專利名稱：1.14kV抽油機(jī)專用節(jié)能無(wú)功補(bǔ)償柜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種油田抽油機(jī)專用節(jié)能無(wú)功補(bǔ)償柜，更具體地說(shuō)它是一種1.14kV抽油機(jī)專用節(jié)能無(wú)功補(bǔ)償柜。是針對(duì)我國(guó)油田電網(wǎng)1.14kV系統(tǒng)游梁式抽油機(jī)而研制的一種節(jié)能控制裝置。
背景技術(shù)：
游梁式抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的每個(gè)工作循環(huán)包括三種不同的工況感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載工況、異步發(fā)電機(jī)工況、電動(dòng)機(jī)空載與輕載工況。后者一個(gè)典型工作狀態(tài)則是零輸入狀態(tài)。圖一是其工作循環(huán)的一個(gè)典型曲線，這是采用6極異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)通過(guò)實(shí)際測(cè)量得到的轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化的曲線。其中轉(zhuǎn)速超過(guò)1000r/min時(shí)為發(fā)電機(jī)工況，否則為電動(dòng)機(jī)負(fù)載或空載工況。
從圖1可以看出，在一個(gè)工作循環(huán)中，包括一個(gè)發(fā)電機(jī)工況、兩個(gè)重載工況和多個(gè)空載或輕載工況。實(shí)測(cè)及理論分析都表明在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，無(wú)論是電動(dòng)機(jī)重載、還是電動(dòng)機(jī)輕載或空載以及感應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況下，毫無(wú)例外的，都要從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率用來(lái)勵(lì)磁。處于電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)時(shí)，無(wú)功功率的變化和電機(jī)的負(fù)載大小有關(guān)?？紤]到電源電壓一定的情況下，不同運(yùn)行工況、不同負(fù)載下的激磁電勢(shì)會(huì)有明顯差別，而激化支路所需的無(wú)功又隨激磁電勢(shì)的增大而急劇增大，所以，為在不同運(yùn)行工況、不同負(fù)載下有效補(bǔ)償無(wú)功，采用電容器動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是很有必要的。采用電容器補(bǔ)償后，電動(dòng)機(jī)的無(wú)功實(shí)現(xiàn)了就地平衡，不需要饋電線路傳輸無(wú)功功率，可使線路損耗減少。在饋電線路較長(zhǎng)的情況下，節(jié)能效果顯著。
在我國(guó)抽油機(jī)能耗占油田生產(chǎn)總能耗的1/3，降低抽油機(jī)能耗是減少原油生產(chǎn)成本和提高企業(yè)效益的有效途徑。
抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的綜合節(jié)能包括電動(dòng)機(jī)負(fù)載工況節(jié)能、空載或輕載工況節(jié)能、發(fā)電機(jī)工況節(jié)能，同時(shí)還包括配電線路的節(jié)能。
目前，國(guó)內(nèi)油田0.4kV系統(tǒng)所采用的節(jié)能方式有變頻節(jié)能、星-三角調(diào)壓節(jié)能、電容集中補(bǔ)償節(jié)能等方式，但存在著補(bǔ)償容量不足、補(bǔ)償位置選擇不理想、交流接觸器因動(dòng)作頻繁而損壞或設(shè)備成本高、初期資金投入大等缺陷，而且在1.14kV油田電壓系統(tǒng)在此之前尚未形成有效的節(jié)能方案。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有背景技術(shù)的不足之處，而提供一種1.14kV抽油機(jī)專用節(jié)能無(wú)功補(bǔ)償柜。它是針對(duì)油田1.14kV電壓等級(jí)的抽油機(jī)的工作機(jī)理和運(yùn)行特點(diǎn)，研制出的集電動(dòng)機(jī)控制、電容器自動(dòng)快速投切為一體的節(jié)能控制就地補(bǔ)償裝置。