專利名稱：一種抽油機多功能保護控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于油田抽油機井的帶電力電容器保護的集成化抽油機多功能保護控制器。
目前，油田抽油機運行中無功電能的補償普遍采用電力電容器單機就地補償?shù)姆绞?。由于電容器屬吸、放電能交換設(shè)備，而抽油機屬頻繁操作并產(chǎn)生較大機械慣性的設(shè)備，因而電容器在頻繁切換過程中產(chǎn)生的合閘涌流、諧振電壓和停機過程中機械慣性作用產(chǎn)生的屬發(fā)電狀態(tài)的勵磁諧振電壓、電流會造成電容器金屬薄膜熔化，介質(zhì)擊穿，電動機絕緣受損擊穿及電控元件損壞。另外，電力電容器采用熔斷器進行過流、短路故障等保護，保護值誤差大，保護不及時，因而故障持續(xù)時間長，造成電容器損壞。并且，電容器失效或電容量減損后，不能被監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，易造成虛補和介質(zhì)耗能。此外，目前的抽油機配電設(shè)備功能單一，不能對電氣之外的關(guān)鍵參數(shù)進行監(jiān)測控制，且其保護部分與控制部分各自相互獨立設(shè)置，因而生產(chǎn)成本高，且不易維修。
本實用新型的任務(wù)是提供一種帶電力電容器保護的集成化的抽油機保護控制器，利用它可以避免電力電容器因頻繁切換和停機后機械慣性作用造成的損害，在電機發(fā)生斷相、過載故障、抽油機關(guān)鍵參數(shù)發(fā)生變化時給予指示和保護，在電力電容器發(fā)生過流、短路故障時給予指示和保護，當電容器失效或容量減損至低于規(guī)定技術(shù)指標時給予指示并退出運行。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的。該裝置電路部分包括控制電路、電力電容器故障監(jiān)測保護、電機斷相、過載故障監(jiān)測保護和抽油機關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測保護四部分?，F(xiàn)分述如下控制電路部分由本機電源電路、起機時控電路和執(zhí)行電路組成。其中，本機電源電路中，起停開關(guān)S1控制變壓器初級一相火線，整流穩(wěn)壓單元供給本機電源。起機時控電路包括電機起機時控指示單元和電容器起機時控單元，電機起機時控指示單元中，起機形式選擇開關(guān)S2的一付開關(guān)S2－1一端接電容器C1“＋”端，C1“－”端接電源“－”端，S2－1另一端接電位器R17一端，R17另一端接電源“＋”端，5551時基塊輸入端2、6腳接R17和S2－1的串接點，輸出端3腳經(jīng)電阻R19接延時起機光指示二極管H1的“＋”端，H1的“－”端接電源“－”端，與非門元件F7輸入端接55513腳，F(xiàn)7輸出端接與門元件F4的一個輸入端；電容器起機時控單元中，繼電器K1的一付常開點一端接電容器C5的“＋”端，另一端接電阻R24一端，C5的“－”端接電源“－”端，R24另一端接電源“＋”端，5552時基塊的輸入端2、6腳接C5的“＋”端，輸出端接與非門F8的輸入端，F(xiàn)8的輸出端接與門F5的一個輸入端。執(zhí)行電路中包括電機監(jiān)測控制、抽油機關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測控制執(zhí)行單元和電容器監(jiān)測控制執(zhí)行單元，電機監(jiān)測控制、抽油機關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測控制執(zhí)行單元中，三極管A1的基極通過電阻R20接與門F4的輸入端，A1的集電極接繼電器K1線圈和二極管V4“＋”端的并接點，線圈K1另一端和V1“－”端并接接電源“＋”端，發(fā)射極接電源“－”端，S2中S2－2一付開關(guān)一端接A1發(fā)射極，另一端接A1集電極；電容器監(jiān)測控制執(zhí)行單元中，三極管A2的基極通過電阻R21接與門F5的輸出端，集電極接繼電器K2線圈和二極管V5“＋”端的并接點，線圈K2另一端和V5的“－”端并接接電源“＋”端，發(fā)射極接電源“－”端。
