直流母線供電的抽油機(jī)群控系統(tǒng)智能保護(hù)裝置的開發(fā)

孫延安，張德實，劉宗輝，王洋，戚興，侯宇

（1.大慶油田采油工程研究院，黑龍江大慶，163000；2.大慶油田第七采油廠，黑龍江大慶，163000）

直流母線供電的抽油機(jī)群控系統(tǒng)智能保護(hù)裝置的開發(fā)

孫延安1，張德實1，劉宗輝2，王洋1，戚興1，侯宇1

（1.大慶油田采油工程研究院，黑龍江大慶，163000；2.大慶油田第七采油廠，黑龍江大慶，163000）

共直流母線變頻抽油系統(tǒng)具有節(jié)能、方便控制、易于操作等優(yōu)點，適合應(yīng)用于油田采油等生產(chǎn)領(lǐng)域。但對于油田直流供電配置的抽油機(jī)變頻群控系統(tǒng)，由于負(fù)載的變化，會引起同步運(yùn)行的抽油機(jī)沖程的沖次差異以及能耗的變化。這會造成電網(wǎng)電壓跌落等問題，影響電能質(zhì)量。本文提出了一種智能保護(hù)裝置，實時檢測直流母線電壓的變化，調(diào)整輸出端頻率，控制抽油機(jī)的工作狀態(tài)，提高了抽油機(jī)的運(yùn)行可靠性和效率，在油田應(yīng)用中取得了良好的應(yīng)用效果。

直流供電；保護(hù)裝置；變頻；節(jié)能

0 引言

油田上廣泛存在的游梁式抽油機(jī)能耗高、低產(chǎn)出等問題，因此使用直流母線供電變頻控制可以有效節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本。但是，由于抽油機(jī)在工作過程中負(fù)載是變化的，抽油機(jī)的沖程的沖次和能耗也隨之變化，因此同步運(yùn)行的油井會造成電網(wǎng)電能波動、電壓跌落等問題。這些對電網(wǎng)的不利影響不僅會降低油田的用電設(shè)備的安全性而且會干擾電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此本文提出一種新型的智能保護(hù)裝置，實時調(diào)整直流母線供電變頻控制抽油機(jī)的工作狀態(tài)，提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量和抽油機(jī)的運(yùn)行可靠性和效率。

1 系統(tǒng)的組成

本文開發(fā)的新型智能保護(hù)裝置，主要用于同一直流母線供電的并聯(lián)抽油機(jī)的供電保護(hù)。避免多抽油機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時造成的電能質(zhì)量問題，如直流母線電壓激蕩，過壓、欠壓故障，從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，直流母線供電的抽油機(jī)群控系統(tǒng)裝置圖見圖1。

裝置主要包括智能保護(hù)控制器、電壓測量與監(jiān)控、信息傳輸和裝置保護(hù)四部分。

2 系統(tǒng)工作原理

公共直流母線技術(shù)是在多抽油機(jī)并聯(lián)節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)中，采用單獨的整流裝置為系統(tǒng)提供直流電壓，每個抽油機(jī)用逆變器直接接在直流母線上。當(dāng)系統(tǒng)工作在電動狀態(tài)時，逆變器從直流母線上獲取電能；當(dāng)系統(tǒng)工作在發(fā)電狀態(tài)時，能量通過直流母線互饋，以達(dá)到節(jié)能的目的。

圖1 直流母線供電的抽油機(jī)群控系統(tǒng)裝置圖

整流濾波單元把交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。整流濾波單元的整流部分采用三相不可控整流，濾波部分采用電感電容濾波，以減小電網(wǎng)的電流諧波。

逆變終端把電壓穩(wěn)定的直流電源轉(zhuǎn)化為電壓、頻率可調(diào)的交流電源，以滿足電機(jī)節(jié)能調(diào)速的目的，系統(tǒng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖。

智能保護(hù)系統(tǒng)設(shè)定母線電壓正常運(yùn)行的區(qū)間閾值，通過DSP采集母線電壓信號，判斷母線電壓是否正常。當(dāng)母線電壓下降時，控制器判斷臨近抽油機(jī)的狀態(tài)為同步上行，需要母線電壓進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。通過設(shè)定延時時間（2-15秒），繼續(xù)監(jiān)測母線電壓變化，如果母線電壓仍然下降，則通過信號傳輸模塊對逆變器發(fā)出指令，降低頻率，減慢抽油機(jī)消耗電能速度。當(dāng)母線電壓保持平穩(wěn)時，則保持監(jiān)測狀態(tài)。當(dāng)母線電壓升高時，控制器判斷臨近抽油機(jī)狀態(tài)為同步下行，需要母線電壓進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。通過設(shè)定延時時間（2-15秒），繼續(xù)監(jiān)測母線電壓變化，如果母線電壓仍然升高，則通過信號傳輸模塊對逆變器發(fā)出指令，增大頻率，加快抽油機(jī)消耗電能速度。當(dāng)母線電壓保持平穩(wěn)時，則保持監(jiān)測狀態(tài)。

3 結(jié)論

本文開發(fā)的智能保護(hù)裝置是對應(yīng)用直流母線供電的抽油機(jī)群控系統(tǒng)的油田的一種先進(jìn)控制設(shè)備。它實時檢測直流母線電壓的變化，調(diào)整輸出端頻率，控制抽油機(jī)的工作狀態(tài)，能有效地解決電壓波動，電壓跌落等問題，提高了抽油機(jī)的運(yùn)行可靠性和效率，在油田應(yīng)用中取得了良好的應(yīng)用效果，具有非常好的推廣前景。

圖2 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖

圖3 系統(tǒng)控制流程圖

[1]曲剛,孫永興.抽油機(jī)智能化變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2005(S1).

[2]孟彥京,葛保華.流母線技術(shù)在紙機(jī)交流變頻傳動中的應(yīng)用[J].中國造紙.2005(07).

Development of intelligent protection device for pumping unit group control system based on DC bus power supply

Sun Yanan1，Zhang Deshi1，Liu Zonghui2，Wang Yang1，Qi Xing1，Hou Yu1
（1.Daqing oil field oil production engineering research institute Heilongjiang,Daqing Helongjiang,163000;2 Daqing oil field seventh oil production plant,Daqing Heilongjiang,163000）

Variable frequency speed regulation has the advantages of energy saving, convenient control and easy operation, and it is suitable for the production field of high power consumption such as oil field.However, for the oil field DC power supply configuration of the pumping unit frequency group control system, due to changes in load, will cause the simultaneous operation of the pumping stroke of the impulse difference and energy consumption changes. This will cause power grid voltage drop and other problems, and affect the power quality. In this paper, an intelligent protection device is proposed, which can adjust the output frequency and control the working state of the pumping unit by detecting the change of DC bus voltage in real time.

DC power supply; intelligent protection device; variable frequency； energy saving