一種油田電動修井機用雙向儲能變流器的制造方法
【專利摘要】一種油田電動修井機用雙向儲能變流器，屬于電力電子變流與油田節能應用領域。儲能器件(超級電容、動力電池)的使用解決了油田井場電網容量偏小的技術難題，而儲能器件的充放電控制均需要通過雙向儲能變流器實現。本實用新型基于上述應用背景提出了一種應用于電動修井機中的雙向儲能變流器，包括預充電回路、進線濾波回路、濾波回路放電單元、功率變流單元、變流單元光電轉換模塊、檢修放電單元六部分，通過上述各部分的協同工作，可以實現對超級電容和動力電池的充放電控制及能量管理。其有益效果是，實現了儲能器件(含超級電容和動力電池)與電動修井機的對接，推進了石油裝備“油改電”的步伐。
【專利說明】
一種油田電動修井機用雙向儲能變流器
技術領域
[0001]本發明涉及電力電子變流和油田節能技術應用領域，具體是一種油田電動修井機用雙向儲能變流器。
【背景技術】
[0002]油田在采油過程中常會發生一些油井內部或采油設備的故障，造成油井減產，甚至停產，修井機主要是針對上述故障進行維修工作的一種設備。傳統修井機動力來源主要是依靠柴油機，然而采用柴油機作為動力源存在空載時間長、能源利用率低、污染環境的缺點。電動修井機是近些年新型的一種修井機，其動力來源主要是依靠電力。相對于傳統的修井機，電動修井機具有能源利用率高、環保無污染、運行成本低的優點，因此成為了修井機未來的重要發展方向。
[0003]電動修井機功率需求往往在10kW及以上，但油田井場電網設計功率均在10kW及以下，電網容量不足成為了嚴重制約其應用的重要因素。
[0004]針對上述制約因素，采用超級電容或動力電池可以解決井場電網容量不足的現狀。其基本原理是，在修井機進行提升作業時，由井場電網和超級電容或動力電池共同提供動力；在修井機進行下放作業時，由井場電網對超級電容或動力電池進行充電。如此往復，便可有效地解決上述“油改電”最大的制約難題。

【發明內容】

[0005]本實用新型的目的在于實現對應用于油田電動修井機的儲能器件(超級電容、動力電池)進行充放電控制，解決油田井場電網容量不足的缺點，實現油田裝備的油改電，因此提出一種雙向的儲能變流器來實現。該發明具有雙向功率流動控制的功能，可以根據電動修井機的具體運行工況實現儲能器件的能量管理。
[0006]本實用新型通過以下技術方案來實現，一種油田電動修井機用雙向儲能變流器，主要由預充電回路、進線濾波回路、濾波回路放電單元、功率變流單元、變流單元光電轉換模塊、檢修放電單元六部分組成。
[0007]所述的預充電回路由預充電支路和進線支路并聯組成;所述的預充電支路包括預充電接觸器和預充電電阻，二者串聯組成了預充電支路;所述的進線支路由主接觸器組成；通過預充電支路和進線支路的合理切換，實現雙向儲能變流器的緩啟動控制。
[0008]所述的進線濾波回路包括由薄膜電容并聯組成的支撐電容和進線平波電抗器;所述的薄膜電容通過疊層母排連接，以減小雜散電感。
[0009 ]所述的濾波回路放電單元包括放電電阻和接觸器組成，其中放電電阻與接觸器的常閉觸點連接。
[0010]所述的功率變流單元由IGBT、驅動板、散熱片、散熱風扇組成;所述的IGBT與驅動板安裝在散熱片上進行有效散熱;所述的散熱風扇安裝在散熱片底部。
[0011]所述的變流單元光電轉換模塊安裝在功率變流單元的散熱片上，并通過排線與IGBT驅動板進行連接;所述的變流單元光電轉換模塊可以實現光信號到電信號的轉換，降低由導線引起的脈沖壓降。
[0012]所述的檢修放電單元由放電接觸器和泄放電阻組成。
[0013]所述的雙向儲能變流器在集裝箱式電動修井機和車載式電動修井機中均可應用。
[0014]所述的雙向儲能變流器在超級電容和動力電池作為儲能器件的應用場合均可應用。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0016]1、本發明提出了一種對超級電容和動力電池均能應用的方案，通用性大大提高。
[0017]2、本發明采用了疊層母排替代傳統的銅排連接方式，大大減小了直流進線回路的雜散參數，降低了 IGBT開關峰值電壓。
[0018]3、本發明采用了光纖傳輸IGBT的驅動脈沖信號，減小了由于控制信號線帶來的脈沖壓降，大大提高了 IGBT驅動的穩定性。
【附圖說明】
[0019]圖1為雙向儲能變流器示意圖。
[0020]圖2變流單元光電轉換模塊及接口示意圖。
[0021]主要元件符號說明:
[0022]1001-變頻器接線端子1002-主接觸器1003-預充電接觸器1004-預充電電阻1005-進線平波電抗器1006-薄膜支撐電容1007-變流單元放電電阻1008-1GBT 1009-泄放接觸器1010-檢修泄放電阻1011-儲能器件接線端子1012-變流單元光電轉換模塊
