直流母线供电的抽油机群控系统智能保护装置的开发

孙延安，张德实，刘宗辉，王洋，戚兴，侯宇

（1.大庆油田采油工程研究院，黑龙江大庆，163000；2.大庆油田第七采油厂，黑龙江大庆，163000）

直流母线供电的抽油机群控系统智能保护装置的开发

孙延安1，张德实1，刘宗辉2，王洋1，戚兴1，侯宇1

（1.大庆油田采油工程研究院，黑龙江大庆，163000；2.大庆油田第七采油厂，黑龙江大庆，163000）

共直流母线变频抽油系统具有节能、方便控制、易于操作等优点，适合应用于油田采油等生产领域。但对于油田直流供电配置的抽油机变频群控系统，由于负载的变化，会引起同步运行的抽油机冲程的冲次差异以及能耗的变化。这会造成电网电压跌落等问题，影响电能质量。本文提出了一种智能保护装置，实时检测直流母线电压的变化，调整输出端频率，控制抽油机的工作状态，提高了抽油机的运行可靠性和效率，在油田应用中取得了良好的应用效果。

直流供电；保护装置；变频；节能

0 引言

油田上广泛存在的游梁式抽油机能耗高、低产出等问题，因此使用直流母线供电变频控制可以有效节能降耗，降低生产成本。但是，由于抽油机在工作过程中负载是变化的，抽油机的冲程的冲次和能耗也随之变化，因此同步运行的油井会造成电网电能波动、电压跌落等问题。这些对电网的不利影响不仅会降低油田的用电设备的安全性而且会干扰电网的经济运行。因此本文提出一种新型的智能保护装置，实时调整直流母线供电变频控制抽油机的工作状态，提高电网的电能质量和抽油机的运行可靠性和效率。

1 系统的组成

本文开发的新型智能保护装置，主要用于同一直流母线供电的并联抽油机的供电保护。避免多抽油机并联运行时造成的电能质量问题，如直流母线电压激荡，过压、欠压故障，从而保证系统稳定运行，直流母线供电的抽油机群控系统装置图见图1。

装置主要包括智能保护控制器、电压测量与监控、信息传输和装置保护四部分。

2 系统工作原理

公共直流母线技术是在多抽油机并联节能调速系统中，采用单独的整流装置为系统提供直流电压，每个抽油机用逆变器直接接在直流母线上。当系统工作在电动状态时，逆变器从直流母线上获取电能；当系统工作在发电状态时，能量通过直流母线互馈，以达到节能的目的。

图1 直流母线供电的抽油机群控系统装置图

整流滤波单元把交流电压转换为稳定的直流电压。整流滤波单元的整流部分采用三相不可控整流，滤波部分采用电感电容滤波，以减小电网的电流谐波。

逆变终端把电压稳定的直流电源转化为电压、频率可调的交流电源，以满足电机节能调速的目的，系统详细结构见图2系统控制结构图。

智能保护系统设定母线电压正常运行的区间阈值，通过DSP采集母线电压信号，判断母线电压是否正常。当母线电压下降时，控制器判断临近抽油机的状态为同步上行，需要母线电压进行连续监测。通过设定延时时间（2-15秒），继续监测母线电压变化，如果母线电压仍然下降，则通过信号传输模块对逆变器发出指令，降低频率，减慢抽油机消耗电能速度。当母线电压保持平稳时，则保持监测状态。当母线电压升高时，控制器判断临近抽油机状态为同步下行，需要母线电压进行连续监测。通过设定延时时间（2-15秒），继续监测母线电压变化，如果母线电压仍然升高，则通过信号传输模块对逆变器发出指令，增大频率，加快抽油机消耗电能速度。当母线电压保持平稳时，则保持监测状态。

3 结论

本文开发的智能保护装置是对应用直流母线供电的抽油机群控系统的油田的一种先进控制设备。它实时检测直流母线电压的变化，调整输出端频率，控制抽油机的工作状态，能有效地解决电压波动，电压跌落等问题，提高了抽油机的运行可靠性和效率，在油田应用中取得了良好的应用效果，具有非常好的推广前景。

图2 系统控制结构图

图3 系统控制流程图

[1]曲刚,孙永兴.抽油机智能化变频控制系统的应用[J].陕西师范大学学报(自然科学版).2005(S1).

[2]孟彦京,葛保华.流母线技术在纸机交流变频传动中的应用[J].中国造纸.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