CN107592689A - 一种智能热采双频电源加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采油技术开发应用，主要针对稠油举升过程中的加热和伴热，尤其是涉及一种智能热采双频电源加热装置，由三相交流电源、三相隔离变压器、整流电路、滤波电路、直流吸收电阻、控制开关、逆变电路和用于加热负载的加热电缆组成。本发明采用双频技术，加热速度快，有效的解决了直流加热的电解的问题。
Description
技术领域
本发明涉及采油技术开发应用，主要针对稠油举升过程中的加热和伴热，尤其是涉及一种智能热采双频电源加热装置。
背景技术
目前，在石油开采时对稠油举升过程中的加热，大多是基于集肤效应原理，利用加热电缆对对石油井内的空心杆进行加热，其工作原理是：三相交流电源首先经过整流再经过逆变后输入中频变压器，之后由中频变压器隔离输出后接入缠绕在空心杆上的加热电缆，利用加热电缆对空心杆进行加热。参考《中频感应加热装置的结构及工作原理》一文可以得知，其加热的原理是：利用上述加热装置组成双频电源，向加热电缆提供频率可变的电流，而用于加热空心杆的热量由空心杆上感应电流的热效应产生，故加热速度快，是非常理想的加热方法，之所以将在逆变电路的交流输出端与加热电缆之间设置有中频变压器设置是为了能够获得较大的加热电流。
虽然上述技术方案一定程度上解决了上述技术问题，但是，其自身仍然存在诸多技术缺陷亟待解决，具体如下：缺陷一：中频变压器的频率不能任意的调节；缺陷二：噪声污染太大；缺陷四：操作不方便；缺陷五：安装时工作量大。故基于上述分析，现有技术中所用的双频电源结构亟待调整。
发明内容
本发明为解决上述背景技术中的问题提供一种智能热采双频电源加热装置。
本发明为进一步解决上述背景技术中的问题提供一种智能热采双频电源加热装置，由三相交流电源、三相隔离变压器、整流电路、滤波电路、直流吸收电阻、控制开关、逆变电路和用于加热负载的加热电缆组成，其中：三相交流电源接三相隔离变压器的一次侧线圈，三相隔离变压器的二次侧线圈的输出分别接整流电路的交流输入端，整流电路的直流侧输出接到滤波电路上，滤波电路的另一侧接逆变电路的直流侧输入，逆变电路的交流侧输出接加热电缆，所述滤波电路和逆变电路之间设有控制开关且所述控制开关两端并联有直流吸收电阻，所述逆变电路通过控制装置控制。
该电源加热装置中，三相交流电源作为初始输入，提供基础的电能。
三相隔离变压器，作为关键部件，鉴于其位于所述三相交流电源与整流电路之间， 故能够有效地隔离整流设备三次谐波对电网的污染；同时，相较于现有技术中直接将逆变电路的交流输出端接入中频变压器的一次侧线圈而言，本发明将三相隔离变压器安装在所述三相交流电源与整流电路之间，采用工频50Hz输入不存在音频电流的声音，故能够有效消除因逆变电路的交流电在中频下所带来的噪声污染。
此外，在现有技术中，操作者往往需要根据井深调整中频变压器的输出电压来增加功率，操作起来十分的不方便。但是，基于上述技术方案，在利用加热电缆通过涡流效应加热负载的过程中，若需要根据井深增加加热功率，操作者可通过调整逆变电路的输出端的频率来实现，因为一旦改变了逆变电路的交流端的频率，即可改变加热电缆与负载(通常为空心杆)的感抗，从而减小感性加热，增加阻性加热，而且鉴于阻性加热的热效率接近1，故操作者无需调挡，即无需通过改变变压器的输出电压，而是通过改变逆变电路的输出端的频率来完成加热功率的改变，故在此种情况下就不会带来了因电压增加而导致加热电缆绝缘下降的风险，延长加热电缆的使用寿命，大大地降低了短路事故发生的概率，从而大大提高整个***的稳定性。
滤波电路，其作用为抑制整流电路输出的电压和电流的波动，为逆变电路提供一个稳定的电压和电流，同时也抑制逆变电路对整流电路的干扰。
逆变电路，将直流电能转换成交流电能，并将其输送至负载，通过控制装置对控制逆变电路中各器件(IGBT)的导通和关闭，即可调整逆变电路的交流端的输出频率，考虑到本发明中逆变电路的输出端直接接入加热电缆，省去了中频变压器。
基于上述技术方案的改进，即使省去了中频变压器，操作者通过调整逆变电路的输出端的频率仍然能够实现根据井深增加加热功率，加热效率仍然能够满足实际需求。此外，基于此项技术改进，逆变电路的实际加热频率范围能够达到5～6000Hz，即为加热电缆提供频率范围为5～6000Hz的双频电源，相较于现有技术中受限于中频变压器的双频电源，本发明所提供的双电源的适应性得以大大增强。
控制开关为直流接触器，其两端并联有直流吸收电阻，用于吸收部分直流电能。
需要说明的是，因为在逆变电路的交流输出端与加热电缆之间省去了中频变压器，相较于现有技术而言，本发明还减少了逆变电路的交流输出端所安装的配件的实际数量，一方面大大地节省了电能，另一方面还大大地节省了操作者缠绕中频变压器以及调整无极电容谐振等一些系列问题。