電力電容器故障監(jiān)測保護部分由取樣、基準、比較運算電路和信號處理、指示電路組成。其中，取樣、基準、比較運算電路中，傳感器CTA、CTB一端并接接電源“－”端，另一端分別與整流元件V6、V7“＋”端相聯(lián)，V6、V7“－”端分別與電容C6“＋”端、電阻R28一端和電容C7“＋”端、電阻R27一端相聯(lián)，C6、C7的“－”端和電位器R29、R30一端并接接電源“－”端，R28、R29和R27、R30另一端分別接運算放大器N4和N5、N6和N7的信號電壓輸入端，電阻R31和R34一端并接接電源“＋”端，另一端分別和電阻R32、R33一端串接，R32、R33另一端并接接電源“－”端，N4和N6基準電壓輸入端接R34和R33的串接點，N5和N7的基準電壓輸入端接R31和R32的串接點。信號處理、指示電路中，與門F6的4個輸入端分別接N4、N5、N6、N7的輸出端，F(xiàn)6的輸出端接電阻R26的一端，R26另一端接電容C4的“－”端和觸發(fā)器RS4的R輸入端，C4的“＋”端接電源“＋”端，RS4的S輸入端接電路中e點，RS4的 輸出端通過電阻R22接電容運行指示燈H7的“－”端，通過電阻R23接故障指示燈H6的“＋”端，H7的“＋”端接電源“＋”端，H6的“－”端接電源“－”端；RS4的Q輸出端接與門F5的一個輸入端。
電機故障監(jiān)測保護部分由取樣、基準、比較運算電路和信號處理、指示電路組成。其中，取樣、基準、比較運算電路中，傳感器MTC2、MTC1、MTB1一端并接接電源“－”端，MTC2另一端與MTB2、MTA依次串接，MTA、MTB1、MTC1另一端分別接二極管V1、V2、V3“＋”端，V1、V2、V3“－”端分別接電阻R2、R4、R6一端，R2、R4、R6另一端分別和電阻R1、R3、R5一端串接，R1、R3、R5另一端并接接電源“－”端，運算放大器N1、N2、N3三個取樣電壓輸入端分別接R6和R5、R4和R3、R2和R1的串接點，電阻R10和電阻R7一端并接接電源“＋”端，另一端分別與電位器R9、電阻R8一端串接，R9和R8另一端并接電源“－”端，N1、N2基準電壓輸入端接R10和R9的串接點，N3的基準電壓輸入端接R7和R8的串接點。信號處理指示電路中，與非門F2的2個輸入端分別接N1、N2的2個輸出端，F(xiàn)2的另一個輸入端接與非門F3的輸出端，F(xiàn)3的一個輸入端接N3的輸出端，另一個輸入端接觸發(fā)器RS1的 輸出端，RS1的S輸入端接電路中e點，RS1的R輸入端接N3的輸出端，F(xiàn)2的輸出端接與非門F1的輸入端，F(xiàn)1的輸出端通過電位器R11接電容器C2的“－”端和觸發(fā)器RS2的R輸入端，C2的“＋”端接電源“＋”端，RS2的S輸入端接電阻R12一端和電容器C3“＋”端的串接點e，R12的另一端接電源“＋”端，C4的“－”端接電源的“－”端，RS2的 輸出端通過電阻R16接電機運行指示燈H2的“－”端，通過電阻R15接故障指示燈H3的“＋”端，H2的“＋”端接電源“＋”端，H3的“－”端接電源“－”端，RS2的Q輸出端接與門元件F4的一個輸入端。
抽油機關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測保護部分由信號處理、指示電路組成。其中，觸發(fā)器RS3的S輸入端接電路中e點，R輸入端接外接傳感器SQ的常開點SQ一端，SQ另一端接電源“＋”端，也可以直接接SQ高電平信號輸出端，RS3的Q輸出端通過電阻R13接運行發(fā)光二極管H4的“＋”端，通過電阻R14接故障指示燈H5的“－”端，H4的“－”端和H5的“＋”端則分別接電源的“－”端和“＋”端，Q輸出端接F4的一個輸入端。



圖1為本實用新型的電氣原理圖。
