一种油田抽油机用增效节能装置
阅读：1037发布：2020-08-23
专利汇可以提供一种油田抽油机用增效节能装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及油田抽油机控制领域，尤其涉及一种油田抽油机用增效节能装置，包括工频旁路单元、整流单元、滤波电容和变频单元，其特征在于，在整流单元与变频单元之间设置回馈单元，整流单元、变频单元和回馈单元构成变频回馈单元，回馈单元的输入端P 接口 与滤波电容C的一端相连，回馈单元的输入端N接口与滤波电容C的另一端相连，回馈单元的三相输出端对应连接到整流单元的输入端交流 电网 中。与 现有技术 相比，本实用新型的有益效果是：将变频和回馈合为一体，无需用户额外接线，能实现 电机 软启动并提高功率因数，功率因数COSφ﹥0.96比普通 变频器 多节能15%~25%，热损耗为 电阻 能耗 制动 的3%，改善了输入电网的 质量 。，下面是一种油田抽油机用增效节能装置专利的具体信息内容。
一种油田抽油机用增效节能装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及油田抽油机控制领域，尤其涉及一种油田抽油机用增效节能装置。
背景技术
[0002] 我国油田多为低渗透、低产油田。大部分要靠注水压油入井，再靠抽油机把油抽上来。以水换油、以电换油是我国油田的现实。电费在我国石油开采中占了很大的比例。因此石油行业特别重视电能的节约。在我国的石油开采中，机械采油占绝大多数，以游梁式抽油机最为普遍。游梁式抽油的工作原理是由交流电动机恒速运转，加上配重平衡块带动抽油杆，驱动井下抽油泵做固定周期的上下往复运动，把井下的油送到地面。分析其电动机工作状态和负载特性可知：
[0003] 1）直启冲击大：直接接工频（50Hz）电源启动，启动电流可达额定电流的5~7倍。启动过程中转矩的动态范围大，对机械的冲击也大，影响设备的使用寿命；直接启动时电网的波动较大，影响电网其他设备的正常工作。
[0004] 2）功率因数低：由于负载惯性较大，而不同的油井的粘度大小又很不同，当油的粘度较大时，泵的效率也变低，往往启动也很困难。抽油机为克服大的启动转矩，配置电机远远大于实际所需功率。正常运行时只能是大马拉小车，长期处于低负荷、低功率因数（0.20~0.35左右）的状态下运行。
[0005] 3）速度应可调：井下油层的情况特别复杂，有富油井、贫油井之分，有稀油井、稠油井之别。就抽油机油泵本身而言，磨损后的活塞与衬套的间隙漏失等都是很难解决的问题，况且变化的地层因素如油中含砂、蜡、水、气等复杂情况也对每冲次抽出的油量有很大的影响。加之在油井开采前期储油量大，供液足，为提高功效可采用工频运行保证较高的产液量；在中后期，由于石油储量减少，易造成供液不足，电动机若仍工频运行，势必造成电能浪费，造成不必要的损耗。这时应适当降低电动机的速度，减小冲次，有效提高充盈率。
[0006] 因此抽油机电机采用变频调速驱动能达到最佳控制。引进变频调速后，可根据井下状态调节抽油机冲次，在提高泵的充满系数的同时减少泵的漏失，以获得最大出油量。尤其是采用变频调速既无启动冲击，又可解决选型保守、线路较长等所致的功率因数偏低等问题，获得节能增效的同时又能提高整机寿命。尤其是油泵的寿命，减少机械故障提高可靠性。
[0007] 采用变频器带来的问题是：由于抽油机属于位能负载，尤其当配重不平衡时，在一个冲次内，随着抽油杆的上升/下降，而使电机工作在电动/发电状态。上升过程电机从电网吸收能量电动运行；下降过程使电机处于再生发电状态，井下负压等亦可使电动机处于发电状态。在未采用变频器时，电机处于发电状态时的电能直接回馈给电网。采用变频器后，情况发生了变化，普通变频器的输入是二极管整流，能量不可能反向流动。产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压。过高的泵升电压可能会损坏开关器件或电解电容，甚至会破坏电机的绝缘，系统安全遭到破坏。因此必须处理再生能量，采用能耗的办法即可方便实现，这是以多耗电能为代价。如能将这部分再生能量回馈给电网既解决了安全问题又节约了电能，则具有非常的意义。发明内容
