油井智能自启管控模块的制作方法

1.本发明涉及一种油井启动控制。特别是涉及一种油井智能自启管控模块。


背景技术：

2.在gb/t 30137-2013《电能质量电压暂降与短时中断》、sh/t 3209-202*《石油化工企业供配电系统自动装置设计规范》中明确规定晃电抑制装置应综合考虑满足实际供配电系统设计。胜利油田配电网存在输配电线路运行环境恶劣、生产负荷集中、机采设备启动电流波动大、6-10kv大型注水电机应用广泛等特点。根据油田电网运行数据分析报告显示，电压波动(电压暂降、短时失电)故障高发于七、八月份，94％的波动记录发生在6-10kv配电网。发生原因配电网短路及接地故障占比91％；雷雨、暴雨、风雪等恶劣天气因素故障占比4.6％；油气生产6-10kv注水电机及其他大负荷投切占比4.4％，大范围多发性电压暂降对胜利油区油气生产影响较大，电压降幅20％-50％即可使plc、变频器、接触器等生产负荷控制器停止工作。
3.电压暂降以及瞬时性故障电压波动、短时失电带来的非故障停机，采油管理区部分油井控制柜安装有防晃电继电器，在电压暂降恢复后能够自动发出开机信号实现油井电动机自动同时重启，启动期间如果平衡块未过上止点，会造成平衡块带动电动机反转，已过上止点平衡块位置较高，也会有较大惯性，电动机处于无电源惯性转动状态，对于变频控制柜较低频率(部分油井0hz启动)启动状态下，变频器会显示过流故障，出现故障码。工频控制柜会在电机反转情况下保护动作不能正常启动，远程启动失效。
4.经现场勘查，以及监控数据分析，电压暂降期间变电站同一母线所带线路的大批油井同时自动重启(尤其是工频启动的电动机)，会产生过大冲击电流，减缓系统电压的恢复，造成电压暂降重复发生，进而造成油井自动启井失败。需要采油工现场启井，平均每口启井时间约30分钟。油田各采油管理区每年因电压暂降造成的原油损失高达约3000吨。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有技术的不足，提供一种能够提高开井时率、提升生产效率的油井智能自启管控模块。
6.本发明所采用的技术方案是：一种油井智能自启管控模块，包括主控电路及人机界面，分别与主控电路及人机界面相连的用于提供电源和监测电源的电源电路、用于驱动电机的电机驱动电路、用于输出报警信号的报警信号输出电路、用于进行设备与监测和控制对象之间的连接以及电机惯性运行状态监测的用户接口及电机惯性运行状态监测电路以及用于监测电机是否处于正常运行状态的电机运行状态监测电路，所述电源电路包括有用于连接外部电源，并监测电源是否正常的电源接入及掉电监测电路和与所述电源接入及掉电监测电路相连的主电源及自持电源电路，主电源为设备供电，断电后自持电源为系统供电。
7.本发明的油井智能自启管控模块，体积较小，导轨安装，接线方便。10-15分钟可实
现连接。不改动原有接线，兼容原控制保护。在启动平稳冲击下，油井到达平衡位置后启动，可减小电流冲击以及机械冲击，可实现时间差别分区域分批启动电动机。本发明可全线路安装，分时分频启动减少了电压恢复阶段的电流冲击，利于系统电压的快速稳定。避免电压暂降重复发生造成的大面积停井，有效提高油井时率。具有如下优点：
8.1、提高开井时率、提升生产效率
9.目前管理区人员紧缺，单人管理油井数也大大增加，当遇到停井后，正常情况下，人均开井时间为30分钟左右，当遇到恶劣环境时，开井时间更是大大增加。通过油井抽油机智能管控模块的控制，可最大程度地提高开井时率，将产量损失降至最少。
10.2、提高油藏管动态理
11.通过判闪断电后，智能判断油井的自由运行状态，从而最大程度地提升开井的准确率，既保证了抽油机的使用寿命，又提高了油藏动态的经营管理。
12.3、提高安全生产