圖2為電機、電容器控制電氣原理圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的各種功能實現(xiàn)過程(即其工作原理)分述如下手動、自動起機及抽油機頻繁操作和停機慣性力危害電容保護合上啟停開關(guān)S1將啟機形式選擇開關(guān)S2－1置于手動位置，此時5551時基塊輸入端2、6腳為高電平，輸出端3腳輸出低電平，經(jīng)與非門F7反向后輸出高電平，與門F4輸出高電平，三極管A1導通工作，繼電器K1有電吸合，其常開觸點K1閉合，接通電動機運行接觸器K3，抽油機工作；接通電容器C5，電阻R24向C5充電，60分鐘后C5電壓上升至5V時，觸發(fā)器5552輸出端3腳立即翻轉(zhuǎn)輸出低電平，經(jīng)與非門F8反向后輸出高電平，與門F5輸出高電平，三極管A2導通工作，繼電器K2有電吸合，其常開觸點K2閉合，接通電力電容器運行接觸器K4，電力電容器工作。與此同時，觸發(fā)器RS2、RS4的R輸入端輸入高電平，S輸入端上電后經(jīng)電阻R12向電容器C3短暫時間充電保持高電平，Q輸出端輸出高電平，保證A1、A2正常導通工作， 輸出端輸出低電平，電機運行指示燈H2、電容運行指示燈H7亮。將S2－1置于自動位置，當電機運行中電網(wǎng)停電又恢復(fù)供電后，電源通過電位計向電容器C1充電，5551時基塊的2、6腳輸入低電平，3腳輸出高電平，延時起機指示燈H1亮，當達到預(yù)調(diào)定的RC時間常數(shù)后，C1上電壓上升大于5V時，5551輸出3腳立即翻轉(zhuǎn)輸出低電平，H1滅，重復(fù)上述手動起機過程，抽油機、電力電容器工作。若被監(jiān)測、保護對象出現(xiàn)故障，但短時間可以繼續(xù)運行的，則將S2－2開關(guān)置于保護退出位置，此時A2發(fā)射極和集電極短接，繼電器K1直接工作，系統(tǒng)投入運行。
電容器故障監(jiān)測保護將電力電容器運行電流信號經(jīng)傳感器CTA、CTB、整流元件V6、V7、電阻R28、電位計R29、電阻R27、電位計R30折算并預(yù)調(diào)定出保證電力電容器正常運行的信號電壓，接入運算放大器N4和N5、N6和N7的取樣電壓輸入端；將電阻R31和R32串聯(lián)分壓，作為過流、短路故障比較信號接入N5、N7的比較電壓輸入端；將電阻R34和R33串聯(lián)分壓，作為容量減損或失效故障比較信號接入N4、N6的比較電壓輸入端。當電力電容器運行中出現(xiàn)過流、短路故障時，電流超過允許的最大電流時，以及電容失效或容量減損、補償電流低于規(guī)定技術(shù)指標時，運算放大器N4和N5、N6和N7至少有一個輸出低電平，與門F6輸出低電平，再經(jīng)R26、C4延時近2秒鐘，若故障還不能消除，則觸發(fā)器RS4觸發(fā)翻轉(zhuǎn)， 輸出端輸出高電平，運行指示燈H7滅，故障指示燈H6亮，Q輸出端輸出低電平，與門F5輸出低電平，三極管A2由導通工作變截止，繼電器K2失電，其常開點K2打開，運行接觸器K4失電，電力電容器退出運行。
電機斷相、過載故障保護電機運行電流信號經(jīng)傳感器MTA、MTB1和MTB2、MTC1和MTC2轉(zhuǎn)換成的電壓信號，分別經(jīng)整流元件V1、V2、V3、電阻R2和R1、R4和R3、R6和R5折算成直流電壓，該電壓作為取樣電壓接入運算放大器N1、N2、N3的取樣電壓輸入端，電阻R7和R8串接分壓，其串接點接入N3的基準電壓輸入端；電阻R10和電位計R9串接分壓，其串接點接入N1、N2的基準電壓輸入端，電位計R9的調(diào)定值與電機正常運行電流值相對應(yīng)。電機運行中出現(xiàn)斷相故障時，N3輸入端取樣電壓小于基準電壓，輸出端輸出高電平，與非門元件F3輸出低電平；出現(xiàn)過載故障時，N1、N2輸入端至少有一個取樣電壓大于基準電壓，輸出端輸出低電平，當與非門元件F2三個輸入端中有一個是低電平時，輸出端就會輸出高電平，與非門元件F1輸出端經(jīng)電位計R11、電容器C2一定時限的延時后，輸出低電平，觸發(fā)器RS2觸發(fā)翻轉(zhuǎn)， 輸出端輸出高電平，運行指示燈H2滅，故障指示燈H3亮；Q輸出端輸出低電平，與門元件F4輸出低電平，三極管A1由導通工作變?yōu)榻刂?，繼電器K1失電，其常開觸點K2打開，K3失電，電機退出運行。
抽油機關(guān)鍵參數(shù)的保護和控制當抽油機及其它相關(guān)設(shè)備的溫度、壓力、振動、位移等關(guān)鍵參數(shù)達到需要控制的臨界值時，SQ即相對閉合，觸發(fā)器RS3觸發(fā)翻轉(zhuǎn)， 輸出端輸出高電平，運行指示燈H5滅，參數(shù)指示燈H4亮；Q輸出端輸出低電平，與門F4輸出低電平，三極管A1由導通變截止，繼電器K1失電，抽油機停止運行，整個系統(tǒng)退出工作。
