油田叢式井組抽油機(jī)變頻器共直流母線供Technicalspecificatsupplysystemforinvertersof2025-08-22發(fā)布2025-08-23實(shí)施中國電源學(xué)會(huì)發(fā)布I Ⅱ 1 13術(shù)語和定義 1 2 2 26.1系統(tǒng)架構(gòu) 26.2整流單元 36.3預(yù)充電單元 46.4制動(dòng)單元 4 46.6運(yùn)行位置檢測(cè)單元 46.7遠(yuǎn)程終端單元 47系統(tǒng)總體要求 47.1一般要求 47.2設(shè)計(jì)原則 57.3系統(tǒng)保護(hù)要求 57.4系統(tǒng)功能要求 58輔助功能要求 68.1網(wǎng)絡(luò)要求 68.2服務(wù)器要求 6 7 79.1正常使用條件 7 7本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國電源學(xué)會(huì)提出并歸口。本文件起草單位：中國石油大學(xué)(華東)、杭州鉑科電子有限公司、中國石化集團(tuán)勝利石油管理局有限公司新能源開發(fā)中心、中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司、中油遼河工程有限公司、易事特集團(tuán)股份有限公司、上海交通大學(xué)、山東新銳能新能源科技有限公司。本文件主要起草人：張龍龍、沈國橋、馬文忠、王延濤、李鳳名、蘇敏文、李睿、于瑋、吳磊、李洪彬、邵劉杰、姜和青。本文件為首次發(fā)布。1本文件規(guī)定了油田叢式井組抽油機(jī)變頻器共直流母線供電系統(tǒng)的分類、系統(tǒng)架構(gòu)與組成、總體要求、輔助功能要求以及使用條件。本文件適用于多臺(tái)160kW及以下抽油機(jī)變頻器共直流母線供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本GB/T755—2019旋轉(zhuǎn)電機(jī)：定額和性能GB/T12668.1調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第1部分：一般要求低壓直流調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)額定值的規(guī)定GB/T12668.2調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第2部分：一般要求低壓交流變頻電氣傳動(dòng)系統(tǒng)額定值的規(guī)定GB/T12668.6調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第6部分：確定負(fù)載工作制類型和相應(yīng)電流額定值的導(dǎo)則GB/T12668.8調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第8部分：功率接口的電壓規(guī)范GB/T12668.701調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第701部分：電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的通用接口和使用規(guī)范：接口定義GB/T12668.7201調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第7-201部分：電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的通用接口和使用規(guī)范1型規(guī)范說明GB/T12668.7301調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第7-301部分：電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的通用接口和使用規(guī)范1型規(guī)范對(duì)應(yīng)至網(wǎng)絡(luò)技術(shù)GB15599石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范GB/T22670變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法GB/T23507.2石油鉆機(jī)用電氣設(shè)備規(guī)范第2部分：控制系統(tǒng)GB/T23507.4石油鉆機(jī)用電氣設(shè)備規(guī)范第4部分：輔助用電設(shè)備及井場(chǎng)電路GB/T30844.11kV及以下通用變頻調(diào)速設(shè)備第1部分：技術(shù)條件GB/T30844.21kV及以下通用變頻調(diào)速設(shè)備第2部分：試驗(yàn)方法GB/T31453油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范SY/T5226石油天然氣鉆采設(shè)備抽油機(jī)節(jié)能拖動(dòng)裝置SY/T10041石油設(shè)施電氣設(shè)備安裝一級(jí)一類和二類區(qū)域劃分的推薦作法T/SSXT004數(shù)字油田智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)規(guī)范3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。