徹底解決了多年來(lái)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)一直存在的功率因數(shù)低、線路無(wú)功損耗大、電動(dòng)機(jī)出力小等技術(shù)問(wèn)題。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下措施來(lái)達(dá)到的1.14kV抽油機(jī)專用節(jié)能無(wú)功補(bǔ)償柜，其特征在于它包括主電路部分、控制電路部分；所述主電路部分包括電源由外部輸入刀閘開(kāi)關(guān)DK，并穿過(guò)電流互感器1LHb后分為三個(gè)并聯(lián)回路，第一路經(jīng)過(guò)熔斷器F后到控制變壓器BK，并經(jīng)過(guò)控制變壓器BK將電壓由1140V變?yōu)?20V供控制電路部分；第二路經(jīng)過(guò)接觸器KM1又分為2個(gè)分路；第1分路通過(guò)熔斷器F后穿過(guò)電流互感器2LHb作電源輸出使用；第2分路由交流接觸器KM2控制后，又分為3個(gè)支路，第1支路通過(guò)熔斷器F到達(dá)一個(gè)三相電容器C1作固定補(bǔ)償用；第2支路通過(guò)三個(gè)熔斷器F進(jìn)入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償回路；第3支路由避雷器BLQ進(jìn)行接地組成，作為過(guò)電壓保護(hù)；第三路經(jīng)過(guò)熔斷器F后到達(dá)電壓互感器PT，電壓互感器PT經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換將1140V電壓系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)化為220V供二次電路測(cè)量用；所述控制電路部分包括電流反饋回路由電流互感器2LHb與智能控制器的輸入端組成封閉回路，電流互感器2LHb接地；智能控制器輸出回路由智能控制器的輸出單元與六個(gè)可控硅驅(qū)動(dòng)模塊V11、V21、V31、V12、V22、V32采用并聯(lián)連接；控制變壓器BK的輸出回路經(jīng)電源開(kāi)關(guān)KK后到交流220V控制系統(tǒng)，交流220V控制系統(tǒng)由智能控制器電源L、N，負(fù)荷停止指示回路，負(fù)荷停止按鈕回路，運(yùn)行按鈕及指示回路；電容器退出指示回路、電容器退出按鈕回路、投入按鈕及指示回路并聯(lián)組成；每個(gè)回路均由相應(yīng)的交流接觸器KM1、KM2，按鈕SS1、SS2、SF1、SF2，指示燈HG1、HR1、HG2、HR2串聯(lián)組成。
在上述技術(shù)方案中，所述動(dòng)態(tài)補(bǔ)償回路由可控硅T和電阻R并聯(lián)后與單相電容器C2、電抗器L串聯(lián)，然后整體組成三角形接法。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型1.14kV抽油機(jī)專用節(jié)能無(wú)功補(bǔ)償柜是針對(duì)油田1.14kV電壓等級(jí)的抽油機(jī)的工作機(jī)理和運(yùn)行特點(diǎn)，研制出的集電動(dòng)機(jī)控制、電容器自動(dòng)快速投切為一體的節(jié)能控制就地補(bǔ)償裝置。它采用先進(jìn)的電力電子控制技術(shù)，在電動(dòng)機(jī)出線端，利用抽油機(jī)電機(jī)所需無(wú)功電流作控制信號(hào)控制可控硅適時(shí)頻率快速過(guò)零投切電容器實(shí)現(xiàn)不同工況的無(wú)功功率的自動(dòng)就地補(bǔ)償，不但可以節(jié)省無(wú)功功率，顯著減少線路電流及線路損耗，而且由于激磁電勢(shì)增大可以減少轉(zhuǎn)子損耗，增加發(fā)電機(jī)工況所發(fā)出的有功功率。取得了節(jié)省無(wú)功功率和有功功率的雙重效果。徹底解決了多年來(lái)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)一直存在的功率因數(shù)低、線路無(wú)功損耗大、電動(dòng)機(jī)出力小等技術(shù)問(wèn)題。具有合閘電流小、無(wú)電弧重燃、無(wú)需放電既可重投、自動(dòng)跟蹤無(wú)功功率變化，連續(xù)快速、頻繁投切等技術(shù)特點(diǎn)。并且節(jié)電性能顯著、操作運(yùn)行安全方便可靠、維護(hù)方便、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、安裝簡(jiǎn)單、適應(yīng)于不同井深的抽油機(jī)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)監(jiān)測(cè)，本裝置的綜合節(jié)電率可達(dá)17.7％。該裝置填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外1.14kV抽油機(jī)就地自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)節(jié)能設(shè)備的空白。


