CN110265990A - 一种抽油机多井耦合共直流母线电压均衡控制及故障检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抽油机多井耦合共直流母线电压均衡控制及故障检测方法，是一种能够实现抽油机多井共直流母线电压稳定以及检测故障线路的位置并将其切除的方法。本发明所适用的***由三相交流电源、变压器、整流装置、直流母线、断路器、变频终端、电压电流检测模块、控制器、抽油机井等组成，采用双端供电的方式，增加***的供电稳定性。通过检测直流母线电压，调节变频终端输出频率，从而控制抽油机汲取电能的速度，维持母线电压在合理范围内；通过功率方向元件判断区内外故障，然后计算电压幅值和电流微分的比值，确定故障发生的具***置，动作相应的断路器，将故障线路切除，保护其他正常线路上抽油机井的正常运行。本发明适用于双端供电的多油井群控***。
Description
技术领域
本发明属于抽油机多井耦合共直流母线群控领域，具体涉及一种抽油机多井耦合共直流母线电压均衡控制及故障检测方法。
技术背景
为降低供电线路的电能损耗，提高线路电能的利用率，同时防止油田附近居民盗电现象，现在油田多采用直流母线供电的形式。配电网传输的电能经变压器降压后，经整流装置变为直流，电能沿正负母线构成直流回路，多口抽油机并联在直流回路上，经逆变装置逆变为交流驱动抽油机电机工作。但是现阶段直流输电线路多为单端供电，当线路某段发生故障时，需要将整条线路断开，严重影响其余正常线路段上抽油机井的正常工作。
由于多口抽油机在工作过程中冲程和冲次存在差异，在从电网汲取电能时会造成电网电能波动。为保证电网电能在合理波动区间运行，需要对各油井的工作状态进行实时调整，使其错峰运行。抽油机在运行过程中由于负载的变化，上下冲程的冲次和能耗也随之变化。为避免多井同步运行时对电网造成的电压跌落，通常采用人工不定时调参的方式。但由于抽油机工作状态变化无规律性，人工调参经常处于滞后状态。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种抽油机多井耦合共直流母线电压均衡控制及故障检测方法，维持直流母线线路电压的稳定，有效切除故障线路，减小因线路故障而导致停机的机井数量。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
所述的抽油机井群控***由三相交流电源、变压器、整流装置、直流母线、断路器、变频终端、电压电流检测模块、控制器、抽油机井等组成，将多台抽油机井变频终端配挂在直流母线上进行群控，实现群控***上多台抽油机井倒发电能的循环共享，减小网测谐波污染，提高***工作的功率因数。
所述直流母线由正负两条母线构成，采用双端供电的供电方式，根据线路的长短将直流母线分段进行保护，每段输电线路两侧装设断路器等保护装置，提高***稳定运行的能力。
所述直流母线电压均衡控制能够实现直流母线电压的稳定，将电压波动的范围维持在合理的范围内，其实现步骤为：
步骤1：检测装置实时检测直流母线的电压以及各机井电机的冲程、冲次，将检测信号通过信息传输模块实时传回控制器进行逻辑判断与数据分析；
步骤2：判断母线电压是否在正常范围内，如果电压超出正常范围则发出控制信号对各机井变频终端进行控制；
步骤3：当母线电压在合理范围以下时，通过信息传输模块对变频终端发出指令，降低输出频率，暂缓抽油机汲取电能速度；当母线电压在合理范围以上时，通过信息传输模块对变频终端发出指令，提高输出频率，加快抽油机汲取电能速度；当母线电压趋于平稳，则保持当前监测状态。
所述抽油机井群控***直流母线故障检测方法能够有效判断直流母线发生单极故障还是双极故障，稳态运行时，正负极间电压大小相等，方向相反；单极故障时，一极电压为零，另一极电压值为稳态时的两倍；双极故障时，两极电压近乎为零。
通过功率方向元件来判断是区内故障还是区外故障，设定由母线指向线路的方向为正方向，在正方向上发生各种故障时断路器可靠动作，而在反方向上发生故障时可靠不动作。
所述的电压幅值和电流微分的比值方法的数学表达式为：