用于實(shí)現(xiàn)單相或三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電的裝置。采用二極管實(shí)現(xiàn)單相或三相交流電轉(zhuǎn)換為直流輸出的裝置。2一種利用電磁力使得開關(guān)閉合或斷開從而接通或切斷交流主電路的自動(dòng)切換電器，適用于頻繁操一種利用電磁力使得開關(guān)閉合或斷開從而接通或切斷直流主電路的自動(dòng)切換電器，適用于頻繁操在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和遠(yuǎn)程終端單元統(tǒng)一控制下，油田叢式井組多臺(tái)抽油機(jī)變頻器按照一定時(shí)序協(xié)調(diào)4符號(hào)和縮略語QF:斷路器AC:交流(AlternatingCurrent)RTU:遠(yuǎn)程終端單元(RemoteTerminalUnit)3變頻器1下變頻器2通信網(wǎng)絡(luò)D變頻器n4G或5G通訊運(yùn)行位置檢測(cè)單元1輸出運(yùn)行位置檢測(cè)單元2輸出無線通信電網(wǎng))4G或5G通訊運(yùn)行位置檢測(cè)單元n輸出單元遠(yuǎn)程監(jiān)控中心整流單元直流母線總控RTUAC輸出通信網(wǎng)絡(luò)控制總線直流母線功率線a)不控整流式(見圖2),通過采用二極管不控整流器來實(shí)現(xiàn)交流電到直流電的轉(zhuǎn)換；b)饋能式(見圖3),在不控整流式的基礎(chǔ)上，增加能量回饋型逆變器將直流母線多余的能量回c)四象限運(yùn)行式(見圖4),通過全控型四象限變流器實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的交流電與供電系統(tǒng)的直流電的不控器預(yù)充電預(yù)充電器4圖4四象限運(yùn)行式整流單元典型結(jié)構(gòu)示意圖6.3預(yù)充電單元當(dāng)供電系統(tǒng)直流母線電壓從零開始建立時(shí)，通過預(yù)充電單元限制不控整流器或四象限變流器對(duì)直流母線充電時(shí)的峰值電流，保護(hù)不控整流器或四象限變流器功率器件不因過流而損傷；當(dāng)直流母線電壓達(dá)到額定工作電壓時(shí)，預(yù)充電單元退出限流工作狀態(tài)，不控整流器或四象限變流器直接對(duì)直流母線進(jìn)行供電。預(yù)充電單元宜采用繼電器并聯(lián)功率電阻的形式來實(shí)現(xiàn)。6.4制動(dòng)單元當(dāng)抽油機(jī)中的電動(dòng)機(jī)處于回饋發(fā)電狀態(tài)，且直流母線電壓超過設(shè)定上限時(shí)，需啟動(dòng)制動(dòng)單元以快速泄放能量，使直流母線電壓快速恢復(fù)至額定范圍。6.5變頻器變頻器是抽油機(jī)中電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)供電設(shè)備，通過改變變頻器輸出交流電的頻率，精確控制抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行速度，以調(diào)節(jié)采油頻率。6.6運(yùn)行位置檢測(cè)單元運(yùn)行位置檢測(cè)單元是供電系統(tǒng)中的核心檢測(cè)單元，用于檢測(cè)其所在的抽油機(jī)處于何種運(yùn)行狀態(tài)。抽油桿上行沖程抽油狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于驅(qū)動(dòng)模式，變頻器從直流母線吸收能量；抽油桿下行沖程時(shí)，電動(dòng)起處于回饋發(fā)電狀態(tài)，變頻器向直流母線回饋能量。6.7遠(yuǎn)程終端單元遠(yuǎn)程終端單元(RTU)是供電系統(tǒng)中的核心控制單元，分為總控RTU和變頻器端RTU兩級(jí)。變頻器端RTU?~RTUn分別安裝在各個(gè)變頻器中，用于檢測(cè)、存儲(chǔ)變頻器和抽油機(jī)運(yùn)行參數(shù)，并上傳至總控RTU,同時(shí)接收總控RTU控制指令對(duì)多個(gè)抽油機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)節(jié)能?？偪豏TU將變頻器端RTU?~RTUn采集的數(shù)據(jù)通過4G或5G通信網(wǎng)絡(luò)上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，并將遠(yuǎn)程監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制指令分發(fā)下傳至變頻器端RTU?