本實用新型設(shè)計合理，功能多，操作簡便，運行安全可靠，利用它可以對抽油機電動機的工作進行有效的保護，從而保證油井正常生產(chǎn)，宜于推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種抽油機多功能保護控制器，包括控制電路、電力電容器故障監(jiān)測保護、電機故障監(jiān)測保護和抽油機關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測保護四部分，其特征在于控制電路部分由本機電源電路、起機時控電路和執(zhí)行電路組成；電力電容器故障監(jiān)測保護部分由取樣、基準、比較運算電路和信號處理、指示電路組成；電機故障監(jiān)測保護部分由取樣、基準、比較運算電路和信號處理、指示電路組成；抽油機關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測保護部分由信號處理、指示電路組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機多功能保護控制器，其特征在于控制電路部分的本機電源電路中，起停開關(guān)S1控制變壓器初級一相火線，整流穩(wěn)壓單元供給本機電源；起機時控電路包括電機起機時控指示單元和電容器起機時控單元，電機起機時控指示單元中，起機形式選擇開關(guān)S2的一付開關(guān)S2－1一端接電容器C1“＋”端，C1“－”端接電源“－”端，S2－1另一端接電位器R17一端，R17另一端接電源“＋”，5551時基塊輸入端2.6腳接R17和S2－1的串接點，輸出端3腳經(jīng)電阻R19接延時起機光指示二極管H1的“＋”端，H1的“－”端接電源“－”端，與非門元件F7輸入端接55513腳，F(xiàn)7輸出端接與門元件F4的一個輸入端；電容器起機時控單元中，繼電器K1的一付常開點一端接電容器C5的“＋”端，另一端接電阻R24一端，C5的“－”端接電源“－”端，R24另一端接電源“＋”端，5552時基塊的輸入端2、6腳接C5的“＋”端，輸出端接與非門F8的輸入端，F(xiàn)8的輸出端接與門F5的一個輸入端；執(zhí)行電路中包括電機監(jiān)測控制、抽油機關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測控制執(zhí)行單元和電容器監(jiān)測控制執(zhí)行單元，電機監(jiān)測控制、抽油機關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測控制執(zhí)行單元中，三極管A1的基極通過電阻R20接與門F4的輸入端，A1的集電極接繼電器K1線圈和二極管V4“＋”端的并接點，線圈K1另一端和V1“－”端并接接電源“＋”端，發(fā)射極接電源“－”端，S2中S2－2一付開關(guān)一端接A1發(fā)射極，另一端接A1集電極；電容器監(jiān)測控制執(zhí)行單元中，三極管A2的基極通過電阻R21接與門F5的輸出端，集電極接繼電器K2線圈和二極管V5“＋”端的并接點，線圈K2另一端和V5的“－”端并接接電源“＋”端，發(fā)射極接電源“－”端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機多功能保護控制器，其特征在于，電力電容器故障監(jiān)測保護部分的取樣、基準、比較運算電路中，傳感器CTA、CTB一端并接接電源“－”端，另一端分別與整流元件V6、V7“＋”端相聯(lián)，V6、V7“－”端分別與電容C6“＋”端、電阻R28一端和電容C7“＋”端、電阻R27一端相聯(lián)，C6、C7的“－”端和電位器R29、R30一端并接接電源“－”端，R28、R29和R27、R30另一端分別接運算放大器N4和N5、N6和N7的信號電壓輸入端，電阻R31和R34一端并接接電源“＋”端，另一端分別和電阻R32、R33一端串接，R32、R33另一端并接接電源“－”端，N4和N6基準電壓輸入端接R34