其中，up、un分别为正负极母线电压，ip为正极电流，Ls、Lm分别为单位长度内线路的自电感和互电感；
动作方程为：
其中，kset＝(Ls-Lm)l，1代表线路的总长。
发生极间金属性故障时，短时间内故障极间电压幅值和电流微分的比值主要与故障距离有关，通过与整定值的比较，能够确定故障发生的线路位置和故障距离，有效切除故障线路。
本发明一种抽油机多井耦合共直流母线电压均衡控制及故障检测方法，当直流母线电压波动在允许范围之外时，通过控制各抽油机井变频终端改变输出频率，调节抽油机汲取电能的速度，使母线电压达到稳定；直流母线采用双端供电形式，提高供电的稳定性；通过电压幅值和电流微分的比值方法判断故障发生的位置，动作断路器等保护元件将故障线路切除，维持其余油井的正常运行。
附图说明
图1为直流母线双端供电的油井群控原理图，是说明书摘要附图；
图2为直流母线电压均衡控制流程图；
图3为直流线路某段发生极间故障示意图，图中3-1为正直流母线，3-2为负直流母线，3-3为滤波电容，A和B两点为短路点，虚线为短路电流的方向；
图4为直流母线故障检测与切除流程图。
具体实施方式
为了更具体的阐述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本发明所针对的抽油机井群控***采用双端供电的供电方式，由三相交流电源1-1、变压器1-2、整流装置1-3、直流母线1-4、断路器1-5、变频终端1-6、电压电流检测模块、控制器1-7、抽油机井1-8等组成，将多台抽油机井变频终端配挂在直流母线上进行群控，实现群控***上多台抽油机井倒发电能的循环共享，减小网测谐波污染，提高***工作的功率因数。
直流母线由正负两相构成，根据线路的长短将直流母线分段进行保护，每段输电线路两侧装设断路器等保护装置，提高***稳定运行的能力。
如图2流程图所示，直流母线电压均衡控制能够实现直流母线电压的稳定，将电压波动的范围维持在合理的范围内，其实现步骤为：
步骤1：检测装置实时检测直流母线的电压以及各机井电机的冲程、冲次，将检测信号通过信息传输模块实时传回控制器进行逻辑判断与数据分析；
步骤2：判断母线电压是否在正常范围内，如果电压超出正常范围则发出控制信号对各机井变频终端进行控制；
步骤3：当母线电压在合理范围以下时，通过信息传输模块对变频终端发出指令，降低输出频率，暂缓抽油机汲取电能速度；当母线电压在合理范围以上时，通过信息传输模块对变频终端发出指令，提高输出频率，加快抽油机汲取电能速度；当母线电压趋于平稳，则保持当前监测状态。
如图3所示，考虑到正负极线路之间的耦合关系可得方程式：
式中：up、un分别为正负极电压，ip、in分别为正负极电流，Rs、Rm、Ls、Lm分别代表线路单位长度的自电阻、互电阻、自电感、互电感，x为该段线路的故障距离。
区内故障时，故障电流直接由故障点流向输电线路保护安装处，所以正负极母线电流大小相等，方向相反，即：
ip＝-in(2)
将式(2)代入式(1)可得：
将式(3)进行变换可得：
由于直流母线双极故障情况下，极间电容迅速放电，故障时直流电压均迅速降低，直流电流快速增大。使得电流微分值dip远大于电流幅值ip，式(4)可以简化为：
式(5)也即为电压幅值和电流微分的比值方法的数学表达式，作为保护判据。
动作方程为：
其中，整定值kset＝(Ls-Lm)l，1代表线路的总长。
为保护线路的全长，防止远距离接地故障时时保护拒动。在装有边界元件的条件下，可以对式(6) 中的整定方法进行优化，在线路全长与分布电感乘积的基础上再乘以一略大于1的系数Krel，以增加保护的灵敏性，扩大保护范围。
线路全长整定为：
Lset＝KrelLsl(7)
随着故障距离的增大，故障回路中电流的上升速率明显降低，无法再忽视故障极电流幅值与电流微分的比值，使得式(5)不再成立，保护判据所采用的电压值与电流微分的比值将大于假设中故障距离与分布电感的乘积，并随着故障距离的增加，与理论值偏移的越大，所以本发明所述方法适用于中短距离输电线路。
