基于TWACS技术的油井在线综合节能方法的研究

【摘要】：电动机是油田生产的主要动力,在油田配电网中网损大、油井电机能效低,节能空间大,节能方式的选择与油井工况等多种因素有关。目前有多种节能设备在油田运行,但大多数没有在线监测手段,致使设备的节能方式的选择和其运行状态的效果难以评估。 基于此,本文设计了具备在线监控功能的综合节能装置,基于双向电力线工频通信技术(TWACS)传输监控数据；在节能控制方面,针对油井功率因数低、工况变化复杂的特点,该装置具备本地无功补偿功能,能够根据油井电机功率因数的变化,通过MCU控制电容器组切换,实现动态无功补偿,达到节能增效的目的。在能耗监测方面,针对油井电机属于周期性变工况负载的特点,通过MCu在每个工频周期都计算功率因数角,再交由软件处理去实现电能消耗的准确计量,为油田进行单井考核管理创造了有利条件,同时还能够实时监测现有节能设备的真实效果。 在监控数据传输方面,通过TWACS的主动上行工频通信方式实现故障状态的实时报警,在一定程度上克服了传统工频通信速率低的缺陷；同时,针对同一供电线路多口油井同时报警的现象,监控终端根据下行同步时钟信息确定报警发送时刻,采用M序列进行前导信息和数据信息的调制；位于变电所的主站设备在接收时,利用M序列尖锐的自相关特性,能够通过信号合成和时频分析确定各路主动报警信号的时域,再基于匹配滤波方式实现各路报警信号的同时检测,从而实现多路主动上行信号的同时接收。 根据本文方式研制的节能监控设备在多口油井进行了试验运行,虽然油井电机负载差异较大,但通过该装置都能够实现节能监控,达到对油田省电增效的目标；通过高精度仪器检测,电能计量准确率大大优于三相常规电能表,为现有节能设备的能效评估提供了依据；在监控信息传输方面,解决了多口油井主动报警信号冲突问题,保证了油井报警信息可靠传输。 【关键词】：无功补偿 双向电力线工频通信 间歇采油 电能计量
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE43;TM76
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题背景和意义11-12
• 1.2 国内外的研究概况12-17
• 1.2.1 油井电能消耗计量的研究12-13
• 1.2.2 油田终端能耗的研究及现状13-14
• 1.2.3 油田配电网网损和终端损失的研究概况14-16
• 1.2.4 几种常用通信方式在油田电网上的应用16
• 1.2.5 基于双向工频通信在油田电网上的研究和应用16-17
• 1.3 本文主要工作内容17-19
• 第2章 油田配电网能耗现状与节能方案分析19-27
• 2.1 油田配电网结构与现状分析19-20
• 2.2 油田电网节能优化的研究20-22
• 2.3 抽油机负荷特点与特性分析22-24
• 2.4 抽油机的节能机理研究24-25
• 2.5 油田配电变压器与油井节能方式的研究25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第3章 基于TWACS技术的油井节能监控终端的研究与实现27-39
• 3.1 节能监控装置的基本功能27-28
• 3.2 油井节能装置的方案设计28-31
• 3.2.1 油田节能监控的整体结构28
• 3.2.2 工频通信与系统管理模块28-29
• 3.2.3 投切电路驱动模块29-30
• 3.2.4 电容器组模块30-31
• 3.3 工频通信功能的实现31
• 3.4 常规电能表在油井现场的测试情况与误差分析31-35
• 3.4.1 常用电能表的试验情况特点31-32
• 3.4.2 适应油井电机负荷特性的电能计算与软件实现32-34
• 3.4.3 校准与检验34-35
• 3.5 节能监控装置动态无功补偿的实现35-37
• 3.5.1 电容器组的配置35-36
• 3.5.2 电容器组动态投切的软件流程36-37
• 3.6 本章小结37-39
• 第4章 节能监控终端的系统管理与工频通信数据传输性能改进的研究39-62
• 4.1 综合节能装置的优化运行与系统管理39-43
• 4.1.1 间歇采油的远程监控实现39-41
• 4.1.2 油井低压侧动态补偿效果的实时监控41
• 4.1.3 油井电能监测与线损实时统计的实现41-43
• 4.1.4 油井终端故障报警的实现43
• 4.2 基于TWACS技术的监控信息传输性能分析43-44
• 4.3 工频通信的结构与运行方式44-48
• 4.3.1 工频通信的基本结构44-45
• 4.3.2 工频通信的信号调制45-46
• 4.3.3 工频通信的信号检测46
• 4.3.4 工频通信的运行方式与报警实时性的问题46-48
• 4.4 、油井故障报警信号实时传输的研究48-51
• 4.4.1 基于主动上行通信方式的报警信号传输48
• 4.4.2 主动报警报警信号随机发送的冲突问题48-51
• 4.4.3 多路主动报警信号的并行检测方案51
• 4.5 主动报警信号的发送时刻选择与信号调制51-54
• 4.5.1 故障报警信号发送时刻的选择51-52
• 4.5.2 基于伪随机编码的信号调制52-54
• 4.6 、基于并行处理方式的主动报警信号检测54-61
• 4.6.1 主动报警信号的同步检测54-57
• 4.6.2 基于互相关技术的主动报警信号并行解调57-59
• 4.6.3 多路故障报警信号冲突的解决59-61
• 4.7 本章小结61-62
• 第5章 现场试验62-67
• 5.1 油田现场设备运行62-64
• 5.2 节能监控设备的运行状况64-66
• 5.2.1 油井电机能效状况在线监测64-65
• 5.2.2 节能监控装置的动态无功补偿效果65-66
• 5.2.3 油井故障报警的性能66
• 5.3 本章小结66-67
• 第6章 结论与展望67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果73-74
• 致谢74-75
• 附录75

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