圖1為現(xiàn)有抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的典型轉(zhuǎn)速-時(shí)間曲線圖。
圖2為本實(shí)用新型主電路部分的電路圖。
圖3為本實(shí)用新型控制電路部分的電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。
圖1在背景技術(shù)部分已經(jīng)講述，在此不再描述。
參閱圖2可知本實(shí)用新型主電路部分的為1.14kV動(dòng)力系統(tǒng)，它由快速熔斷器F、刀閘開(kāi)關(guān)DK、電流互感器1LHb、2LHb，交流接觸器KM1、KM2，控制變壓器BK、電壓互感器PT、三相并聯(lián)電容器C1、單相電容器C2、可控硅T、電抗器L、電阻R、避雷器BLQ和連接這些元器件的電纜組成。
主電路部分包括電源是由外部輸入刀閘開(kāi)關(guān)DK，并穿過(guò)電流互感器1LHb后分為三個(gè)并聯(lián)回路，第一路經(jīng)過(guò)熔斷器F后到控制變壓器BK，并經(jīng)過(guò)控制變壓器BK將電壓由1140V變?yōu)?20V供控制電路部分；第二路經(jīng)過(guò)接觸器KM1又分為2個(gè)分路；第1分路通過(guò)熔斷器F后穿過(guò)電流互感器2LHb作電源輸出使用；第2分路由交流接觸器KM2控制后，又分為3個(gè)支路，第1支路通過(guò)熔斷器F到達(dá)一個(gè)三相電容器C1作固定補(bǔ)償用；第2支路通過(guò)三個(gè)熔斷器F進(jìn)入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償回路；第3支路由避雷器BLQ進(jìn)行接地組成，作為過(guò)電壓保護(hù)；第三路經(jīng)過(guò)熔斷器F后到達(dá)電壓互感器PT，電壓互感器PT經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換將1140V電壓系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)化為220V供二次電路測(cè)量用。
參閱圖3可知控制電路部分由智能控制器、可控硅驅(qū)動(dòng)模塊、空氣開(kāi)關(guān)、信號(hào)燈、按鈕、顯示儀表、接觸器線圈、電抗器輸出、電壓互感器二次輸出、控制變壓器輸出部分及二次線路組成。按其電路中電壓性質(zhì)又分為DC5V智能控制器輸出線路、DC24V電抗器信號(hào)顯示線路、AC220V控制回路、電流回路。
控制電路部分包括電流反饋回路由電流互感器2LHb與智能控制器的輸入端組成封閉回路，電流互感器2LHb接地；智能控制器輸出回路由智能控制器的輸出單元與六個(gè)可控硅驅(qū)動(dòng)模塊V11、V21、V31、V12、V22、V32采用并聯(lián)連接；控制變壓器BK的輸出回路經(jīng)電源開(kāi)關(guān)KK后到交流220V控制系統(tǒng)，交流220V控制系統(tǒng)由智能控制器電源L、N，負(fù)荷停止指示回路，負(fù)荷停止按鈕回路，運(yùn)行按鈕及指示回路；電容器退出指示回路、電容器退出按鈕回路、投入按鈕及指示回路并聯(lián)組成；每個(gè)回路均由相應(yīng)的交流接觸器KM1、KM2，按鈕SS1、SS2、SF1、SF2，指示燈HG1、HR1、HG2、HR2串聯(lián)組成。所述動(dòng)態(tài)補(bǔ)償回路由可控硅T和電阻R并聯(lián)后與單相電容器C2、電抗器L串聯(lián)，然后整體組成三角形接法。
本裝置為戶外安裝使用設(shè)備，柜體可采用冷軋鋼板經(jīng)靜電噴涂戶外塑粉高溫固化形成保護(hù)層，所有元器件安裝在柜內(nèi)，正面為內(nèi)外雙門(mén)結(jié)構(gòu)形式，顯示儀表、信號(hào)燈、按鈕安裝在內(nèi)門(mén)上，柜體后面也是門(mén)式結(jié)構(gòu)，外門(mén)均裝有門(mén)鎖。整個(gè)結(jié)構(gòu)既方便現(xiàn)場(chǎng)操作，又方便日常維護(hù)，而且有較高的防護(hù)等級(jí)。