13.一是减少了人员在交通方面的安全，二是减少了人员在现场被各种环境因素所造成的人身安全。
14.4、提高生产经营指标
15.通过开井时率的提高，产量的连续性也得到了保障，油井故障率也减少了。
16.以每年每条大线闪停两次为例：管理区每年大约节省人工费用15万元，交通费用2万元，产量增加150吨，(原油平均产量0.25吨/小时，一个管理区大概300口油井)
17.5、供电的效益
18.1)减少电网瞬时启井时的冲击。
19.2)保证开井时率的同时，减少采油厂因产量对供电公司的效率考核。
20.6、附加功能
21.1)在未设置智能油田建设时，能够与油井井口安装的电动执行机构配合，当油井启动不正常时，下达指令，将油井井口闸门关闭，防止产量回流。
22.2)能够在油井正常开井时检测油井的本地，远程状态，若为本地，则自动转换为远程状态，使油井在生产状态下始终为远程状态。
23.3)油井正常生产时因电压过低或接地造成的停井，通过油井抽油机智能管控模块均可检测出来，产生报警信号传至scada平台并进行相应的启井操作。
附图说明
24.图1是本发明的油井智能自启管控模块框图；
25.图2是本发明中主控电路及人机界面的电路原理图；
26.图3是本发明中电源接入及掉电监测电路的电路原理图；
27.图4是本发明中主电源及自持电源电路的电路原理图；
28.图5是本发明中电机驱动电路的电路原理图；
29.图6是本发明中运行状态监测电路的电路原理图；
30.图7是本发明中运行状态监测供电电路的电路原理图；
31.图8是本发明中报警信号输出电路的电路原理图；
32.图9是本发明中用户接口及电机惯性运行状态监测电路的电路原理图。
具体实施方式
33.下面结合实施例和附图对本发明的油井智能自启管控模块做出详细说明。
34.如图1所示，本发明的油井智能自启管控模块，包括主控电路及人机界面1，分别与主控电路及人机界面1相连的用于提供电源和监测电源的电源电路2、用于驱动电机的电机驱动电路3、用于输出报警信号的报警信号输出电路4、用于进行设备与监测和控制对象之间的连接以及电机惯性运行状态监测的用户接口及电机惯性运行状态监测电路5以及用于监测电机是否处于正常运行状态的电机运行状态监测电路6，所述电源电路2包括有用于连接外部电源，并监测电源是否正常的电源接入及掉电监测电路2.1和与所述电源接入及掉电监测电路2.1相连的主电源及自持电源电路2.2，主电源为设备供电，断电后自持电源为系统供电。
35.如图2所示，所述的主控电路及人机界面1包括有：主控芯片u9、拨码开关s1，所述主控芯片u9可采用型号为r5f10268asp，或pic18f25k22-i/pt，或atmega48pa-au的芯片，所述主控芯片u9的第11、12、13、14、15脚分别依次通过一个电阻r10、r28、r26、r25、r 21和一个发光二极管l12、l6、l5、l4、l3连接+5v电源，第1脚连接电机运行状态监测电路6，第2、17、20脚连接用户接口及电机惯性运行状态监测电路5，第3脚连接用户接口及电机惯性运行状态监测电路5，第4脚连接prog1端口，第8、7、6、18、19脚分别对应通过拨码开关s1的第10、9、8、7、6脚连接+5v电源，第16脚连接主电源及自持电源电路2.2，拨码开关s1的第1、2、3、4、5脚接gnd端，所述主控芯片u9的第5脚依次通过电阻r4和电阻r13连接+5v电源，第9脚接gnd端，第10脚连接+5v电源，以及分别电容与c1和电容c2连接+5v电源。
