T-CPSS 1010-2025 油田丛式井组抽油机变频器共直流母线供电系统设计规范

ICS29.260.01CCSK80/89团体标准T/CPSS10102025电系统设计规范TechnicalspecificationsfordesignofDc电系统设计规范TechnicalspecificationsfordesignofDcbuspowersupplysystemforinvertersofoilfieldclusterwellpumpingunits式井组抽油机变频器共直流1电系统设计规范2025-08-22发布2025-08-23实施中国电源学会发布T/CPSS10102025前言II1范围13术语和定义14符号和缩略语25678分类系统架构整流单元预充电单元制动单元变频器系统总体要求分类系统架构整流单元预充电单元制动单元变频器系统总体要求6.6运行位置检测单元检测单元6.6运行位置检测单元远程终端单元单元远程终端单元一般要求7.2设计原则7.3系统保护要求要求7.3系统保护要求7.4系统功能要求要求7.4系统功能要求辅助功能要求网络要求网络要求服务器要求求服务器要求数据服务2223444444455566679使用条件 79.1正常使用条件 79.2特殊使用条件 7T/CPSS10102025前言本文件按照GB/T1.12020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电源学会提出并归口。本文件起草单位:中国石油大学(华东)、杭州铂科电子有限公司、中国石化集团胜利石油管理局有限公司新能源开发中心、中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司、中油辽河工程有限公司、易事特集团股份有限公司、上海交通大学、山东新锐能新能源科技有限公司。本文件主要起草人:本文件主要起草人:张龙龙、沈国桥、马文忠、王延涛、李凤名、苏敏文、李睿、于玮、吴磊、李洪彬、邵刘杰、姜和青。本文件为首次发布。T/CPSS10102025油田丛式井组抽油机变频器共直流母线供电系统设计规范本文件规定了油田丛式井组抽油机变频器共直流母线供电系统的分类、系统架构与组成、总体要求、辅助功能要求以及使用条件。本文件适用于多台160kw及以下抽油机变频器共直流母线供电系统的设计。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T7552019旋转电机:定额和性能GB/TGB/T12668.1调速电气传动系统第1部分:一般要求低压直流调速电气传动系统额定值的规定GBGB/T12668.2调速电气传动系统第2部分:一般要求低压交流变频电气传动系统额定值的规定GB/TGB/T12668.6调速电气传动系统第6部分:确定负载工作制类型和相应电流额定值的导则GB,/T12668.8调速电气传动系统第8部分:功率接口的电压规范GBGB/T12668.701调速电气传动系统第701部分:电气传动系统的通用接口和使用规范:接口定义GBGB/T12668.7201调速电气传动系统第7-201部分:电气传动系统的通用接口和使用规范1型规范说明GBGB/T12668.7301调速电气传动系统第7-301部分:电气传动系统的通用接口和使用规范1型规GBGB15599石油与石油设施雷电安全规范GB/T22670变频器供电三相笼型感应电动机试验方法石油钻机用电气设备规范第2部分:石油钻机用电气设备规范第2部分:控制系统GB/TGB/TGB/TGB/T23507.223507.4石油钻机用电气设备规范石油钻机用电气设备规范第4部分:辅助用电设备及井场电路1kv及以下通用变频调速设备第1部分:技术条件1kv及以下通用变频调速设备1kv及以下通用变频调速设备第2部分:试验方法GB/T31453油田生产系统节能监测规范SY/T5226石油天然气钻采设备抽油机节能拖动装置SY/T10041石油设施电气设备安装一级一类和二类区域划分的推荐作法T/SSXT004数字油田智能生产管理系统规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1整流单元rectifyingunit用于实现单相或三相交流电转换为直流电的装置3.2不控整流器dioderectifier采用二极管实现单相或三相交流电转换为直流输出的装置T/CPSS101020253.3四象限变流器fourquadrantconverter采用全控型功率器件实现三相交流电与直流电双向功率变换的装置。3.4能量回馈型逆变器energyfeedbackinverter用于将直流母线能量馈送至三相交流电网的逆变装置3.5交流接触器Accontactor一种利用电磁力使得开关闭合或断开从而接通或切断交流主电路的自动切换电器,适用于频繁操作、远距离控制强电电路,并具有低压释放的保护性能。