[實(shí)用新型]油田抽油機(jī)用電機(jī)控制系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820151630.9
• 申請日: 2008-08-04
• 公開（公告）號: CN201298820Y
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 貢俊;張舟云
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電驅(qū)動(dòng)有限公司
• 主分類號: H02P5/46
• 分類號: H02P5/46;H02P21/00
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 楊元焱

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及油田抽油機(jī)，特別涉及一種油田抽油機(jī)用電機(jī)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

對于低能、低產(chǎn)油田，一般通過注水方式進(jìn)行壓油入井，由抽油機(jī)把油從地層中提升上來。因此，電費(fèi)在這種油田的開采成本中占了相當(dāng)大的比例。然而，井下油層的情況很復(fù)雜：油井有富油井和貧油井之分；油質(zhì)有稀油和稠油之別；油中還含有砂、蠟、水、氣等成份；抽油機(jī)油泵磨損后的活塞與襯套之間會(huì)產(chǎn)生間隙造成漏失；上述因素都使得抽油機(jī)電機(jī)的負(fù)載在時(shí)刻發(fā)生著變化。我國大多數(shù)油田均采用工頻供電的交流感應(yīng)電機(jī)，由于定子頻率不可變，使得系統(tǒng)存在啟動(dòng)電流沖擊、功率因數(shù)和運(yùn)行效率低等缺點(diǎn)。

游梁式抽油機(jī)(俗稱“磕頭機(jī)”)是油田廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)抽油設(shè)備，通常由普通交流異步電動(dòng)機(jī)直接拖動(dòng)。其曲柄帶以配重平衡塊帶動(dòng)抽油桿，驅(qū)動(dòng)井下抽油泵做固定周期的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把井下的油送到地面。在一個(gè)沖次內(nèi)，隨著抽油桿的上升/下降，而使電機(jī)相應(yīng)工作在電動(dòng)/發(fā)電狀態(tài)，即上升過程電機(jī)從電網(wǎng)吸收能量電動(dòng)運(yùn)行；下降過程電機(jī)的負(fù)載性質(zhì)為位勢負(fù)載，加之井下負(fù)壓等使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，把機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成電能回饋到電網(wǎng)。

由于抽油機(jī)屬位能性負(fù)載，尤其當(dāng)配重不平衡時(shí)，在抽油機(jī)工作的一個(gè)沖程周期中，會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)工作狀態(tài)(發(fā)電狀態(tài))，再生能量反饋到直流母線中間環(huán)節(jié)。由于電機(jī)控制器不能向三相交流電網(wǎng)回饋電能，反饋到直流母線的再生能量只能對濾波電容器充電而使直流母線電壓升高，產(chǎn)生泵生電壓。泵生電壓過高時(shí)將會(huì)對濾波電容器和功率開關(guān)器件構(gòu)成威脅，為了保護(hù)電容器及功率開關(guān)器件的安全，所以傳統(tǒng)交流異步電機(jī)匹配變頻器都設(shè)置了直流母線電壓過壓保護(hù)停機(jī)功能。

對于抽油機(jī)工作中出現(xiàn)的泵生電壓現(xiàn)象，傳統(tǒng)方法往往采用能耗方法，由分流電阻和開關(guān)管組成的泵生電壓限制電路或在變頻器中增加制動(dòng)橋臂，利用制動(dòng)電阻以發(fā)熱形式進(jìn)行泵生電壓瀉放的方法。這種將回饋能量消耗在電阻上的耗能方法對節(jié)能十分不利，尤其是在大容量或者大慣量拖動(dòng)系統(tǒng)中，能量的損失較大。對于北方寒冷地區(qū)的抽油機(jī)，為了在冬季增加原油的流動(dòng)性和防止結(jié)臘，對井口回油管采用中頻電加熱裝置進(jìn)行電加熱，通過變頻器與中頻電加熱裝置共用整流電路及直流母線，將電動(dòng)機(jī)回饋到直流母線上的再生能量用于中頻加熱器，防止了直流母線電壓的泵升。

電機(jī)電能回饋系統(tǒng)是近幾年發(fā)展非常迅速的一門技術(shù)，該系統(tǒng)運(yùn)用多臺電機(jī)及其控制系統(tǒng)的直流母線并網(wǎng)技術(shù)，能將電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)或存在位能時(shí)，通過控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)將電能回饋給直流電網(wǎng)，并直接供其它作電動(dòng)運(yùn)行的電機(jī)系統(tǒng)使用，達(dá)到節(jié)約電能效果。該設(shè)備已廣泛應(yīng)用于大樓電梯、建筑用起重機(jī)、港口的門吊、塔吊、行車等起重類工具。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的，就是為了解決目前的油田抽油機(jī)電耗太高的問題，提供一種采用電機(jī)電能回饋系統(tǒng)的油田抽油機(jī)用電機(jī)控制系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種油田抽油機(jī)用電機(jī)控制系統(tǒng)，包括多臺電機(jī)，各電機(jī)分別與各抽油機(jī)傳動(dòng)相連，其特點(diǎn)是，所述的電機(jī)為永磁電機(jī)，還包括一個(gè)三相整流柜、一個(gè)超級電容器和與多臺電機(jī)配套的多臺逆變器；三相整流柜外接三相工頻交流電網(wǎng)并輸出電壓幅值可變的直流電源，該直流電源的正極端與超級電容器的正極端連接，負(fù)極端與超級電容器的負(fù)極端連接；超級電容器輸出直流電源，該直流電源的正極端分別與各逆變器的正極端連接，負(fù)極端分別與各逆變器的負(fù)極端連接；各逆變器的三相輸出端分別與各電機(jī)的三相輸入端連接；多臺永磁電機(jī)分別通過與其配套的逆變器進(jìn)行直流并網(wǎng)，在油田抽油機(jī)抽油桿下降時(shí)，將抽油桿下降位能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存到超級電容器中，在油田抽油機(jī)抽油桿提升時(shí)，從超級電容器中獲取電能產(chǎn)生提升動(dòng)力。

所述的永磁電機(jī)采用矢量控制變頻調(diào)速。

所述的超級電容器為萬法級高效超級電容器。

所述的多臺抽油機(jī)同時(shí)工作時(shí)，一部分抽油機(jī)的抽油桿處于提升狀態(tài)，另一部分抽油機(jī)的抽油桿處于下降狀態(tài)，抽油桿處于下降狀態(tài)的抽油機(jī)通過配套的電機(jī)控制系統(tǒng)將抽油桿下降位能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存到超級電容器中，抽油桿處于提升狀態(tài)的抽油機(jī)通過配套的電機(jī)控制系統(tǒng)從超級電容器中獲取電能產(chǎn)生提升動(dòng)力。

本實(shí)用新型的油田抽油機(jī)用電機(jī)控制系統(tǒng)由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：