36.所述的主控电路及人机界面1，用于在系统监测运行过程中各阶段的状态显示和参数现场设定，以满足被监测对象的各种工况；通过所述的电机运行状态监测电路6，检查各种信号的状态，当信号逻辑及时序满足动作条件时，通过报警信号输出电路输出报警信号，适当时间后通过电机驱动电路输出电机驱动信号；人机界面(图中未示)用于显示设备运行状态和各种参数的设定。所述的主控电路及人机界面1内置定时装置经外置拨码开关进行组合调整，可实现0-35秒的延时启动，无需改动程序，可简单精准调节自启动时间。
37.如图3所示，所述电源电路2中的电源接入及掉电监测电路2.1包括有第一光电耦合器u11，所述第一光电耦合器u11的脚1连接主电源及自持电源电路2.2，以及通过电阻r23连接+5v电源，脚2接gnd端，脚3和电阻r29的一端共同连接共模电感t3的输出b端，脚4和电阻r29的另一端共同连接二极管d19的正极，所述二极管d19的负极依次通过电阻r10和r31连接共模电感t3的输出a端，所述共模电感t3的输出a端还通过电容c1接地，输出b端通过电容c5接地，所述共模电感t3的输出a端和输出b端之间连接电容c16，所述共模电感t3的输出a端和输出b端连接主电源及自持电源电路2.2的输入端，所述共模电感t3的两个输入端分别连接第一接线端子j6的脚1、脚2和脚5、脚6，所述共模电感t3的两个输入端之间连接压敏电阻r13，所述第一接线端子j6的脚9和脚10接地，脚13、脚14和脚15、脚16连接电机驱动电路3。
38.如图4所示，所述电源电路2中的主电源及自持电源电路2.2包括有变压器t1、第一整流桥d14和第二整流桥d16，所述变压器t1的输入端连接电源接入及掉电监测电路2.1的输出端，所述变压器t1输出端的脚10和脚9连接第一整流桥d14脚1和脚3，所述变压器t1输出端的脚7和脚6连接第二整流桥d16脚1和脚3，所述第一整流桥d14的脚4接end24端，脚2依
次通过电阻r11和二极管d12连接第一稳压芯片u3的脚3，第一稳压芯片u3的脚3还通过电容c8接end24端，第一稳压芯片u3的脚2接end24端，第一稳压芯片u3的脚1输出+5v24电源，还通过电容c3接end24端，所述第二整流桥d16的脚4接gnd端，脚2通过电阻r12接第二稳压芯片u7的脚3，第二稳压芯片u7的脚3还分别通过电容c6和二极管d18接gnd端，所述第二稳压芯片u7的脚2通过二极管d1接gnd端，所述第二稳压芯片u7的脚1通过电容c4接gnd端，以及通过二极管d10分别连接电阻r9的一端、第二接线端子j9的脚1、脚2以及输出+5v电源，所述电阻r9的另一端分别通过二极管d8接+5v电源，通过电容c2接gnd端，所述第二接线端子j9的脚3、脚4接gnd端，脚7、脚8为+5v24电源端，脚9、脚10接end24端，脚11、脚12为24v电源端，脚13、脚14连接电源接入及掉电监测电路2.1中的第一光电耦合器u11的脚1，脚15、脚16连接主控电路及人机界面1中主控芯片u9的第16脚。
39.如图5所示，所述的电机驱动电路3包括有第二光电耦合器u8、三极管q3和继电器s3，所述第二光电耦合器u8的脚3接+5v电源，脚4通过电阻r16接主控电路及人机界面1中主控芯片u9的第16脚，脚1接24v电源，脚2通过电阻r27连接三极管q3的基极，所述三极管q3的基极还通过电阻r24接gnd24端，所述三极管q3的发射极接gnd24端，所述三极管q3的集电极分别连接二极管d20的正极和继电器s3线圈的一端，所述二极管d20的负极和继电器s3线圈的另一端接24v电源，所述继电器s3常开触点的两端c、d对应连接电源电路2中电源接入及掉电监测电路2.1中的第一接线端子j6的脚13、脚14和脚15、脚16。