~RTUn,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心對(duì)油田叢式井組抽油機(jī)變頻器的協(xié)調(diào)控制。7系統(tǒng)總體要求7.1一般要求油田叢式井組抽油機(jī)變頻器共直流母線供電系統(tǒng)中各組成單元應(yīng)滿足以下要求：a)抽油機(jī)中的電動(dòng)機(jī)宜選取額定頻率50Hz、額定電壓380V或額定頻率60Hz、額定電壓460V,對(duì)應(yīng)的直流母線額定工作電壓分別為540V和655V,直流母線允許電壓波動(dòng)范圍為額定工作電壓的±10%,其他電壓等級(jí)的抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)可與用戶協(xié)商確定；b)變頻器容量應(yīng)不小于抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的額定功率或與用戶協(xié)商確定，運(yùn)行時(shí)變頻器的頻率和電壓與額定值偏差應(yīng)符合GB/T755—2019中7.1和7.3的規(guī)定；c)變頻器應(yīng)具備對(duì)外通用接口，參照GB/T12668.701、GB/T12668.7201、GB/T12668.7301實(shí)d)系統(tǒng)各組成單元所用控制箱的防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于IP23,箱門或接線盒應(yīng)有可靠的防塵、防雨功能，應(yīng)能在不小于90°的范圍內(nèi)靈活啟閉?？刂葡渲械碾娐泛碗姎獠贾茫瑧?yīng)力求整齊美觀、操作方便、工藝合理，保證維護(hù)檢修安全；5e)RTU應(yīng)具有模擬量輸入采集能力、數(shù)字量輸入能力、數(shù)字量輸出能力、繼電器輸出能力，具備RS485、RS232通信接口，具備符合ModbusTCP或IEC60870-5-104協(xié)議的以太網(wǎng)接口，具備Zigbee通信接口；f)總控RTU一般應(yīng)具有4G或5G通訊功能，變頻器端RTU?~RTUn可選用4G或5G通訊功能；g)系統(tǒng)所用導(dǎo)線、電纜、接插件、接線端子、低壓開關(guān)柜等低壓供電系統(tǒng)配件選型參照GB/T23507.4實(shí)施。7.2設(shè)計(jì)原則油田叢式井組抽油機(jī)變頻器共直流母線供電系統(tǒng)中各組成單元設(shè)計(jì)原則如下：a)核心原則是通過減小直流母線電壓脈動(dòng)來達(dá)到節(jié)能目的，直流母線控制措施優(yōu)先級(jí)從高到低排序依次為井群控制、能量回饋(饋能式整流單元或四象限運(yùn)行式整流單元)、制動(dòng)泄放，且制動(dòng)泄放僅在直流母線電壓升高到過壓保護(hù)閾值時(shí)啟動(dòng)。b)接入直流母線的抽油機(jī)類型應(yīng)一致，抽油機(jī)中的電動(dòng)機(jī)類型、電性能參數(shù)應(yīng)一致或相近，變頻器類型和電性能參數(shù)應(yīng)一致或相近，直流母線電壓工作范圍應(yīng)涵蓋接入的抽油機(jī)變頻器額定工作電壓范圍；c)接入同一直流母線的變頻器，其直流母線輸入端均可通過變頻器或所在變頻器端RTU?~RTUn控制接入直流母線或切除；d)對(duì)于饋能式和四象限運(yùn)行式，對(duì)電網(wǎng)饋能輸出電壓上限值應(yīng)低于制動(dòng)單元開啟時(shí)的下限值電壓，防止饋能輸出與制動(dòng)單元同時(shí)開啟，交流輸入電能檢測(cè)儀表應(yīng)采用雙向計(jì)量電度表；e)變頻器端RTU?~RTUn與所在變頻器和抽油機(jī)之間通過有線通信或Zigbee協(xié)議無線互聯(lián)，總控RTU與變頻器端RTU?~RTUn之間通過RS485、RS232或以太網(wǎng)接口互聯(lián)，總控RTU與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過4G/5G通訊無線互聯(lián)；f)總控RTU或變頻器端RTU與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通訊應(yīng)符合用戶標(biāo)準(zhǔn)化通訊協(xié)議要求，具體按抽油機(jī)作業(yè)區(qū)塊所屬單位的要求來實(shí)施；g)各組成單元應(yīng)具備可靠的保護(hù)接地裝置。7.3系統(tǒng)保護(hù)要求油田叢式井組抽油機(jī)變頻器共直流母線供電系統(tǒng)中各組成單元除滿足GB/T30844.1、GB/T23507.2、GB/T23507.4規(guī)定的保護(hù)功能外，應(yīng)具有以下保護(hù)功能：a)直流輸入短路保護(hù)；b)直流母線過壓保護(hù)；c)直流母線欠壓保護(hù)；d)變頻器交流輸出過載保護(hù)；e)變頻器交流輸出缺相保護(hù)；f)輸入浪涌過電壓保護(hù)；g)停電恢復(fù)后應(yīng)根據(jù)設(shè)定時(shí)間延時(shí)再啟動(dòng)；h)RTU具備掉電數(shù)據(jù)保存能力(保存時(shí)間由用戶確定),并能夠在再次通電后恢復(fù)至斷電前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。