如图4流程图所示，抽油机井群控***直流母线故障检测方法能够有效判断直流母线发生单极故障还是双极故障，稳态运行时，正负极间电压大小相等，方向相反；单极故障时，一极电压为零，另一极电压值为稳态时的两倍；双极故障时，两极电压近乎为零。
通过功率方向元件来判断是区内故障还是区外故障，设定由母线指向线路的方向为正方向，在正方向上发生各种故障时断路器可靠动作，而在反方向上发生故障时可靠不动作。
本发明发生极间金属性故障时，短时间内故障极间电压幅值和电流微分的比值主要与故障距离有关，通过与整定值的比较，能够确定故障发生的线路位置和故障距离，有效切除故障线路，保证其他正常线路所带机井的稳定运行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种抽油机多井耦合共直流母线电压均衡控制及故障检测方法，它是基于双端直流供电的抽油机多井群控***，采用实时检测母线电压并调整变频终端输出频率的方式实现母线电压的均衡；通过功率方向元件判断区内外故障，通过计算电压幅值和电流微分的比值的方法，确定故障发生的具***置，动作相应的断路器，保护其他正常线路上抽油机井的正常运行。
2.根据权利要求1所述的一种抽油机多井耦合共直流母线电压均衡控制及故障检测方法，其特征在于：所述的抽油机井群控***由三相交流电源、变压器、整流装置、直流母线、断路器、变频终端、电压电流检测模块、控制器、抽油机井等组成，将多台抽油机井变频终端配挂在直流母线上进行群控，实现群控***上多台抽油机井倒发电能的循环共享，减小网测谐波污染，提高***工作的功率因数。
3.根据权利要求1所述的一一种抽油机多井耦合共直流母线电压均衡控制及故障检测方法，其特征在于：所述直流母线由正负两条母线构成，采用双端供电的供电方式，根据线路的长短将直流母线分段进行保护，每段输电线路两侧均装设断路器等保护装置，提高***稳定运行的能力。
4.根据权利要求1所述的一种抽油机多井耦合共直流母线电压均衡控制及故障检测方法，其特征在于：所述直流母线电压均衡控制能够实现直流母线电压的稳定，将电压波动的范围维持在合理的范围内，其实现步骤为：
步骤1：检测装置实时检测直流母线的电压以及各机井电机的冲程、冲次，将检测信号通过信息传输模块实时传回控制器进行逻辑判断与数据分析；
步骤2：判断母线电压是否在正常范围内，如果电压超出正常范围则发出控制信号对各机井变频终端进行控制；
步骤3：当母线电压在合理范围以下时，通过信息传输模块对变频终端发出指令，降低输出频率，暂缓抽油机汲取电能速度；当母线电压在合理范围以上时，通过信息传输模块对变频终端发出指令，提高输出频率，加快抽油机汲取电能速度；当母线电压趋于平稳，则保持当前监测状态。
5.根据权利要求1所述的一种抽油机多井耦合共直流母线电压均衡控制及故障检测方法，其特征在于：所述抽油机井群控***直流母线故障检测方法能够有效判断直流母线发生单极故障还是双极故障，稳态运行时，正负极间电压大小相等，方向相反；单极故障时，一极电压为零，另一极电压值为稳态时的两倍；双极故障时，两极电压近乎为零。
6.根据权利要求1所述的一种抽油机多井耦合共直流母线电压均衡控制及故障检测方法，其特征在于：通过功率方向元件来判断是区内故障还是区外故障，设定由母线指向线路的方向为正方向，在正方向上发生各种故障时断路器可靠动作，而在反方向上发生故障时可靠不动作。
7.根据权利要求1所述的一种抽油机多井耦合共直流母线电压均衡控制及故障检测方法，其特征在于：所述的电压幅值和电流微分的比值方法的数学表达式为：
其中，up、un分别为正负极母线电压，ip为正极电流，Ls、Lm分别为单位长度内线路的自电感和互电感；
动作方程为：
其中，kset＝(Ls-Lm)l，l代表线路的总长。
发生极间金属性故障时，短时间内故障极间电压幅值和电流微分的比值主要与故障距离有关，通过与整定值的比较，能够确定故障发生的线路位置和故障距离，有效切除故障线路，保证其他正常线路所带机井的稳定运行。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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