[0023]2001-光纖接頭2002-脈沖輸出排線接頭
【具體實施方式】
[0024]以下提供本實用新型一種油田電動修井機用雙向儲能變流器的具體實施方法。
[0025]參見附圖1，雙向儲能變流器包括預充電回路、進線濾波回路、濾波回路放電單元、功率變流單元、變流單元光電轉換模塊、檢修放電單元六部分。
[0026]所述的接線端子1001采用導軌式2P接線盒實現，并通過直流電纜分別與變頻器直流側P/N兩級和主接觸器銅排連接。
[0027]所述的主接觸器1002為電磁式直流接觸器，通過直流電纜分別與進線平波電抗器1005和預充電接觸器1003連接。
[0028]所述的預充電接觸器1003為電磁式直流接觸器，通過直流電纜分別與主接觸器1002和預充電電阻1004連接。
[0029]所述的進線平波電抗器1005為硅鋼片直流電感，電抗器的輸入銅排和輸出銅排通過直流電纜分別與主接觸器1002、薄膜支撐電容1006連接。
[0030]所述的變流單元放電單元1007為波紋式電阻，通過繼電器的常閉觸電并聯于薄膜支撐電容1006正負極。
[0031]所述的IGBT1008采用壓接型結構，固定于散熱片上，其中C1、E2分別于疊層母排正負極連接，脈沖驅動信號來源于變流單元光電轉換模塊1012。
[0032]所述的放電接觸器1009為電磁式直流接觸器，接觸器的輸入銅排與儲能器件接線端子1011連接，輸出銅排與泄放電阻11連接。
[0033]所述的儲能器件接線端子1011采用導軌式2P接線盒實現，即可實現與超級電容連接，又可實現與動力電池連接，具有一定靈活性。
[0034]參見附圖2，變流單元光電轉換模塊接口主要包括光纖接頭和脈沖輸出排線接頭。
[0035]所述的光纖接頭2001通過光纖與數字控制器的光纖接頭連接。
[0036]所述的脈沖輸出排線接頭2002位20針排線牛角接頭，并通過排線與IGBT1008的驅動板進行連接。
[0037]以上所述的是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.一種油田電動修井機用雙向儲能變流器，其特征在于，包括預充電回路(I)、進線濾波回路(2)、濾波回路放電單元(3)、功率變流單元(4)、變流單元光電轉換模塊(5)、檢修放電單元(6);所述的雙向儲能變流器一側通過P/N兩極與變頻器的直流側連接，一側通過+/-兩極與超級電容或動力電池連接;所述的預充電回路串聯在雙向儲能變流器的正極回路中，實現儲能變流器的緩啟動功能;所述的進線濾波回路并聯在雙向儲能變流器的主回路中，實現儲能變流器的輸入濾波功能;所述的濾波回路放電單元與進線濾波單元并聯，實現雙向儲能變流器停機后的放電功能;所述的功率變流單元并聯在雙向儲能變流器的主回路中，實現儲能變流器的電壓變換和雙向功率流的控制功能;所述的變流單元光電轉換模塊通過排線與功率變流單元連接，實現對功率變流單元的光電轉換及開關控制;所述的檢修放電單元并聯于儲能器件正負極，實現設備故障檢修時強制泄放的功能。2.根據權利要求1所述的雙向儲能變流器，其特征在于，預充電回路由預充電支路和進線支路并聯組成;所述的預充電支路包括預充電接觸器和預充電電阻，二者串聯組成了預充電支路;所述的進線支路由主接觸器組成;通過預充電支路和進線支路的合理切換，實現雙向儲能變流器的緩啟動控制。3.根據權利要求1所述的雙向儲能變流器，其特征在于，進線濾波回路包括由薄膜電容并聯組成的支撐電容和進線平波電抗器;所述的薄膜電容通過疊層母排連接，以減小雜散電感。4.根據權利要求1所述的雙向儲能變流器，其特征在于，所述的濾波回路放電單元包括放電電阻和接觸器組成，其中放電電阻與接觸器的常閉觸點連接。5.根據權利要求1所述的雙向儲能變流器，其特征在于，功率變流單元由IGBT、驅動板、散熱片、散熱風扇組成;所述的IGBT與驅動板安裝在散熱片上進行有效散熱;所述的散熱風扇安裝在散熱片底部。6.根據權利要求1所述的雙向儲能變流器，其特征在于，變流單元光電轉換模塊安裝在功率變流單元的散熱片上，并通過排線與IGBT驅動板進行連接;所述的變流單元光電轉換模塊可以實現光信號到電信號的轉換，降低由導線引起的脈沖壓降。7.根據權利要求1所述的雙向儲能變流器，其特征在于，檢修放電單元由放電接觸器和泄放電阻組成。8.根據權利要求1所述的雙向儲能變流器，其特征在于，在集裝箱式電動修井機和車載式電動修井機中均可應用。9.根據權利要求1所述的雙向儲能變流器，其特征在于，在超級電容和動力電池作為儲能器件的應用場合均可應用。
【文檔編號】H02J3/32GK205509516SQ201520997081
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年12月3日
【發明人】趙亞杰, 王賽, 皇甫海文
【申請人】北京科林普爾電氣科技有限公司