽油机停止运行，整个系统退出工作。
本实用新型设计合理，功能多，操作简便，运行安全可靠，利用它可以对抽油机电动机的工作进行有效的保护，从而保证油井正常生产，宜于推广应用。
权利要求1.一种抽油机多功能保护控制器，包括控制电路、电力电容器故障监测保护、电机故障监测保护和抽油机关键参数监测保护四部分，其特征在于控制电路部分由本机电源电路、起机时控电路和执行电路组成；电力电容器故障监测保护部分由取样、基准、比较运算电路和信号处理、指示电路组成；电机故障监测保护部分由取样、基准、比较运算电路和信号处理、指示电路组成；抽油机关键参数监测保护部分由信号处理、指示电路组成。
2.根据权利要求1所述的抽油机多功能保护控制器，其特征在于控制电路部分的本机电源电路中，起停开关S1控制变压器初级一相火线，整流稳压单元供给本机电源；起机时控电路包括电机起机时控指示单元和电容器起机时控单元，电机起机时控指示单元中，起机形式选择开关S2的一付开关S2－1一端接电容器C1“＋”端，C1“－”端接电源“－”端，S2－1另一端接电位器R17一端，R17另一端接电源“＋”，5551时基块输入端2.6脚接R17和S2－1的串接点，输出端3脚经电阻R19接延时起机光指示二极管H1的“＋”端，H1的“－”端接电源“－”端，与非门元件F7输入端接55513脚，F7输出端接与门元件F4的一个输入端；电容器起机时控单元中，继电器K1的一付常开点一端接电容器C5的“＋”端，另一端接电阻R24一端，C5的“－”端接电源“－”端，R24另一端接电源“＋”端，5552时基块的输入端2、6脚接C5的“＋”端，输出端接与非门F8的输入端，F8的输出端接与门F5的一个输入端；执行电路中包括电机监测控制、抽油机关键参数监测控制执行单元和电容器监测控制执行单元，电机监测控制、抽油机关键参数监测控制执行单元中，三极管A1的基极通过电阻R20接与门F4的输入端，A1的集电极接继电器K1线圈和二极管V4“＋”端的并接点，线圈K1另一端和V1“－”端并接接电源“＋”端，发射极接电源“－”端，S2中S2－2一付开关一端接A1发射极，另一端接A1集电极；电容器监测控制执行单元中，三极管A2的基极通过电阻R21接与门F5的输出端，集电极接继电器K2线圈和二极管V5“＋”端的并接点，线圈K2另一端和V5的“－”端并接接电源“＋”端，发射极接电源“－”端。
3.根据权利要求1所述的抽油机多功能保护控制器，其特征在于，电力电容器故障监测保护部分的取样、基准、比较运算电路中，传感器CTA、CTB一端并接接电源“－”端，另一端分别与整流元件V6、V7“＋”端相联，V6、V7“－”端分别与电容C6“＋”端、电阻R28一端和电容C7“＋”端、电阻R27一端相联，C6、C7的“－”端和电位器R29、R30一端并接接电源“－”端，R28、R29和R27、R30另一端分别接运算放大器N4和N5、N6和N7的信号电压输入端，电阻R31和R34一端并接接电源“＋”端，另一端分别和电阻R32、R33一端串接，R32、R33另一端并接接电源“－”端，N4和N6基准电压输入端接R34和R33的串接点，N5和N7的基准电压输入端接R31和R32的串接点；信号处理、指示电路中，与门F6的4个输入端分别接N4、N5、N6、N7的输出端，F6的输出端接电阻R26的一端，R26另一端接电容C4的“－”端和触发器RS4的R输入端，C4的“＋”端接电源“＋”端，RS4的S输入端接电路中e点，RS4的Q输出端通过电阻R22接电容运行指示灯H7的“－”端，通过电阻R23接故障指示灯H6的“＋”端，H7的“＋”端接电源“＋”端，H6的“－”端接电源“－”端，RS4的Q输出端接与门F5的一个输入端。
4.根据权利要求1所述的抽油机多功能保护控制器，其特征在于，电机故障监测保护部分的取样、基准、比较运算电路中，传感器MTC2、MTC1、MTB1一端并接接电源“－”端，MTC2另一端与MTB2、MTA依次串接，MTA、MTB1、MTC1另一端分别接二极管V1、V2、V3“＋”端，V1、V2、V3“－”端分别接电阻R2、R4、R6一端，R2、R4、R6另一端分别和电阻R1、R3、R5一端串接，R1、R3、R5另一端并接接电源“－”端，运算放大器N1、N2、N3三个取样电压输入端分别接R6和R5、R4和R3、R2和R1的串接点，电阻R10和电阻R7一端并接接电源“＋”端，另一端分别与电位器R9、电阻R8一端串接，R9和R8另一端并接电源“－”端，N1、N2基准电压输入端接R10和R9的串接点，N3的基准电压输入端接R7和R8的串接点；信号处理指示电路中，与非门F2的2个输入端分别接N1、N2的2个输出端，F2的另一个输入端接与非门F3的输出端，F3的一个输入端接N3的输出端，另一个输入端接触发器RS1的 输出端，RS1的S输入端接电路中e点，RS1的R输入端接N3的输出端，F2的输出端接与非门F1的输入端，F1的输出端通过电位器R11接电容器C2的“－”端和触发器RS2的R输入端，C2的“＋”端接电源“＋”端，RS2的S输入端接电阻R12一端和电容器C3“＋”端的串接点e，R12的另一端接电源“＋”端，C4的“－”端接电源的“－”端，RS2的 输出端通过电阻R16接电机运行指示灯H2的“－”端，通过电阻R15接故障指示灯H3的“＋”端，H2的“＋”端接电源“＋”端，H3的“－”端接电源“－”端，RS2的Q输出端接与门元件F4的一个输入端。
5.根据权利要求1所述的抽油机多功能保护控制器，其特征在于抽油机关键参数监测、保护部分的信号处理、指示电路中，触发器RS3的S输入端接电路中e点，R输入端接外接传感器SQ的常开点SQ一端，SQ另一端接电源“＋”端，也可以直接接SQ高电平信号输出端，RS3的 输出端通过电阻R13接运行发光二极管H4的“＋”端，通过电阻R14接故障指示灯H5的“－”端，H4的“－”端和H5的“＋”端则分别接电源的“－”端和“＋”端，Q输出端接F4的一个输入端。
专利摘要本实用新型涉及一种用于油田抽油机井的带电力电容器保护的集成化抽油机多功能保护控制器，其电路部分包括控制电路、电力电容器故障监测保护、电机断相、过载故障监测保护和抽油机关键参数监测保护四部分。利用该装置可以避免电力电容器因频繁切换和停机后机械惯性作用造成的损害，在电机发生断相、过载故障、关键参数发生变化时给予指示和保护，当电容器失效或容量减损至低于规定技术指标时给予指示并退出运行。该装置具有功能较多、操作简便、运行安全可靠等特点，宜于在抽油机井广泛采用。
文档编号F04B49/06GK2208110SQ9422904
公开日1995年9月20日 申请日期1994年6月30日 优先权日1994年6月30日
发明者张相文, 周永久 申请人:辽河石油勘探局兴隆台采油厂