油田抽油机井场电能在线监测与计量集成装置的制作方法

本实用新型涉及监测和计量装置，具体涉及一种油田抽油机井场电能在线监测与计量集成装置。

背景技术：

油田在生产能源的同时，也消耗了大量能源，据统计长庆油田生产耗电约占总能耗的50％，主要耗电设备为抽油机、注水泵、输油泵等。

目前油田对主要能耗设备的电能计量主要采用机械式的有功电度表、组合式装置效率测试仪等。油田电能计量现状存在以下问题：

(1)油田电能计量器具整体配备率较低，不能满足能源计量需要。按照Q/SY1212-2009《能源计量器具配备规范》中规定用能单位、次级用能单位配备率达100％，基本用能单元(独立用能设备)配备率达95％。

(2)对于油田复杂多种交变负载，采用机械式电表计量准确度低、使用频率范围窄，而且机械式电表需要经常校表，油田机械式电表装上后，几乎没有校验过。

(3)目前油田配备的电度表功能单一，不能实现对电网质量(如功率因数、谐波)的监测，不能对电网综合治理提供依据。

(4)目前不论是机械式电表、电子式电表以及装置效率测试仪器基本都不能实现能耗设备的在线监测与计量，无法及时掌握重点设备能耗情况。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提出一种油田抽油机井场电能在线监测与计量集成装置，该装置集智能电表、无线传输等功能于一体，既能满足基层单位对重点设备的能耗及电能质量的监控，又能满足能源管控中心对前端数据采集、传输的要求。

为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案予以实现。

一种油田抽油机井场电能在线监测与计量集成装置，包括一电能监测与计量单元；所述电能监测与计量单元的输入端电性连接电压钳和电流传感器；所述电能监测与计量单元的输出端电性连接无线通讯模块，所述无线通讯模块通过外置天线连接上位机；其中，所述电能监测与计量单元包括数据采集模块、数据存储模块、数据计算处理模块、数据传输模块；所述数据采集模块的输入端分别连接所述电压钳和电流传感器；所述数据采集模块的输出端连接所述数据计算处理模块的输入端和数据存储模块的输入端，所述数据计算处理模块的输出端连接所述数据传输模块的输入端和数据存储模块的输入端；所述数据传输模块的输出端连接所述无线通讯模块。

优选的，所述电能监测与计量单元的数据采集模块的输入端包括三个电压测量端子和三个电流测量端子。

优选的，三个电压测量端子分别连接三个电压钳；三个电压钳分别测试三相交流电的三相电压；三个电流测量端子分别连接三个电流传感器，三个电流传感器分别测试三相交流电的三相电流。

优选的，所述电能监测与计量单元的数据传输模块的输出端包括无线通讯接口，所述无线通讯接口为RS485通讯接口。

优选的，所述电能监测与计量单元上设有电源端子接口，所述电源端子接口连接供电电源线，所述供电电源线为220v电源线。

优选的，所述供电电源线上设有保险丝和电源指示灯。

优选的，所述供电电源线连接一12V直流电源单元，所述12V直流电源单元连接所述无线通讯模块。

优选的，所述无线通讯模块是单一的ZigBee无线通讯模块、单一的GPRS无线通讯模块，单一的3G无线通讯模块，单一的的4G无线通讯模块；或者是ZigBee无线通讯模块与GPRS无线通讯模块的组合，ZigBee无线通讯模块与3G无线通讯模块的组合、ZigBee无线通讯模块与4G无线通讯模块的组合。

优选的，所述上位机为电脑、PLC、数据采集器、RTU中的任一种。

本实用新型的有益效果：

1、通过本装置实现对抽油机电能质量参数(谐波畸变率、谐波含量)与耗电量同步测试，可以同时测试电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等；可以监测2～50次电力谐波含量及畸变率；可以分别计量抽油机正向耗电、反向倒发电。

2、通过本装置实现电能本地测试与远程测试同步，本地测试数据可以长时间保存(保存时间可长达2个月)，将电能监测与计量的数据通过无线传输模块输送到油田数字化通讯网络，实现了油田电能在线监测与计量。

附图说明

图1为本实用新型的油田场站电能在线监测与计量装置示意图；

图2为本实用新型的电能监测与计量单元的原理结构示意图；

图中：1-电压钳；2-电流传感器；3-电能监测与计量模块；4-无线通讯接口；5-12V直流电源单元；6-无线通讯模块；7-外置天线；8-保险丝；9-电源指示灯；10-供电电源线；11-数据采集模块；12-数据存储模块；13-数据计算处理模块；14-数据传输模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

实施例1

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种油田抽油机井场电能在线监测与计量集成装置，包括一电能监测与计量单元3；所述电能监测与计量单元3的输入端电性连接电压钳1和电流传感器2；所述电能监测与计量单元3的输出端电性连接无线通讯模块6，所述无线通讯模块6通过外置天线7连接上位机。

