专利名称：抽油机变频节能装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子控制技术领域的装置，具体是一种抽油机变频节能装置。
背景技术：
目前，中国吨油成本是国外吨油成本的好几倍。尽可能的节能增效，同国际水平接轨，这是中国石油工业的必然趋势。在吨油成本中，电费支出约占生产成本的三分之一，而且随着油田的进一步开采，在稳产的基础上，节能、增效、增产、降耗，显得十分重要。抽油机作为油田最基本的设备，针对抽油机的节能降耗显得更有意义。具初步估计，仅大庆油田，每年新上的油井大约有7000 口，大多数的油井还是在使用传统的抽油机控制柜，这种抽油机控制柜并没有针对抽油机的节能降耗进行改进，能耗比较高。而全国的油田众多，如果能有降低抽油机能耗的节能控制装置，将为国家节省巨大的电力资源。 现有的抽油机控制柜中在补偿无功损耗技术方面一般使用电容补偿，电容补偿采用接触器进行回路投切，在投切过程中，电容器的初始电压为零，触点闭合瞬间，绝大多数情况下电网电压不为零、有时可能处在高峰值，(极少为零)，因而产生非常大的电流，也就是常说的合闸涌流。试验表明合闸涌流严重时可达电容器额定电流的50倍。这不仅影响电容器和接触器的使用寿命，而且对电网造成冲击，影响其它设备的正常工作。因此，后来采用串接电抗器和加入限流电阻来抑制涌流，这虽然可以控制涌流在额定电流的20倍以内，但从长期运行情况来看，其故障率仍然非常高，维修费用较高。 现有的抽油机在使用时还存在电机启动瞬间对电网和设备造成很大冲击的问题。当电机在工频状态下启动时，启动电流相当于3 7倍额定电流，因此通常在电机带载启动时，会对设备和供电电网造成很大的冲击，导致对电网容量要求过高。且在启动瞬间产生大电流和震动，对设备极为不利，严重时还会发生抽油机断托等现象。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足与缺陷，提供一种抽油机变频节能装置，通过在抽油机控制柜中加入变频器，从而提高油井的产量和泵效，对功率因数进行补偿，避免电机启动时对电网设备造成冲击，并实现冲次任意调节以及分段转速控制。 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括断路器、变频器、电流互感器、输入电抗器、第一接触器、第二接触器、第三接触器、热继电器，其中 外接电源与断路器相连，外接电源经过断路器控制后再经过电流互感器，然后分成两路电路一路为变频回路，另一路为工频回路； 所述变频回路中经过输入电抗器后，再由第三接触器进入变频器，经过变频器变频后进入第一接触器； 所述工频回路包括第二接触器和热继电器，第二接触器与热继电器串连，整个工频回路与变频回路并联。 依照本发明较佳实施例所述的抽油机变频节能装置，输入电抗器用于减少变频器产生的谐波对电力系统造成的影响。 依照本发明较佳实施例所述的抽油机变频节能装置，变频器设有故障信号接口 ALM1、ALM2。 依照本发明较佳实施例所述的抽油机变频节能装置，变频器的端口 1ST和2ST分 别由两个接近开关控制，接近开关安装在抽油机现场。 依照本发明较佳实施例所述的抽油机变频节能装置，还包括进线电压测量电路， 该电路包括3个熔断器、电压转换开关、电压表，3个熔断器分别与电压转换开关一侧的六 个端口相连，电压转换开关的另一侧相互间隔的三个端口并连后与电压表一端相连，另相 互间隔的三个端口并连后与电压表另 一端相连。 依照本发明较佳实施例所述的抽油机变频节能装置，还包括电流测量电路，该电 路包括3个电流互感器和1个电流表，以及以后用户增加的有功电度表，两个电流互感器 分别与一有功电度表串联，第三个电流互感器与一电流表串联后再与有功电度表串联，三 支电路并联后接地。本电路主要作用为测量电机A、 B、 C三相负荷电流，以及将来需要计量 时预留的有功电度表的电流线圈测量接线接口 。 依照本发明较佳实施例所述的抽油机变频节能装置，还包括温度控制电路，该电 路包括2个熔断器、1个控制变压器、1个温度控制器、1个温度传感器、2个中间继电器、2 个加热器和2个风扇，其中，控制变压器的两个输入端分别通过熔断器与电源线相连，控制 变压器的输出端用于对本电路的其他元件供电，温度传感器与温度控制器相连，2个加热器 并联后与一中间继电器相连，2个风扇并联后与另一中间继电器相连，两个中间继电器的工 作状态均由温度控制器控制。 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果 1、提高油井的产量和泵效。根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，既节约 电能，又增加原油产量。例如对于稠油井可以降低冲次，提高泵效，减少泵的空行程。