更进一步，所述控制装置包括单片机控制单元，所述单片机控制单元电连接有键盘 显示单元、检测保护单元、参数存储单元和串行通讯单元，所述单片机控制单元、检测保护单元、键盘显示单元、驱动单元、参数存储单元和串行通讯单元通过电源电路供电；
所述单片机控制单元包括单片机控制***；
所述检测保护单元包括电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块和隔离驱动模块，所述电压检测模块检测经过滤波稳压后的电压值并且传递给所述单片机控制***，所述电流检测模块检测经过滤波稳压后的电流值并且传递给所述单片机控制***，所述单片机控制***检测到电压值和电流值异常时启动隔离驱动模块，对电路进行保护，所述温度检测模块检测负载上的温度，并且传递给所述单片机控制***；
所述键盘显示单元包括键盘操作模块和LED显示模块，所述键盘操作模块可以将数值输入给所述单片机控制***，所述LED显示模块显示所述电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块检测到的数值。
优选地，所述三相隔离变压器为三角形变压器，即可大大地降低本发明的实际占用空间，从而增强本发明的适用性。
优选地，所述三相隔离变压器上设置有若干对应不同国家标准电压的抽头，即可放宽对输入电压范围的要求。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征所带来的优点，将结合附图作进一步详细的说明。
基于本发明的技术方案所研究的双频电源，具有的优点和积极效果是：
(1)本装置能够根据油井加热深度随意设定需要输出频率，范围可达：5～6000Hz，即能够根据电缆的长度任意调整；(2)采用前端三相变压器隔离变压技术可以保证不污染电网，保证设备安全可靠；(3)对输入电压的范围要求放宽，三相380～460V，大大降低了输出端中频变压器的噪声污染；(4)本设备还解决了以往根据加热深度人工调整档位的危险工作；(5)本装置减少了配件，进行了集成化改造，无需再缠绕中频变压器和调整无极电容谐振问题，解决了以往设备组装时繁琐工作量大的麻烦，节约人工成本。
附图说明
图1是本发明的电路原理图；
图2是本发明的控制***硬件框图；
图3是本发明的***原理框图。
图中：1、三相隔离变压器；2、整流电路；3、滤波电路；4、直流吸收电阻；5、控制开关；6、逆变电路；7、加热电缆；8、单片机控制单元；9、键盘显示单元；10、检测保护单元；11、参数存储单元；12、串行通讯单元；13、驱动单元；14、电源电路；111、单片机控制***；112、LED显示模块；113、键盘操作模块；114、参数保存模块；115、电压检测模块；116、电流检测模块；117、隔离驱动模块；118、温度检测模块；119、通讯单元模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1：
如图1所示，一种智能热采双频电源加热装置，由三相交流电源、三相隔离变压器1、整流电路2、滤波电路3、直流吸收电阻4、控制开关5、逆变电路6和用于加热负载的加热电缆7组成。
其中：三相交流电源接三相隔离变压器1的一次侧线圈，三相隔离变压器1的二次侧线圈的输出分别接整流电路2的交流输入端，整流电路2的直流侧输出接到滤波电路3上，滤波电路3的另一侧接逆变电路6的直流侧输入，逆变电路6的交流侧输出接加热电缆7，所述滤波电路3和逆变电路6之间设有控制开关5且所述控制开关5两端并联有直流吸收电阻4，所述逆变电路6通过控制装置控制。
优选地，所述滤波电路3包括两个串联的电容。
如图2和图3所示，控制装置包括单片机控制单元8，单片机控制单元8电连接有键盘显示单元9、检测保护单元10、参数存储单元11和串行通讯单元12，单片机控制单元8、检测保护单元10、键盘显示单元9、驱动单元13、参数存储单元11和串行通讯单元12通过电源电路14供电；单片机控制单元8包括单片机控制***111；检测保护单元10包括电压检测模块115、电流检测模块116、温度检测模块118和隔离驱动模块117，键盘显示单元9包括键盘操作模块113和LED显示模块112。
三相电先经过三相隔离变压器1将其变成需要的电压，再经过整流电路2将交流电转变为直流电，再通过滤波电路3对其进行滤波稳压处理，处理完成以后通过电压检测模块115和电流检测模块116检测器电压和电流的数值，并将该数值发送给单片机控制 ***111，单片机控制***111将其处理过后发送给LED显示模块112，并将其具体数值显示出来，经过整流滤波后的电流通过PWM逆变处理经过负载，使负载温度升高，通过温度检测模块118检测其温度，并且将具体数值传递给单片机控制***111，再经由LED显示模块112显示出来，如果温度不能达到要求，通过键盘操作模块113输入需要改变的频率，通过单片机控制***111的计算，并且将计算结果传递给通讯单元模块119，通讯单元模块119电连接于逆变电路6，可以控制逆变电路6中的IGBT的导通可断开，从而达到要求的频率，频率的改变可以改变加热电缆7与空心杆之间的感抗，减小了感性加热，增加阻性加热，无需调档改变变压器输出电压的大小来完成加热功率的转变。