40.如图6、图7所示，所述的电机运行状态监测电路6，用于监测电机是否处于运行状态，是由运行状态监测电路和运行状态监测供电电路两部分构成，其中，所述的运行状态监测电路包括有第三光电耦合器u3，所述第三光电耦合器u3的脚1连接主控电路及人机界面1中主控芯片u9的第1脚，该脚1还通过电阻r34接+5v电源，所述第三光电耦合器u3的脚2接gnd端，脚3连接电阻r45和电阻r46的一端，电阻r45的另一端和第三光电耦合器u3的脚4共同接gnd24端，电阻r46的另一端通过二极管d8接用户接口及电机惯性运行状态监测电路5中的第三接线端子j8的脚6，所述的运行状态监测供电电路包括有二极管d10和第二自恢复保险f2，所述二极管d10的正极接gnd24端，负极和第二自恢复保险f2的一端共同接24v电源，第二自恢复保险f2的另一端接用户接口及电机惯性运行状态监测电路5中的第三接线端子j8的脚5，并通过第三接线端子j8给运行状态监测电路提供电源。
41.如图8所示，所述的报警信号输出电路4电机驱动信号送出前输出报警信号以警示现场人员，包括有三极管q1和继电器k1，所述三极管q1的基极分别通过电阻r6连接主控电路及人机界面1中主控芯片u9的第20脚，以及通过电阻r10连接gnd端，所述三极管q1的发射极连接gnd端，集电极分别连接二极管d3的正极和继电器k1线圈的一端，所述继电器k1线圈的另一端和二极管d3的负极接+5v电源，所述继电器k1的常开触点的两端分别连接用户接口及电机惯性运行状态监测电路5中的第四接线端子j5的脚1、脚2。
42.如图9所示，所述的用户接口及电机惯性运行状态监测电路5，用于设备与监测和控制对象之间的连接，电机惯性运行状态的监测，可监测电动机惯性转动下的回馈电压值，准确判断油井是否恢复静止状态，是否具备重启条件，保证在平衡块倒转情况下不启动，惯性转动较快情况下不启动变频控制柜，可待油井静止后自动重启。所述的用户接口及电机惯性运行状态监测电路5包括有第四接线端子j5、第三接线端子j8、第五接线端子j10、第六接线端子j11、运算放大器u10、第四光电耦合器u2、第五光电耦合器u6、继电器s4和三极管
q2，所述运算放大器u10的脚1分别通过电阻r2和第六接线端子j11接gnd24端，通过电阻r7接脚5，脚2通过第六接线端子j11接gnd24端，脚3分别连接二极管d2的正极、二极管d1的负极、电阻r1的一端、二极管d4的负极以及电阻r18的一端，所述二极管d2的负极、二极管d1的正极、电阻r1的另一端、二极管d4的正极、脚4以及第三自恢复保险f3的一端均通过第六接线端子j11接gnd24端，第三自恢复保险f3的另一端接和电阻r18的另一端接继电器s4两个常开触点的一端，所述运算放大器u10的脚8通过第六接线端子j11接+5v24电源，脚7和脚6通过电阻r8连接所述第四光电耦合器u2的脚4，所述第四光电耦合器u2的脚3接+5v24电源，脚2通过第六接线端子j11接gnd端，脚1接主控电路及人机界面1中主控芯片u9的第2脚，脚1还通过电阻r3接+5v电源，所述继电器s4两个常开触点的另一端连接第三接线端子j8的脚1和脚2，所述三极管q2的发射极通过第六接线端子j11接gnd24端，集电极分别通过继电器s4的线圈和二极管d9以及第六接线端子j11接24v电源，所述三极管q2的基极通过电阻r36的第六接线端子j11接gnd24端，该基极还通过电阻r5接第五光电耦合器u6的脚2，第五光电耦合器u6的脚1接24v电源，脚3接+5v电源，脚4通过电阻r17接主控电路及人机界面1中主控芯片u9的第17脚，外部电源通过所述第四接线端子j5引入，所述第四接线端子j5与第五接线端子j10相连，所述第五接线端子j10与所述电源电路2中的电源接入及掉电监测电路2.1中的第一接线端子j6相连，用于将从第四接线端子j5引入的外部电源通过所述的第一接线端子j6送入电源接入及掉电监测电路2.1，所述第三接线端子j8的脚5和脚6连接电机运行状态监测电路6，用于将电机惯性运行状态信号送入电机运行状态监测电路6。