对大 多数的油井，可以提高泵效15 30% ; 2、功率因数补偿。电费成本较高，且无功损耗带来的费用也计量到用电成本里。使 用变频器改造后，电动机功率因数可由0. 25 0. 50提高到0. 90以上，从而减轻了电网和 变压器的负担，降低了线损，节省了无功损耗的电费； 3、对电网和设备无冲击。在变频改造后就可以实现电机真正意义上的柔性启动， 将会使启动电流大大降低，既节能又减少了对电网的冲击。避免了电动机、变速箱、抽油机 等过大机械冲击，大大延长了泵及相关设备的使用寿命； 4、冲次任意调节。不需停产调节速度。解决了因调速造成的停产，从而提高了生 产效率。可以不用更换皮带轮来调节合适冲次，以达到满足泵效的情况下用最少的电；
5、分段转速控制。通过变频对抽油机转速的调节，根据抽油机的特殊工况，把转速 控制细划为上冲程转速控制和下冲程转速控制，通过分别对上下冲程转速的适当调节，从 而减少漏失，提高泵效。
图1是本发明的主电路图； 图2是本发明的实施例的辅助电路4
图3是本发明实施例的进线电压测量电路电路图； 图4是本发明实施例中的电流测量电路电路图； 图5是本发明实施例中的电流回路的端子图； 图6是本发明实施例中的温度控制电路电路图； 图7是本发明实施例中变频器完成上冲程和下冲程控制的示意图； 图8是本发明实施例中为接近开关提供工作电源的电源模块示意图； 图9是本发明实施例中14个电压端子及端子附件示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下 述的实施例。 如图1所示，本实施例的主电路中包括断路器QF1、变频器BPQ、电流互感器 lTAa-c、输入电抗器DKQ、接触器KMl-3、热继电器KH，其中 外接电源与断路器QF1相连，外接电源经过断路器QF1控制后再经过电流互感器 lTAa-c分成两路电路一路为变频回路，另一路为工频回路； 所述变频回路中经过输入电抗器DKQ后，再由接触器KM3进入变频器BPQ，经过变 频器BPQ变频后进入接触器KM1 ; 所述工频回路包括接触器KM2和热继电器KH，接触器KM2与热继电器KH串连，整 个工频回路与变频回路并联。 如图2所示，是对图1所示的主电路图的进一步完善的辅助电路图，该电路包括1 台变频器BPQ， 1只塑壳断路器QF1， 3只交流接触器KMl-3， 1只热继电器KH， 1个滤波电抗 器，4个按钮SBl-2、 SBSl-2，4只信号灯，主回路的组成为断路器QF1，电流互感器lTAa-c， 输入电抗器DKQ，交流接触器KM3，变频器BPQ，交流接触器KM1，按从上到下的排列顺序串联 而成；另外一路的交流接触器KM2，热继电器KH串联后，KM2的上端与DKG上端并接，KH的 下端与KM1的下端并接，从而组成一个完整的主电路图(具体见图l所示)。其中L21表 示本电路图的电源取自该处，具体工作原理为先合上图1中主电路开关QF1，其在图2中 的辅助接点QF1闭合，按下启动按钮SB1，交流接触器KM1、3同时闭合，于是变频器BPQ开 始工作。如果变频器发生故障不能正常工作，则接点ALM1，ALM2闭合，中间继电器KA3线圈 得电，其常开辅助接点闭合，交流接触器KM2工作，抽油机进入工频运行，继续生产。同时， KM2常闭辅助接点断开交流接触器KM1、3线圈的工作电源，使变频器主回路断电，从而使变 频器BPQ退出运行并进行故障检修。 如图3所示，是本实施例中的进线电压测量电路电路图，该电路包括3个熔断器 FU、电压转换开关SAV、电压表PV，3个熔断器分别与电压转换开关SAV—侧的1、3，5、7，9、 11端口相连，电压转换开关SAV的另一侧4、8、12端口相连后与电压表PV—端相连，2、6、 10端口相连后与电压表PV另一端相连。本电路主要目的为测量进线端AB、 BC、 AC三个线 电压值。 如图4所示，是本实施例中的电流测量电路电路图，该电路包括3个电流互感器 lTAa-c和1个电流表A，以及以后用户增加的有功电度表WH，电流互感器lTAa、 lTAc分别与一有功电度表串联，电流互感器ITab与一电流表串联后再与有功电度表串联，三支电路并 联后接地。本图主要作用为测量电机A， B， C三相负荷电流，以及将来需要计量时预留的有 功电度表的电流线圈测量接线接口 。 如图5所示，是本实施例中为用户现场进行电流仪表检验和测试时使用的电流回 路的端子图，包括6个电流试验端子和其他端子附件。 如图6所示，是本实施例中的温度控制电路电路图，该电路包括2个熔断器FU2 、 3， 1个控制变压器BK， 1个温度控制器WK和1个温度传感器，2个中间继电器KA1、2， 2个加 热器DJR1-2和2个风扇FSl-2，其中，控制变压器BK的两个输入端分别通过熔断器与电源 线相连，控制变压器BK的输出端用于对本电路的其他元件供电，温度传感器与温度控制器 相连，2个加热器并联后与一中间继电器相连，2个风扇并联后与另一中间继电器相连，两 个中间继电器的工作状态均由温度控制器控制。