3.6直流接触器Dccontactor一种利用电磁力使得开关闭合或断开从而接通或切断直流主电路的自动切换电器,适用于频繁操3.7制动单元制动单元brakeunit在电动机回馈发电过程中,通过功率泄放使直流母线电压恢复至正常范围的单元电路。3.8预充电单元pre-chargingunit在直流母线从零到额定工作电压建立过程中,限制直流母线充电电流、保护整流单元及直流母线元件的单元电路。3.9由载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图,由载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图,用于定性分析抽油机工作情况。3.10群控生产groupcontrolproduction在远程监控中心和远程终端单元统一控制下,在远程监控中心和远程终端单元统一控制下,油田丛式井组多台抽油机变频器按照一定时序协调采油作业生产。4下列符号和缩略语适用于本文件。下列符号和缩略语适用于本文件。KMQF:断路器RTU:远程终端单元(RemoteTerminalunit)5分类按照整流单元结构实现方式,油田丛式井组抽油机变频器共直流母线供电系统可分为:6系统架构与组成油田丛式井组抽油机变频器共直流母线供电系统主要包括整流单元、预充电单元、制动单元、变频器、运行位置检测单元、远程终端单元(RTU)、以及断路器(QF)、接触器(KM)等开关电器组成,2T/CPSS101020251油田丛式井组抽油机变频器共直流母线供电系统典型结构示j1油田丛式井组抽油机变频器共直流母线供电系统典型结构示j整流单元整流单元将来自电网的交流电卡自电网的交流电转换为直流电输出,并建立供电系统的直流电压整流单元将来自电网的交流电卡自电网的交流电转换为直流电输出,并建立供电系统的直流电压以下三种类型:2233馈至交流电网,减少制动单元带来的能量损耗;44量转换量转换既可以将电网输入的交流电转换为直流电输出至直流母线飞量直接回馈到电网。多余的能量直接回馈到电网。多余的能量直接回馈到电网。预充电单示预充电单示直流母线直流母线不控整流直流母线直流母线不控整流器电网能量回馈型逆变器能量回馈型逆变器直流母线器直流母线电网34 2025T/CP 2025直流母线流器电网6.3预充电单元当流母线充电时的峰值电流,保护不控整流器或四象限变流器功率器件不因过流而损伤;当直流母线电压达到额定工作电压时,预充电单元退出限流工作状态,不控整流器或四象限变流器直接对直流母线进行供电。预充电单元宜采用继电器并联功率电阻的形式来实现。6.4制动单元当抽油机中的电动机处于回馈发电状态,且直流母线电压超过设定上限时,需启动制当抽油机中的电动机处于回馈发电状态,且直流母线电压超过设定上限时,需启动制动单元以快速泄放能量,使直流母线电压快速恢复至额定范围。6.5变频器变频器是抽油机中电动机的驱动供电设备,通过改变变频器输出交流电的频率,精确控制抽油机电动机的启动和运行速度,以调节采油频率。6.6运行位置检测单元运行位置检测单元是供电系统中的核心检测单元,用于检测其所在的抽油机处于何种运行状态。抽油杆上行冲程抽油状态时,电动机处于驱动模式,变频器从直流母线吸收能量;抽油杆下行冲程时,电动起处于回馈发电状态,变频器向直流母线回馈能量。6.7远程终端单元(RTU)是供电系统中的核心控制单元,分为总控RTU和变频器端RTU两级。变频器端RTU1~RTU,分别安装在各个变频器中,用于检测、存储变频器和抽油机运行参数,并上传至总控RTU,同时接收总控RTU控制指令对多个抽油机进行协调控制,实现供电系统节能。总控总控RTU将变频器端RTU1~RTU,采集的数据通过4G或5G通信网络上传至远程监控中心,并将远程监控中心远程控制指令分发下传至变频器端RTU~RTU,,实现远程监控中心对油田丛式井组抽油机7系统总体要求7.1一般要求油田丛式井组抽油机变频器共直流母线供电系统中各组成单元应满足以下要求:a)50HZ、额定电压380v60Hz460540V和655V土10%压与额定值偏差应符合GB/T755中7.1和7.3的规定;c)、GB/T、GB/T实施d)IP2390操作方便、工艺合理,保证维护检修安全;5T/CPSS10102025e)RTU应具有模拟量输入采集能力、数字量输入能力、数字量输出能力、继电器输出能力,具备RS485、RS232通信接口,具备符合ModbusTCP或IEC60870-5-104协议的以太网接口,具备zigbee通信接口;f)总控RTU一般应具有4G或5G通讯功能,变频器端RTU,~RTun可选用4G或5G通讯功能;g)系统所用导线、电缆、接插件、接线端子、低压开关柜等低压供电系统配件选型参照GB/T23507.4实施。