[實用新型]叢式井抽油機分布式集散變頻控制節能裝置

有效

• 申請號: 201420700891.7
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN204216804U
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 高肇凌;劉凱輝;張少雷;劉樹成;卞和滿;許宏奇;郭雪;邢福林;王蓓
• 申請（專利權）人: 河北華北石油榮盛機械制造有限公司
• 主分類號: H02P5/74
• 分類號: H02P5/74;H02P27/06;H02J3/38
• 代理公司: 北京萬科園知識產權代理有限責任公司 11230
• 代理人: 杜澄心;張亞軍

技術領域

本實用新型涉及一種油田開采設備。特別是涉及叢式井抽油機分布式集散變頻控制節能裝置。

技術背景

游梁式抽油機是國內普遍應用的一種油田開采設備，一種變形的四連桿機構，其整機結構像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。抽油機在上下行運行過程中，由于負載的特殊性，沖擊電流很大，正常運行時其功率只有額定功率的1/4-1/3，變壓器容量浪費嚴重；抽油機正常運行時電網功率因數很低，無功功率較大，增加了供電線路的損失，降低了外部電源品質，發、供電設備的有效利用率也隨之降低。

叢式井的優點：(1)節約土地資源，大大減少鉆前費用，保護周圍環境；(2)方便鉆井和壓裂作業，減少的搬家費用；(3)多口井可以統一進行壓裂及排采維護，降低地面建設費及管理成本。但叢式井也存在的問題：當叢式井中有多臺抽油機同時出現最大功率輸出時，會導致變頻器過載停機，影響生產的正常進行。常用的解決方法是采用加大發電機裝機容量，由此將增加設備投資。

針對游梁式抽油機系統出現的效率低下、耗能大、沖次調節不方便等問題，部分采油廠進行了變頻改造，許多油井和煤層氣井使用變頻器進行抽油機調速，以實現節能、增產的目的。使用兩象限變頻器，這種變頻器通過二極管整流橋將來自外部電網的交流電轉換成直流電，采用IGBT逆變技術將直流電轉化成電壓頻率皆可調整的交流電，進而調節抽油機的運行沖次。利用兩象限變頻器只解決了沖擊電流大的問題，卻又引入了新問題，電流諧波大大增加，并且不能解決功率因數低，無功功率大的問題，同時在抽油機的配重不平衡時，在一個沖程過程中，會出現電動機轉子轉速大于電機的同步轉速的情況，使電動機處于發電狀態，電機回饋能量，回饋再生能量通過與變頻器逆變橋IGBT并聯的續流二極管的整流作用，反饋到變頻器直流母線，引起主回路直流母線電壓升高，當主回路直流母線電壓過高會導致變頻器故障停機無法正常工作。由于兩象限變頻器采用二極管整流橋，無法實現能量的雙向流動，所以不具有將電機回饋能量送回電網的功能，導致再生能量只能對直流母線濾波電容器進行充電，致使直流母線電壓過高，使得濾波電容器和功率開關器件損壞。目前，為解決電機的能量回饋問題，通常采用以下方法：如圖1所示，現有技術提供的抽油機變頻驅動裝置結構，交流電由整流單元101把整流成直流電、通過濾波單元102后、再經過逆變單元IGBT?104轉換成變頻的交流電，如果直流母線111和113的電壓過高，則通過制動單元103來消耗電能。為了保護電容器及功率開關器件的安全，還會在變頻器直流母線上通過電力電子開關連接一個大功率電阻，將抽油機電機產生的反發電能量通過電阻以熱量的形式消耗掉，造成了大量的能源浪費。

上述方法主要存在以下問題：(1)兩象限變頻器所采用的二極管整流橋會對外部電網產生嚴重諧波污染，降低了功率因數；(2)回饋再生能量被制動耗能電阻直接消耗掉，浪費了電能；(3)每臺抽油機均需要配置一臺變壓器和一臺變頻器，每個變頻器都具有整流環節，對于多臺抽油機相距較近的場合，浪費變壓器容量，增加系統制造成本。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種叢式井抽油機分布式集散變頻控制節能裝置，在保證抽油機設定的沖次要求前提下，通過分布式集散變頻控制節能裝置，避免多臺抽油機在運行過程中同時達到功率峰值，從而減少因供電電網或發電機受到沖擊導致過載停機的故障，能充分利用電動機的回饋能量，達到節能目的；同時還提高了功率因數、系統的可靠性以及降低了叢式井井場電網或發電機的裝機容量，實現抽油機節能降耗、降低投資系統成本。

叢式井抽油機分布式集散變頻控制節能裝置，包括外部高壓電網、變壓器、整流裝置、直流母線排、兩臺或兩臺以上的逆變裝置、兩臺或兩臺以上的抽油機和分布式集散控制裝置；所述外部高壓電網輸出的三相交流電連接到所述變壓器的輸入端；所述變壓器的輸出端連接到所述整流裝置的輸入端；所述整流裝置的輸出端連接到所述直流母線排的輸入端；所述直流母線的輸出端分布連接到兩臺或兩臺以上所述逆變裝置的輸入端；每臺所述逆變裝置的輸出端連接一臺所述抽油機電機的輸入端；控制各個抽油機的沖次，反向發電電能作為其他抽油機電機的動力電能的所述分布式集散控制裝置的輸出端分別連接控制兩臺或兩臺以上所述逆變裝置的控制端。

所述分布式集散控制裝置和與叢式井場內每臺抽油機對應的逆變裝置之間采用實時總線通訊。所述逆變裝置的直流母線采用并聯。

所述逆變裝置的直流母線采用通過開關或者接觸器實現直流母線并聯的通斷。

所述逆變裝置包括串聯的短路保護電路、緩沖電路和逆變器。