工作時(shí)本裝置通過(guò)電流互感器2LHb采集抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)出線端B相電流信號(hào)(0-5A)反饋給智能控制器，智能控制器通過(guò)與控制變壓器BK反饋來(lái)的A、C相電壓信號(hào)計(jì)算出功率因數(shù)值，與實(shí)際設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)計(jì)算值＜設(shè)定值時(shí)，智能控制器輸出DC5V電壓給可控硅驅(qū)動(dòng)模塊；當(dāng)計(jì)算值＞設(shè)定值時(shí)，智能控制器停止輸出。這樣，將抽油機(jī)的每個(gè)工作循環(huán)由電動(dòng)機(jī)的工況轉(zhuǎn)化為脈沖弱電信號(hào)，控制1.14kV動(dòng)態(tài)補(bǔ)償回路，達(dá)到適時(shí)快速過(guò)零投切電容器組(即當(dāng)電容器的電壓與電網(wǎng)的電壓大小相等、極性一致時(shí)，瞬時(shí)投入電容器，電流過(guò)零時(shí)自然關(guān)斷)，以平衡電網(wǎng)的無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
本實(shí)用新型1.14kV抽油機(jī)專用節(jié)能無(wú)功補(bǔ)償柜是針對(duì)油田1.14kV電壓等級(jí)的抽油機(jī)的工作機(jī)理和運(yùn)行特點(diǎn)，研制出的集電動(dòng)機(jī)控制、電容器自動(dòng)快速投切為一體的節(jié)能控制就地補(bǔ)償裝置。徹底解決了多年來(lái)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)一直存在的功率因數(shù)低、線路無(wú)功損耗大、電動(dòng)機(jī)出力小等技術(shù)問(wèn)題。
具有合閘電流小、無(wú)電弧重燃、無(wú)需放電既可重投、自動(dòng)跟蹤無(wú)功功率變化，連續(xù)快速、頻繁投切等技術(shù)特點(diǎn)。
·最小動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間TR不大于10ms，并可依用戶要求而設(shè)定。
·功率因數(shù)補(bǔ)償值可接近于1.0。
·用晶閘管“過(guò)零”快速跟蹤投切，保證適時(shí)適量供給電動(dòng)機(jī)各種工況下所需的無(wú)功源。
·嚴(yán)格的均壓、同步、及防止SCR誤觸發(fā)的措施。
·過(guò)電壓保護(hù)措施用阻容均壓回路和專用氧化鋅避雷器作過(guò)電壓保護(hù)。
·短路保護(hù)措施用快速熔斷器作短路保護(hù)。
·無(wú)需經(jīng)過(guò)放電即可再投自動(dòng)跟蹤無(wú)功功率曲線的變化，可連續(xù)頻繁快速投切，具有諧波治理功能。
本實(shí)用新型1.14kV抽油機(jī)專用節(jié)能無(wú)功補(bǔ)償柜的操作步驟先合上刀閘開(kāi)關(guān)DK，再合上微型斷路器KK，則“停止指示”HG1和“退出指示”HG2信號(hào)燈亮；按下“負(fù)荷運(yùn)行”按鈕SF1，接觸器KM1閉合運(yùn)行，“停止指示”HG1信號(hào)燈熄滅，“運(yùn)行指示”HR1信號(hào)燈亮，抽油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行；按下“電容器投入”按鈕SF2，接觸器KM2閉合運(yùn)行，“退出指示”HG2信號(hào)燈熄滅，“投入指示”HR2信號(hào)燈亮，三相電容器投入運(yùn)行，控制器電源指示燈亮，控制器進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。
按照運(yùn)行的情況對(duì)可控硅控制器進(jìn)行定值調(diào)整整定投切的門(mén)檻值，使投切無(wú)功補(bǔ)償容量符合要求即三個(gè)單相動(dòng)態(tài)補(bǔ)償電容器在每個(gè)沖程內(nèi)投入和退出各一次，以達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。
需要抽油機(jī)停機(jī)時(shí)，先按下“電容器退出”按鈕SS2，斷開(kāi)接觸器KM2，以退出電容器；再按下“負(fù)荷停止”按鈕SS1，斷開(kāi)接觸器KM1，則抽油機(jī)停機(jī)。