7.4系統(tǒng)功能要求7.4.1系統(tǒng)參數(shù)測(cè)試變頻器端RTU?~RTU應(yīng)具備對(duì)抽油機(jī)及變頻器的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能，包括但不限于以a)直流母線電壓(單位：V);b)直流母線輸入電流(單位：A);c)變頻器輸出功率(單位：kW);d)變頻器運(yùn)行頻率(單位：Hz);e)抽油機(jī)運(yùn)行位置檢測(cè)單元參數(shù)(單位：cm);f)抽油機(jī)負(fù)荷數(shù)據(jù)(單位：N);6g)抽油機(jī)位移數(shù)據(jù)(單位：cm)。上述參數(shù)通過RS485、RS232、Zigbee通信或以太網(wǎng)接口上傳至總控RTU,由總控RTU通過4G或5G通訊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心；變頻器端RTU?~RTUn可通過4G或5G通訊將部分關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)直接上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。7.4.2抽油機(jī)工作狀態(tài)分析遠(yuǎn)程監(jiān)控中心依據(jù)總控RTU上傳的抽油機(jī)負(fù)荷數(shù)據(jù)、位移數(shù)據(jù)形成示功圖(見圖5),為抽油機(jī)監(jiān)控維護(hù)人員分析抽油機(jī)工作情況提供分析依據(jù)，并以此設(shè)定抽油機(jī)采油頻率。圖5抽油機(jī)典型示功圖7.4.3抽油機(jī)遠(yuǎn)程控制經(jīng)身份驗(yàn)證的抽油機(jī)監(jiān)控維護(hù)人員依托示功圖數(shù)據(jù)分析，通過總控RTU、變頻器端RTU?~RTUn控制所在抽油機(jī)變頻器運(yùn)行頻率，進(jìn)而調(diào)整抽油機(jī)單位時(shí)間內(nèi)沖次，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)遠(yuǎn)程調(diào)控。7.4.4抽油機(jī)井群控制抽油機(jī)監(jiān)控維護(hù)人員根據(jù)接入同一直流母線的抽油機(jī)示功圖，設(shè)定抽油機(jī)單位時(shí)間內(nèi)沖次、各抽油機(jī)之間互差角度，并通過4G或5G通訊向總控RTU發(fā)送控制指令，由總控RTU按照以下原則進(jìn)行控制：a)接入同一直流母線的抽油機(jī)數(shù)量N為偶數(shù)時(shí)，抽油機(jī)運(yùn)行模式可以采用兩兩分組錯(cuò)峰、各組之間互差4π/N角度運(yùn)行，也可以采用互差2π/N角度錯(cuò)峰運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行方式按照直流母線電壓脈動(dòng)最小化原則來實(shí)施。b)接入同一直流母線的抽油機(jī)數(shù)量N為奇數(shù)時(shí)，抽油機(jī)運(yùn)行模式采用互差2π/N角度錯(cuò)峰運(yùn)行。8輔助功能要求8.1網(wǎng)絡(luò)要求遠(yuǎn)程監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)要求包括以下幾點(diǎn)：a)內(nèi)部應(yīng)組建局域網(wǎng)絡(luò)，并由專人專職負(fù)責(zé)管理；b)保證互聯(lián)網(wǎng)與局域網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)與局域網(wǎng)之間用防火墻隔離以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，禁止外界用戶直接訪問局域網(wǎng)，以保障內(nèi)部局域網(wǎng)的安全；c)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的移動(dòng)部署網(wǎng)絡(luò)位置應(yīng)選擇交通較為方便的城市干道交匯區(qū)域，機(jī)房附近應(yīng)有電信企業(yè)官網(wǎng)或者光纜資源，以便于維護(hù)和訪問；d)數(shù)據(jù)服務(wù)部署應(yīng)采用云服務(wù)、視頻服務(wù)部署應(yīng)采用本地服務(wù)。8.2服務(wù)器要求遠(yuǎn)程監(jiān)控中心服務(wù)器基本要求包括以下幾方面：a)宜對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器安裝服務(wù)器安全加固產(chǎn)品以確保服務(wù)器系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，提供如強(qiáng)身份鑒別、安全防護(hù)、強(qiáng)制訪問控制、安全審計(jì)、惡意