本电路的工作原理为先设定好温度控制 器WK的上限温度和下限温度，然后当温度传感器检测到环境温度到达或超过上限时，温度 控制器WK控制中间继电器KA2的线圈动作，其辅助接点闭合，于是风扇FS1、FS2开始工作， 达到散热效果；同样，当温度传感器检测到环境温度到达或低于下限时，温度控制器控制中 间继电器KA1的线圈动作，其辅助接点闭合，于是加热器DJR1、 DJR2开始工作，从而达到加 热效果。以上加热和散热电路，均有一个返回值。当箱体恢复正常工作温度时，温度控制器 自动返回，并停止加热或散热。如果温度有反复，则重复上述过程。 如图7所示，是本实施例中变频器完成上冲程和下冲程控制的示意图，接近开关 (LX1、LX2)安装在抽油机现场，负责对抽油机的工作状态进行采集，接近开关随着抽油机的 飞轮第一次接通(瞬时状态)时，LX1保持接通并保持；接近开关随着飞轮的转动第二次接 通(瞬时状态)时，LX2保持接通而LX1复位断开并保持。如此反复进行变换。LX1和LX2 分别控制变频器的1ST和2ST，正常运行时1ST和2ST相互转换动作(即1ST闭合，2ST同 步断开；2ST闭合，则1ST同步断开LX1和LX2可以同时断开，但不能同时闭合)。飞轮每冲 程上、下各一次(即一周期2次)，变频器频率也随之每周期变换2次，即控制变频器频率变 换，最终实现动态调整抽取速度，达到既节约电能，又增加原油产量的目的。
如图8所示，是本实施例中为安装在现场的接近开关提供工作电源的电源模块示 意图。 如图9所示，是本实施例中14个电压端子及端子附件示意图。
权利要求
一种抽油机变频节能装置，包括断路器、变频器、电流互感器、输入电抗器、第一接触器、第二接触器、第三接触器、热继电器，其中外接电源与断路器相连，外接电源经过断路器控制后经过电流互感器分成两路电路一路为变频回路，另一路为工频回路；其特征在于所述变频回路中经过输入电抗器后，再由第三接触器进入变频器，经过变频器变频后进入第一接触器；所述工频回路包括第二接触器和热继电器，第二接触器与热继电器串连，整个工频回路与变频回路并联。
2. 如权利要求1所述的抽油机变频节能装置，其特征在于，所述输入电抗器，其用于减少变频器产生的谐波对电力系统造成的影响。
3. 如权利要求1所述的抽油机变频节能装置，其特征在于，所述变频器，其设有故障信号接口 ALM1、ALM2。
4. 如权利要求l所述的抽油机变频节能装置，其特征在于，所述变频器，其的端口 1ST和2ST分别由两个接近开关控制，接近开关安装于安装在抽油机现场。
5. 如权利要求1所述的抽油机变频节能装置，其特征在于，还包括进线电压测量电路，该电路包括3个熔断器、电压转换开关、电压表，3个熔断器分别与电压转换开关一侧的六个端口相连，电压转换开关的另一侧相互间隔的三个端口并连后与电压表一端相连，另相互间隔的三个端口并连后与电压表另 一端相连。
6. 如权利要求1所述的抽油机变频节能装置，其特征在于，还包括电流测量电路，该电路包括3个电流互感器和1个电流表，以及以后用户增加的有功电度表WH，两个电流互感器分别与一有功电度表串联，第三个电流互感器与一电流表串联后再与有功电度表串联，三支电路并联后接地。
7. 如权利要求1所述的抽油机变频节能装置，其特征在于，还包括温度控制电路，该电路包括2个熔断器，1个控制变压器，1个温度控制器和l个温度传感器，2个中间继电器，2个加热器和2个风扇，其中，控制变压器的两个输入端分别通过熔断器与电源线相连，控制变压器的输出端用于对本电路的其他元件供电，温度传感器与温度控制器相连，2个加热器并联后与一中间继电器相连，2个风扇并联后与另一中间继电器相连，两个中间继电器的工作状态均由温度控制器控制。
全文摘要
一种电子控制技术领域的抽油机变频节能装置，包括断路器、变频器、电流互感器、输入电抗器、第一接触器、第二接触器、第三接触器、热继电器，其中外接电源与断路器相连，外接电源经过断路器控制后经过电流互感器分成两路电路一路为变频回路，另一路为工频回路；所述变频回路中经过输入电抗器后，再由第三接触器进入变频器，经过变频器变频后进入第一接触器；所述工频回路包括第二接触器和热继电器，第二接触器与热继电器串连，整个工频回路与变频回路并联。本发明通过在抽油机控制柜中加入变频器，从而提高油井的产量和泵效，对功率因数进行补偿，避免电机启动时对电网设备造成冲击，并实现冲次任意调节以及分段转速控制。
文档编号H02J3/00GK101777762SQ20091020087
公开日2010年7月14日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者刘永辉, 叶晓燕, 王启节 申请人:上海德力西集团有限公司