直流母線供電的抽油機群控系統智能保護裝置的開發

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群控系統智能保護裝置的開發

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具有節能、方便控制、易于操作等優點，適合應用于油田采油等生產領域。但對于油田直流供電配置的抽油機變頻群控系統，由于負載的變化，會引起同步運行的抽油機沖程的沖次差異以及能耗的變化。這會造成電網電壓跌落等問題，影響電能質量。本文提出了一種智能保護裝置，實時檢測直流母線電壓的變化，調整輸出端頻率，控制抽油機的工作狀態，提高了抽油機的運行可靠性和效率，在油田應用中取得了良好的應用效果。

直流供電；保護裝置；變頻；節能

0 引言

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

1 系統的組成

本文開發的新型智能保護裝置，主要用于同一直流母線供電的并聯抽油機的供電保護。避免多抽油機并聯運行時造成的電能質量問題，如直流母線電壓激蕩，過壓、欠壓故障，從而保證系統穩定運行，直流母線供電的抽油機群控系統裝置圖見圖1。

裝置主要包括智能保護控制器、電壓測量與監控、信息傳輸和裝置保護四部分。

2 系統工作原理

公共直流母線技術是在多抽油機并聯節能調速系統中，采用單獨的整流裝置為系統提供直流電壓，每個抽油機用逆變器直接接在直流母線上。當系統工作在電動狀態時，逆變器從直流母線上獲取電能；當系統工作在發電狀態時，能量通過直流母線互饋，以達到節能的目的。

圖1 直流母線供電的抽油機群控系統裝置圖

整流濾波單元把交流電壓轉換為穩定的直流電壓。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，以減小電網的電流諧波。

逆變終端把電壓穩定的直流電源轉化為電壓、頻率可調的交流電源，以滿足電機節能調速的目的，系統詳細結構見圖2系統控制結構圖。

智能保護系統設定母線電壓正常運行的區間閾值，通過DSP采集母線電壓信號，判斷母線電壓是否正常。當母線電壓下降時，控制器判斷臨近抽油機的狀態為同步上行，需要母線電壓進行連續監測。通過設定延時時間（2-15秒），繼續監測母線電壓變化，如果母線電壓仍然下降，則通過信號傳輸模塊對逆變器發出指令，降低頻率，減慢抽油機消耗電能速度。當母線電壓保持平穩時，則保持監測狀態。當母線電壓升高時，控制器判斷臨近抽油機狀態為同步下行，需要母線電壓進行連續監測。通過設定延時時間（2-15秒），繼續監測母線電壓變化，如果母線電壓仍然升高，則通過信號傳輸模塊對逆變器發出指令，增大頻率，加快抽油機消耗電能速度。當母線電壓保持平穩時，則保持監測狀態。

3 結論

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

圖2 系統控制結構圖

圖3 系統控制流程圖

[1]曲剛,孫永興.抽油機智能化變頻控制系統的應用[J].陜西師范大學學報(自然科學版).2005(S1).

[2]孟彥京,葛保華.流母線技術在紙機交流變頻傳動中的應用[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