和R33的串接點，N5和N7的基準電壓輸入端接R31和R32的串接點；信號處理、指示電路中，與門F6的4個輸入端分別接N4、N5、N6、N7的輸出端，F(xiàn)6的輸出端接電阻R26的一端，R26另一端接電容C4的“－”端和觸發(fā)器RS4的R輸入端，C4的“＋”端接電源“＋”端，RS4的S輸入端接電路中e點，RS4的Q輸出端通過電阻R22接電容運行指示燈H7的“－”端，通過電阻R23接故障指示燈H6的“＋”端，H7的“＋”端接電源“＋”端，H6的“－”端接電源“－”端，RS4的Q輸出端接與門F5的一個輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機多功能保護控制器，其特征在于，電機故障監(jiān)測保護部分的取樣、基準、比較運算電路中，傳感器MTC2、MTC1、MTB1一端并接接電源“－”端，MTC2另一端與MTB2、MTA依次串接，MTA、MTB1、MTC1另一端分別接二極管V1、V2、V3“＋”端，V1、V2、V3“－”端分別接電阻R2、R4、R6一端，R2、R4、R6另一端分別和電阻R1、R3、R5一端串接，R1、R3、R5另一端并接接電源“－”端，運算放大器N1、N2、N3三個取樣電壓輸入端分別接R6和R5、R4和R3、R2和R1的串接點，電阻R10和電阻R7一端并接接電源“＋”端，另一端分別與電位器R9、電阻R8一端串接，R9和R8另一端并接電源“－”端，N1、N2基準電壓輸入端接R10和R9的串接點，N3的基準電壓輸入端接R7和R8的串接點；信號處理指示電路中，與非門F2的2個輸入端分別接N1、N2的2個輸出端，F(xiàn)2的另一個輸入端接與非門F3的輸出端，F(xiàn)3的一個輸入端接N3的輸出端，另一個輸入端接觸發(fā)器RS1的 輸出端，RS1的S輸入端接電路中e點，RS1的R輸入端接N3的輸出端，F(xiàn)2的輸出端接與非門F1的輸入端，F(xiàn)1的輸出端通過電位器R11接電容器C2的“－”端和觸發(fā)器RS2的R輸入端，C2的“＋”端接電源“＋”端，RS2的S輸入端接電阻R12一端和電容器C3“＋”端的串接點e，R12的另一端接電源“＋”端，C4的“－”端接電源的“－”端，RS2的 輸出端通過電阻R16接電機運行指示燈H2的“－”端，通過電阻R15接故障指示燈H3的“＋”端，H2的“＋”端接電源“＋”端，H3的“－”端接電源“－”端，RS2的Q輸出端接與門元件F4的一個輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機多功能保護控制器，其特征在于抽油機關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測、保護部分的信號處理、指示電路中，觸發(fā)器RS3的S輸入端接電路中e點，R輸入端接外接傳感器SQ的常開點SQ一端，SQ另一端接電源“＋”端，也可以直接接SQ高電平信號輸出端，RS3的 輸出端通過電阻R13接運行發(fā)光二極管H4的“＋”端，通過電阻R14接故障指示燈H5的“－”端，H4的“－”端和H5的“＋”端則分別接電源的“－”端和“＋”端，Q輸出端接F4的一個輸入端。
專利摘要本實用新型涉及一種用于油田抽油機井的帶電力電容器保護的集成化抽油機多功能保護控制器，其電路部分包括控制電路、電力電容器故障監(jiān)測保護、電機斷相、過載故障監(jiān)測保護和抽油機關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測保護四部分。利用該裝置可以避免電力電容器因頻繁切換和停機后機械慣性作用造成的損害，在電機發(fā)生斷相、過載故障、關(guān)鍵參數(shù)發(fā)生變化時給予指示和保護，當電容器失效或容量減損至低于規(guī)定技術(shù)指標時給予指示并退出運行。該裝置具有功能較多、操作簡便、運行安全可靠等特點，宜于在抽油機井廣泛采用。
文檔編號F04B49/06GK2208110SQ9422904
公開日1995年9月20日 申請日期1994年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月30日
發(fā)明者張相文, 周永久 申請人:遼河石油勘探局興隆臺采油廠