一种修井机动力管理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及修井作业领域，特别是涉及一种修井机动力管理系统。
【背景技术】
[0002]油田各型作业机目前普遍以柴油机为动力，柴油机工作效率仅为50%左右，不但能源浪费较为严重，作业成本高，而且还存在噪声污染等一系列环保问题。在当前国家大力推行清洁生产，实施环境评价的大环境下，有必要优化目前的作业机驱动方式，使油田企业作业施工环节更加节能环保。
[0003]目前普遍推行电力驱动作业机。电驱作业机是以电动机作为驱动动力、模块化设计的新型作业机。该作业机采用电机作为动力源，根据修井作业设备的技术要求，有必要将电动机、调速系统与作业操作控制系统有机整合，实现机、电、液一体化及智能自动化控制。
[0004]在修井作业中，无论是提升作业还是下放作业，都需要有被吊物的装卸时间。通过现场调研统计，修井机提升和下放作业时间与装卸时间之比大约是1:2，电机将有66%左右时间处于空载或者低功率运行状态，电机功率利用率低，需要增加功率补偿装置。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种修井机动力管理系统，利用超级电容能量管理系统做功率补偿，可实现使用小功率的网电带动大功率变频电动机以驱动绞车进行修井作业。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:一种修井机动力管理系统，它包括柴油机驱动系统，所述的柴油机驱动系统以柴油机为动力驱动绞车进行修井作业，它还包括监控系统、超级电容能量管理系统和电机驱动系统。
[0007]所述的监控系统包括监控显示单元和PLC控制器，超级电容能量管理系统包括双向DC-DC变换器、超级电容控制单元和超级电容单元，电机驱动系统包括可控整流器、变频器和变频电动机，电机驱动系统以变频电动机为动力驱动绞车进行修井作业。
[0008]监控显示单元的显示输入端与PLC控制器的显示输出端连接，PLC控制器分别通过现场总线与超级电容控制单元和可控整流器的控制输入端连接，超级电容控制单元的信号采集输入端与超级电容单元的信号输出端连接，超级电容控制单元的变换器控制输出端与双向DC-DC变换器的控制输入端连接，可控整流器的整流输入端与三相电源连接，变频器的输出端与变频电动机的电源输入端连接。
[0009]双向DC-DC变换器的高压侧正极分别与可控整流器的整流输出端正极和变频器的输入端正极连接，双向DC-DC变换器的高压侧负极分别与可控整流器的整流输出端负极和变频器的输入端负极连接，双向DC-DC变换器的低压侧正极与超级电容单元的正极连接，双向DC-DC变换器的低压侧负极与超级电容单元的负极连接。
[0010]所述的超级电容控制单元包括电容管理主板、电容管理从板和电流信号采集器。
[0011]电容管理主板通过CAN总线与电容管理从板连接，电容管理从板的电流检测端与电流信号采集器的信号输出端连接，电流信号采集器接在超级电容单元的负极端，电容管理从板的总电压/绝缘检测端与超级电容单元的正极端连接，电容管理从板的电容信息采集端与超级电容单元的信号输出端连接，电容管理从板的变换器控制输出端与双向DC-DC变换器的控制输入端连接。
[0012]所述的电流信号采集器为电流传感器或分流器。
[0013]所述的超级电容控制单元还包括充电机，充电机并联在超级电容单元的正负极两端。
[0014]所述的超级电容单元包括一个或多个依次串联的超级电容模组和一个或多个分别与各个超级电容模组一一对应连接的信号端子。
[0015]信号端子的电压信号输入端与超级电容模组的电压信号输出端连接，信号端子的过压信号输入端与超级电容模组的过压信号输出端连接，信号端子的温度信号输入端与超级电容模组的温度信号输出端连接，信号端子的输出端与超级电容单元的信号输出端连接。
[0016]所述的电机驱动系统还包括第一滤波电路，第一滤波电路并联在可控整流器的整流输出端的正负极之间。
[0017]所述的第一滤波电路包括滤波电容Cl，滤波电容Cl并联在可控整流器的整流输出端的正负极之间。
[0018]所述的超级电容能量管理系统包括DC-DC输出电路，DC-DC输出电路包括输出电容C2、预充电电阻、预充电继电器和总正继电器。
[0019]输出电容C2的一端分别与双向DC-DC变换器的低压侧正极、预充电电阻的一端和总正继电器的一端连接。
[0020]输出电容C2的另一端与超级电容单元的负极连接；预充电电阻的另一端与预充电继电器的一端连接，预充电继电器的另一端分别与总正继电器的另一端和超级电容单元的正极连接。
[0021]它还包括油管自动计量系统，油管自动计量系统包括轴编码器和PLC计数器，轴编码器安装在绞车的滚筒轴上，其信号输出端与PLC计数器的信号输入端连接，PLC计数器的信号输出端与PLC控制器的油管计量信号输入端连接。
[0022]它还包括第二滤波电路，三相电源通过第二滤波电路与可控整流器的整流输入端连接。
[0023]所述的第二滤波电路包括滤波电感L1、滤波电感L2和滤波电感L3，三相电源的三个输出端分别通过滤波电感L1、滤波电感L2和滤波电感L3与可控整流器的三个整流输入端连接。
[0024]本实用新型的有益效果是:
[0025]I)本实用新型保持原有车载柴油机动力传动功能，采用超级电容储能技术，加装变频电机动力驱动修井机绞车，在修井机油管下放作业时，超级电容能量管理系统吸收电网电能，提升油管作业时，超级电容能量管理系统与电网共同为变频电动机供电，弥补电网变压器功率不足的缺陷。
[0026]2)本实用新型通过变频器驱动变频电动机，从而驱动绞车，变频电动机可实现正反转无级调速，具有启动力矩大、结构简单、节能环保、操控性好及维护费用低等特点。
[0027]3)在本实用新型中，将绝对值编码器安装在绞车的滚筒轴上，通过PLC高数计数模块来测量油管长度，从而实现油管的自动计量。
【附图说明】
[0028]图1为本实用新型一种修井机动力管理系统的系统结构图；
[0029]图2为本实用新型中超级电容能量管理系统的系统结构图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
[0031]如图1所示，一种修井机动力管理系统，它包括柴油机驱动系统，所述的柴油机驱动系统以柴油机为动力驱动绞车进行修井作业，它还包括监控系统、超级电容能量管理系统和电机驱动系统。
[0032]所述的监控系统包括监控显示单元和PLC控制器，超级电容能量管理系统包括双向DC-DC变换器、超级电容控制单元和超级电容单元，电机驱动系统包括可控整流器、变频器和变频电动机，电机驱动系统以变频电动机为动力驱动绞车进行修井作业。
[0033]监控显示单元的显示输入端与PLC控制器的显示输出端连接，PLC控制器分别通过现场总线与超级电容控制单元和可控整流器的控制输入端连接，超级电容控制单元的信号采集输入端与超级电容单元的信号输出端连接，超级电容控制单元的变换器控制输出端与双向DC-DC变换器的控制输入端连接，可控整流器的整流输入端与三相电源连接，变频器的输出端与变频电动机的电源输入端连接。
[0034]双向DC-DC变换器的高压侧正极分别与可控整流器的整流输出端正极和变频器的输入端正极连接，双向DC-DC变换器的高压侧负极分别与可控整流器的整流输出端负极和变频器的输入端负极连接，双向DC-DC变换器的低压侧正极与超级电容单元的正极连接，双向DC-DC变换器的低压侧负极与超级电容单元的负极连接。
[0035]可控整流器的整流输出端正极通过直流母线与变频器的输入端正极连接。
[0036]其中，高压侧电压为400V?600V，低压侧电压为230 V?460V。
[0037]本实用新型还可采用一个220VAC电源，为本实用新型中的器件提供辅助电源。
[0038]本实用新型利用超级电容能量管理系统，可控快速充放电转换，精确的充放电容量设定，具有过充和过放电保护、电容欠压报警。超级电容单元是核心元件，具有功率密度大、具有瞬时大电流充放电、循环使用寿命长等特点，是功率补偿装置的合适选择。
[0039]超级电容管理系统安装于储能电容机柜内，负责对超级电容单元进行电压、温度、电流、容量等信息的采集，实时状态监测和故障分析，同时通过通讯总线CAN 2.0B与监控系统联机，实现对电容进行优化的充放电管理控制。
[0040]如图2所示，所述的超级电容控制单元包括电容管理主板、电容管理从板和电流
?目号米集器。
[0041]电容管理主板通过CAN总线与电容管理从板连接，电容管理从板的电流检测端与电流信号采集器的信号输出端连接，电流信号采集器接在超级电容单元的负极端，电容管理从板的总电压/绝缘检测端与超级电容单元的正极端连接，电容管理从板的电容信息采集端与超级电容单元的信号输出端连接，电容管理从板的变换器控制输出端与双向DC-DC变换器的控制输入端连接。
[0042]所述的电流信号采集器为电流传感器或分流器。
[0043]所述的电容管理主板可采用EV02B，电容管理从板可采用EV04C。
[0044]所述的超级电容控制单元还包括充电机，充电机并联在超级电容单元的正负极两端。当双向DC-DC变换器不支持对超级电容单元从OV起充时，需要另外配置小功率的充电机。
[0045]充电机可采用规格为450V/3A的充电机，若充电机的默认输出为2A，按照默认充电电流2A给超级电容充电，从OV起充到450V，根据下面的计算公式可计算得到所需的充电时间，该计算公式为:
[0046]I*T=C* Δ U
[0047]式中，I为充电机的充电输出电流，T为充电时间，C为超级电容单元的容值，AU为充电压差。假设，电流I为2A，容值C为12.7F，AU为450V，时间T=12.7*450/2=2857S，即充电时间为47.6分钟。
[0048]超级电容控制单元还可配置一个5.6寸的触摸显示屏，触摸显示屏与电容管理主板连接。
[0049]所述的超级电容单元包括一个或多个依次串联的超级电容模组和一个或多个分别与各个超级电容模组一一对应连接的信号端子。如可采用十个串联的超级电容模组组成超级电容单元。
[0050]信号端子的电压信号输入端与超级电容模组的电压信号输出端连接，信号端子的过压信号输入端与超级电容模组的过压信号输出端连接，信号端子的温度信号输入端与超级电容模组的温度信号输出端连接，信号端子的输出端与超级电容单元的信号输出端连接。
[0051]所述的电机驱动系统还包括第一滤波电路，第一滤波电路并联在可控整流器的整流输出端的正负极之间。
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