7.2设计原则油田丛式井组抽油机变频器共直流母线供电系统中各组成单元设计原则如下:a)核心原则是通过减小直流母线电压脉动来达到节能目的,直流母线控制措施优先级从高到低排序依次为井群控制、能量回馈(馈能式整流单元或四象限运行式整流单元)、制动泄放,且制动泄放仅在直流母线电压升高到过压保护阈值时启动。器类型和电性能参数应一致或相近,器类型和电性能参数应一致或相近,直流母线电压工作范围应涵盖接入的抽油机变频器额定工作电压范围;c)RTU~RTun控制接入直流母线或切除:d)对于馈能式和四象限运行式,对电网馈能输出电压上限值应低于制动单元开启时的下限值电压,防止馈能输出与制动单元同时开启,交流输入电能检测仪表应采用双向计量电度表;e)变频器端RTU~RTun与所在变频器和抽油机之间通过有线通信或zigbee协议无线互联,总控RTU与变频器端RTuiRTun之间通过RS485、RS232或以太网接口互联,总控RTU与远程监控中心通过4G/5G通讯无线互联;f)总控RTU或变频器端RTU与远程监控中心通讯应符合用户标准化通讯协议要求,具体按抽油机作业区块所属单位的要求来实施;7.7.3系统保护要求油田丛式井组抽油机变频器共直流母线供电系统中各组成单元除满足GB/T30844.1、GB/T23507.2、GB/T23507.4规定的保护功能外,应具有以下保护功能:f)输入浪涌过电压保护;印电性能参数应一致或相近,直流母线电压工作范围应涵盖接入一直流母线的变频器过直流母线输入端均可通过变频器或所在变入直流母线或切除;光式和四象限运行式,对电网馈能输出电压上限值应低于制动单上馈能输出与制动单元同时开启,交流输入电能检测仪表应采用邓RTuiRTun与所在变频器和抽油机之间通过有线通信或zigbe与变频器端RTuiRTun之间通过RS485、RS232或以太网接口中心通过4G/5G通讯无线互联;U或变频器端RTU与远程监控中心通讯应符合用户标准化通讯i业区块所属单位的要求来实施;单元应具备可靠的保护接地装置。且抽油机变频器共直流母线供电系统中各组成单元除满足GB/T30t定的保护功能外,应具有以下保护功能:入短路保护;线过压保护;线欠压保护;交流输出过载保护;交流输出缺相保护;雨过电压保护;g)停电恢复后应根据设定时间延时再启动;h)RTU具备掉电数据保存能力(保存时间由用户统的运行状态。7.4系统功能要求7.4.1系统参数测试变频器端RTURTun应具备对抽油机及变频器的运行参数进行实时监测的功能,包括但不限于以下参数a)直流母线电压(单位:V);b)直流母线输入电流(单位:A):c)变频器输出功率(单位:kw);d)变频器运行频率(单位:HZ);e)抽油机运行位置检测单元参数(单位:cm);f)抽油机负荷数据(单位:N);T/CPSS10102025上述参数通过RS485、RS232、zigbee通信或以太网接口上传至总控RTU,由总控RTU通过4G或5G通讯上传至远程监控中心;变频器端RTuiRTun可通过4G或5G通讯将部分关键运行参数直接上传至远程监控中心。7.4.2抽油机工作状态分析控维护人员分析抽油机工作情况提供分析依据,并以此设定抽油机采油频率。0.5冲程(m22.00冲次(min-14.3图57.4.3抽油机远程控制RTun所在抽油机变频器运行频率,进而调整抽油机单位时间内冲次,实现抽油机远程调控。7.4.4抽油机井群控制抽油机监控维护人员根据接入同一直流母线的抽油机示功图,设定抽油机单位时间内冲次、各抽油4G或5G压脉动最小化原则来实施。角度错峰运行。8辅助功能要求图5抽油机典型示功图0.5冲程(m22.00冲次(min-14.3图57.4.3抽油机远程控制RTun所在抽油机变频器运行频率,进而调整抽油机单位时间内冲次,实现抽油机远程调控。7.4.4抽油机井群控制抽油机监控维护人员根据接入同一直流母线的抽油机示功图,设定抽油机单位时间内冲次、各抽油4G或5G压脉动最小化原则来实施。角度错峰运行。8辅助功能要求图5抽油机典型示功图程控制的抽油机监控维护人员依托示功图数据分析,通过总控RTU、变频器器运行频率,进而调整抽油机单位时间内冲次,实现抽油机远程诵群控制佳护人员根据接入同一直流母线的抽油机示功图,设定抽油机单位并通过4G或5GRTU按照以一直流母线的抽油机数量N为偶数时,抽油机运行模式可以采用皇4n/N角度运行,也可以采用互差2n/N角度错峰运行,实际运行⃞最小化原则来实施。一直流母线的抽油机数量N为奇数时,抽油机运行模式采用互差00.511.52冲程(m):2.00冲次(min-l):4.3网络要求远程监控中心网络要求包括以下几点:确保数据传输的安全性,禁止外界确保数据传输的安全性,禁止外界用户直接访问局域网,