其中，所述电能监测与计量单元3选用台达推出的多功能电力监测仪表DPM-C530A。所述电能监测与计量单元3包括数据采集模块11、数据存储模块12、数据计算处理模块13、数据传输模块14；所述数据采集模块11的输入端分别连接所述电压钳1和电流传感器2；所述数据采集模块11的输出端连接所述数据计算处理模块13的输入端和数据存储模块12的输入端，所述数据计算处理模块13的输出端连接所述数据传输模块14的输入端和数据存储模块12的输入端；所述数据传输模块14的输出端连接所述无线通讯模块6。

所述电能监测与计量单元3工作原理：所述数据采集模块11采集油田抽油机井场的电压和电流，并传输给数据存储模块12和数据计算处理模块13，由数据存储模块12进行本地测试数据保存，实现电能本地测试和远程测试同步。所述数据计算处理模块13根据采集到的电压和电流进行计算处理后获得抽油机的有功功率、无功功率、功率因数、频率，抽油机正向耗电、反向倒发电等。所述数据传输模块14将计算处理后的数据传输给无线通讯模块6，并由通过无线通讯模块6外置天线7将处理后的数据发射到上位机上，进入油田数字化通讯网络，实现了油田电能在线监测与计量。

本实用新型集成装置的工作原理是：电压钳1采集抽油机井场的电压数据，电流传感器2采集抽油机井场的电流数据，并将采集到的电流数据和电压数据传输给电能监测与计量单元3，电能监测与计量单元3计算处理后将数据信号传到无线通讯模块6，处理过的数据信号通过无线通讯模块6的外置天线7发射到上位机上，进入油田数字化通讯网络，实现了油田电能在线监测与计量。

该集成装置在长庆油田盘古梁作业区F72-82井组、P44-31井组进行现场安装调试，电能监测与计量模块采集计算的数据通过无线传输模块传输到上位机，而上位机到作业区数控中心的通讯油田已经建成，可以直接使用。运行后实现对安装的两个井组电能在线监测，其中F72-82井组电压433.9V、电流89.1A、有功功率46.97kW、无功功率47.49kVar、功率因数0.697，电压谐波畸变率0.9％、电流谐波畸变率4.2％，井组日耗电1127kW·h。P44-31井组电压412.3V、电流58.7A、有功功率23.28kW、无功功率34.32kVar、功率因数0.543，电压谐波畸变率0.9％、电流谐波畸变率4.0％，井组日耗电558kW·h。

实施例2

在实施例1的基础上，如图1和2所示，所述电能监测与计量单元3的数据采集模块11的输入端包括三个电压测量端子V1、V2、V3和三个电流测量端子I1、I2、I3，最多可监测三路电压。如果只监测一路，需连接I1和V1；如果监测两路，需连接I1和V1、I2和V2；如果监测三路，需连接I1和V1、I2和V2、I3和V3。

在本实施例中，以监测三相交流电为例，测试时，三个电压测量端子分别连接三个电压钳1；三个电压钳1分别测试三相交流电的三相电压；三个电流测量端子分别连接三个电流传感器2，三个电流传感器2分别测试三相交流电的三相电流。

电能监测与计量单元3的数据传输模块14的输出端包括无线通讯接口4，所述无线通讯接口4为RS485通讯接口，RS485通讯接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力。

所述无线通讯接口4通过数据线电性连接无线通讯模块6，所述数据线采用屏蔽双绞线，可屏蔽干扰信号，使监测数据更准确。

实施3

在实施例1的基础上，如图1所示，所述电能监测与计量单元3上设有电源端子接口L1和L2，所述电源端子接口L1和L2连接供电电源线10，所述供电电源线10为220v电源线，为所述电能监测与计量单元3和无线通讯模块6提供电源。

所述供电电源线10上设有保险丝8，通过设置保险丝8，当负载超过设定电压时，自动断电，防止事故发生，保证装置安全运行。

所述供电电源线10上设有电源指示灯9，通过电源指示灯9方便观察判断供电电源线10的电源状态，保证装置安全运行。

所述供电电源线10连接一12V直流电源单元5，所述12V直流电源单元5连接所述无线通讯模块6，为无线通讯模块6供电。

实施例4

在实施例1的基础上，所述无线通讯模块6是单一的ZigBee无线通讯模块、单一的GPRS无线通讯模块，单一的3G无线通讯模块，单一的的4G无线通讯模块；或者是ZigBee无线通讯模块与GPRS无线通讯模块的组合，ZigBee无线通讯模块与3G无线通讯模块的组合、ZigBee无线通讯模块与4G无线通讯模块的组合。

在本实施例中，优选ZigBee无线通讯模，ZigBee无线通讯模块支持低功耗的无线通讯，可克服现场布线难的缺陷。

实施例5

在实施例1的基础上，所述上位机为电脑(PC)、PLC、数据采集器、RTU中的任一种。本实用新型优选井场主RTU，数据信号通过外置天线7发射到井场主RTU上，进入油田数字化通讯网络，而主RTU到作业区数控中心的通讯油田已经建成，可以直接使用。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。