需要說(shuō)明的是對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不改變本實(shí)用新型原理的前提下還可以對(duì)本實(shí)用新型做出若干的改變或變形，這同樣屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.1.14kV抽油機(jī)專用節(jié)能無(wú)功補(bǔ)償柜，其特征在于它包括主電路部分、控制電路部分；所述主電路部分包括電源由外部輸入刀閘開(kāi)關(guān)(DK)，并穿過(guò)電流互感器(1LHb)后分為三個(gè)并聯(lián)回路，第一路經(jīng)過(guò)熔斷器(F)后到控制變壓器(BK)，并經(jīng)過(guò)控制變壓器(BK)將電壓由1140V變?yōu)?20V供控制電路部分；第二路經(jīng)過(guò)接觸器(KM1)又分為2個(gè)分路；第1分路通過(guò)熔斷器(F)后穿過(guò)電流互感器(2LHb)作電源輸出使用；第2分路由交流接觸器(KM2)控制后，又分為3個(gè)支路，第1支路通過(guò)熔斷器(F)到達(dá)一個(gè)三相電容器(C1)作固定補(bǔ)償用；第2支路通過(guò)三個(gè)熔斷器(F)進(jìn)入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償回路；第3支路由避雷器(BLQ)進(jìn)行接地組成，作為過(guò)電壓保護(hù)；第三路經(jīng)過(guò)熔斷器(F)后到達(dá)電壓互感器(PT)，電壓互感器(PT)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換將1140V電壓系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)化為220V供二次電路測(cè)量用；所述控制電路部分包括電流反饋回路由電流互感器(2LHb)與智能控制器的輸入端組成封閉回路，電流互感器(2LHb)接地；智能控制器輸出回路由智能控制器的輸出單元與六個(gè)可控硅驅(qū)動(dòng)模塊(V11、V21、V31、V12、V22、V32)采用并聯(lián)連接；控制變壓器(BK)的輸出回路經(jīng)電源開(kāi)關(guān)(KK)后到交流220V控制系統(tǒng)，交流220V控制系統(tǒng)由智能控制器電源(L、N)，負(fù)荷停止指示回路，負(fù)荷停止按鈕回路，運(yùn)行按鈕及指示回路；電容器退出指示回路、電容器退出按鈕回路、投入按鈕及指示回路并聯(lián)組成；每個(gè)回路均由相應(yīng)的交流接觸器(KM1、KM2)，按鈕(SS1、SS2、SF1、SF2)，指示燈(HG1、HR1、HG2、HR2)串聯(lián)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1.14kV抽油機(jī)專用節(jié)能無(wú)功補(bǔ)償柜，其特征在于所述動(dòng)態(tài)補(bǔ)償回路由可控硅(T)和電阻(R)并聯(lián)后與單相電容器(C2)、電抗器(L)串聯(lián)，然后整體組成三角形接法。
專利摘要1.14kV抽油機(jī)專用節(jié)能無(wú)功補(bǔ)償柜，它包括主電路部分、控制電路部分；主電路部分由外部輸入刀閘開(kāi)關(guān)(DK)，并穿過(guò)電流互感器(1LHb)后分為三個(gè)并聯(lián)回路；控制電路部分包括電流反饋回路與智能控制器的輸入端組成封閉回路，電流互感器(2LHb)接地；控制變壓器(BK)的輸出回路經(jīng)電源開(kāi)關(guān)(KK)后到交流220V控制系統(tǒng)，交流220V控制系統(tǒng)由智能控制器電源(L、N)，負(fù)荷停止指示回路，負(fù)荷停止按鈕回路，運(yùn)行按鈕及指示回路；電容器退出指示回路、電容器退出按鈕回路、投入按鈕及指示回路并聯(lián)組成；它克服了現(xiàn)有1.14kV油田電壓系統(tǒng)無(wú)節(jié)能裝置的不足。本實(shí)用新型節(jié)電性能顯著、操作運(yùn)行安全方便可靠、維護(hù)方便、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、安裝簡(jiǎn)單、適應(yīng)于不同井深的抽油機(jī)。
文檔編號(hào)H02J3/18GK2935586SQ200620096008
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者楊須紅, 張慶紅 申請(qǐng)人:武漢長(zhǎng)興電器發(fā)展有限公司