本实施例中，所述三相隔离变压器1上设置有若干对应不同国家标准电压的抽头。
本实施例中，所述三相隔离变压器1为三角形变压器。
历经实际一年多的实践应用，本发明达到了预期的实验效果，整个***的稳定性提高到20％以上，故障率降低，加热电缆的使用寿命延长，无电击穿现象，噪声的污染消失，电网谐波的污染消失，使直流传输在加热***中的应用得到体现，相较于现有技术中的加热深度1200m以下提高到了2500m以下，而且加热速度快，节约电能，可给稠油电加热市场节约30％的投资。
以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种智能热采双频电源加热装置，其特征在于：由三相交流电源、三相隔离变压器、整流电路、滤波电路、直流吸收电阻、控制开关、逆变电路和用于加热负载的加热电缆组成，其中：三相交流电源接三相隔离变压器的一次侧线圈，三相隔离变压器的二次侧线圈的输出分别接整流电路的交流输入端，整流电路的直流侧输出接到滤波电路上，滤波电路的另一侧接逆变电路的直流侧输入，逆变电路的交流侧输出接加热电缆，所述滤波电路和逆变电路之间设有控制开关且所述控制开关两端并联有直流吸收电阻，所述逆变电路通过控制装置控制。
2.根据权利要求1所述的一种智能热采双频电源加热装置，其特征在于：所述控制装置包括单片机控制单元，所述单片机控制单元电连接有键盘显示单元、检测保护单元、参数存储单元和串行通讯单元，所述单片机控制单元、检测保护单元、键盘显示单元、驱动单元、参数存储单元和串行通讯单元通过电源电路供电；
所述单片机控制单元包括单片机控制***；
所述检测保护单元包括电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块和隔离驱动模块，所述电压检测模块检测经过滤波稳压后的电压值并且传递给所述单片机控制***，所述电流检测模块检测经过滤波稳压后的电流值并且传递给所述单片机控制***，所述单片机控制***检测到电压值和电流值异常时启动隔离驱动模块，对电路进行保护，所述温度检测模块检测负载上的温度，并且传递给所述单片机控制***；
所述键盘显示单元包括键盘操作模块和LED显示模块，所述键盘操作模块可以将数值输入给所述单片机控制***，所述LED显示模块显示所述电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块检测到的数值。
3.根据权利要求1所述的一种智能热采双频电源加热装置，其特征在于：所述三相隔离变压器上设置有若干对应不同国家标准电压的抽头。
4.根据权利要求1或3所述的一种智能热采双频电源加热装置，其特征在于：所述三相隔离变压器为三角形变压器。
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Address after: 100000 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 25, No. Applicant after: China Offshore Oil Group Co., Ltd. Applicant after: Tianjin Branch of China Sea Prtroleum (China) Co., Ltd. Applicant after: TIANJIN HEZHONGDA OIL & GAS TESTING CO., LTD. Address before: 100000 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 25, No. Applicant before: China National Offshore Oil Corporation Applicant before: Tianjin Branch of China Sea Prtroleum (China) Co., Ltd. Applicant before: TIANJIN HEZHONGDA OIL & GAS TESTING CO., LTD. |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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