[0008] 本实用新型的目的在于提供一种油田抽油机用增效节能装置，将抽油机位能所转化的电能回馈给电网，提高增效节能的效果，能实现电机软启动，提高功率因数，同时改善输入电网的质量。
[0009] 为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：
[0010] 一种油田抽油机用增效节能装置，包括工频旁路单元、整流单元、滤波电容和变频单元，在整流单元与变频单元之间设置回馈单元，整流单元、变频单元和回馈单元构成变频回馈单元，回馈单元的输入端P接口与滤波电容C的一端相连，回馈单元的输入端N接口与滤波电容C的另一端相连，回馈单元的三相输出端对应连接到整流单元的输入端交流电网中。
[0011] 所述变频回馈单元与工频旁路单元之间分别通过操作控制单元、工频/变频切换单元和电机保护单元相连，变频回馈单元上还设有键控操作器和冲次调节电位器。
[0012] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：将变频和回馈合为一体，无需用户额外接线，接线简单、操作方便、能实现电机软启动并提高功率因数，系统无功损耗小，功率因数COSφ﹥0.96比普通变频器多节能15%~25%，热损耗为电阻能耗制动的3%，改善了输入电网的质量，具有手动和键控双重调节冲次的功能、抽油机工频/变频运行状态切换及电机保护功能，适于不同地域、结构的油井，以及不同的气候环境条件的场合。附图说明
具体实施方式
[0014] 下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
[0015] 见图1，是本实用新型一种油田抽油机用增效节能装置实施例结构示意框图，包括工频旁路单元、整流单元、滤波电容C和变频单元，滤波电容C位于整流单元的直流侧，在整流单元与变频单元之间设置回馈单元RG，整流单元、变频单元和回馈单元构成变频回馈单元，回馈单元的输入端P接口与滤波电容C的一端相连，回馈单元的输入端N接口与滤波电容C的另一端相连，回馈单元的三相输出端对应连接到整流单元的输入端交流电网中。回馈单元RG的输入端与整流单元的直流侧相接，输出端与电网相接。当直流电压超过上限值时，回馈单元就开始工作，把变频器多余的直流电回馈给电网。
[0016] 变频回馈单元与工频旁路单元之间分别通过操作控制单元、工频/变频切换单元和电机保护单元相连，变频回馈单元上还设有键控操作器和冲次调节旋钮，实现手动和键控两种运行方式。
[0017] 本实用新型装置的工频、变频运行方式由接触器KM1、KM3互锁，控制电路采用隔离变压器，确保设备安全。变频运行时，先将工频/变频转换开关转至变频位置，再将手动/键控转换开关转至所需要的运行方式。手动调节冲次通过冲次调节电位器来调节运行频率。键控调节冲次通过键控操作器来设定运行频率。选择键控调速运行时，上冲和下冲将以设定后的速度自动运行，且速度可按两种方式设定，即监控设定和手动设定。冲次可调范围为30%~120%。实现野外无人值守，全自动设计。
[0018] 本实用新型实现了电机真正意义上的柔性启动，降低了电机启动电流，减少了电网电压波动，避免了机械部件过大冲击，延长了设备的使用寿命。抽油机正常运行时，不用停机随时通过键控操作器或电位器来调节抽油机冲次，即节约电能又增加产液量，提高泵效，减小泵的空行程，不需要停产调节速度，提高了生产效率。当抽油机变频器自身故障时，系统报警并可工频旁路运行，避免因变频器的损坏而影响生产。无论变频还是工频状态，本装置均有完善的保护。
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