抽油机能效测试分析仪的研制

摘要

抽油机是油田石油开采的主要设备，也是油田主要的电能消耗源之一。抽油机载荷在冲程内变化很大并且油田环境比较恶劣，使得抽油机的效率普遍偏低，而抽油机效率低很大程度上是由抽油机平衡性能差导致的。抽油机处于不平衡工作状态不仅使得电机变动功耗大量增加，也使得机械磨损大大增加，而且当不平衡率达到一定程度时，电动机处于发电状态，还会对电网产生干扰，影响供电质量。同时，不平衡的工作状态也使得电机寿命缩短，性能变差。抽油机平衡比的测量是实现抽油机调平衡的基础。因此，实现抽油机平衡比的准确测量十分重要。
　　本文根据抽油机动力学原理，分析抽油机电机运动状态及做功情况，提出了一种无位置传感器的抽油机平衡比测量方法，简化了抽油机平衡比测量过程。同时，充分利用微电子技术及嵌入式技术，采用接口丰富、性能卓越的ARM架构嵌入式处理器，构建以Linux为操作系统的嵌入式操作平台，实现了提出的无传感器平衡比测量方法。
　　在数据采集上，通过复杂可编程逻辑器件(CPLD)严格控制不同采样率下高速高精度模数转换器时序；针对不同采样率设计对应的硬件数字滤波器；对仪器误差分析及对测量结果采用算法优化；这些使得仪器对交直流测量均有很高的测量精度。
　　通过采用Qt/E实现操作界面及合理的操作控制，使得本仪器不仅适合基本量测量，而且可以作为一台手持式示波器方便现场对信号的观察、分析。
　　现场测试表明，提出的无传感器测平衡比方法能准确获得抽油机上下死点，平衡比测量准确。仪器基本量的测量精度高，人机交互友好，功能完善，易于扩展，在油田能耗测试中将有很好的应用前景。

目录

抽油机能效测试分析仪的研制

DEVELOPMENT OF PUMPING UNITS’POWER EFFICIENCY MEASUREMENT AND ANALYSIS METER

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 论文选题的背景和意义

1.2 国内外抽油机测试仪发展情况

1.3 嵌入式系统发展及概述

1.3.1 嵌入式Linux操作系统

1.3.2 ARM嵌入式处理器

1.4 本文研究的主要内容

第2章 抽油机能效测试分析仪设计原理

2.1 抽油机工作原理

2.2 参数测量原理

2.2.1 电力参量的测量及计算方法

2.2.2 谐波分析

2.2.3 滤波器的设计

2.2.4 抽油机平衡比测量方法

2.2.5 示功图及测量方法

2.3 本章小结

第3章 硬件平台搭建及其软件设计

3.1 抽油机测试仪硬件设计

3.1.1 系统硬件电路的总体设计

3.1.2 信号转换及调理电路

3.1.3 数据采集控制电路

3.1.4 数据处理及人机接口电路

3.1.5 电源电路

3.2 抽油机能效测试分析仪软件设计

3.2.1 嵌入式GUI

3.2.2 Qt/Embedded应用程序的开发

3.2.3 抽油机能效测试仪驱动程序的开发

3.3 上位机数据管理分析系统的建立

3.4本章小结

第4章 实验测试及误差分析

4.1 测量频率的测试及误差分析

4.2 测量电压电流的测试及误差分析

4.3 测量平衡比的测试及误差分析

4.4 本章小结

结 论

参考文献

附 录

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