一种实用简单可靠的小型油田伴生气并网发电机组

摘要

一种实用简单可靠的小型油田伴生气并网发电机组,一种具备自动并网功能、自动间歇作业功能的小型燃气发电机组，结构简单、可靠、造价低，适用于输出量不足、输出量极不稳定的独立油田伴生气源。

说明书

背景技术

油田伴生气品质优良、总量具大、源头分散，有大量的伴生气源收集利用在经济上不合理，目前，这部分伴生气源依旧空排污染空气；长期以来，人们一致认为把不具备收集条件的伴生气源就地变成电力向电网输送电能，是利用这部分伴生气源在经济上更可行的方向，但是，由于各自独立不具备收集条件的伴生气源输出量有限，而且输出量极不稳定，只能供应小型燃气发电设备使用，而现有专用于这类伴生气源的小型燃气发电设备结构过于复杂，造价和使用维护成本太高，在发电量有限的条件下无法产生经济效益，不具备大量推广应用的条件，无法解决大量独立伴生气源空排污染空气的难题。

发明内容

本发明主要针对不具备收集条件、具备电网条件的独立伴生气源。

本发明的目的是：简化小型伴生气并网发电设备的结构，降低小型伴生气并网发电设备的成本，使小型伴生气并网发电设备利用输出量有限、输出量极不稳定的独立伴生气源并网发电能产生经济效益，为解决大量不具备收集条件的伴生气源空排污染空气的难题创造可行条件。

本发明由：燃气发动机、电机、自动并网机构、间歇作业自动控制机构组成；燃气发动机的燃料混合装置由真空度混合器(专利号：200510054632.7)和平衡器(专利号200610077522.7)组成；燃气发动机调速器为电子调速器，电机为鼠笼式三相感应异步电机；自动并网机构由电子调速器、单向皮带轮、转速控制继电器、并网作业继电器、延时电路、交流接触器组成；间歇作业自动控制机构由储气袋、伴生气输入压力检测器组成；燃气发动机通过单向皮带轮与电机连动，电机输出端通过交流接触器与电网连接；交流接触器的电磁线圈通过并网作业继电器的一组触点开关与电网连接，并网作业继电器另一组触点开关的动触点经作业转速调节电位器与电子调速器的转速控制接线端子连接，常开触点与电子调速器的转速微调接线端子连接；并网作业继电器电磁线圈与延时电路的电容器并联，通过延时电路的电阻器与转速控制继电器的电磁线圈并联，转速控制继电器电磁线圈经伴生气输入压力检测器触点开关与手动转速控制开关连接，手动转速控制开关与电瓶正极连接；转速控制继电器的动触点与电子调速器的转速控制接线端子连接，常闭触点与电子调速器的怠速控制接线端子连接；储气袋与伴生气输入管道连通；伴生气输入压力检测器体是圆盘状结构，有内腔，内腔安装膜片，膜片把内腔分隔成燃气压力室和大气压力室，燃气压力室一端的检测器体上有燃气压力信号输入口，燃气压力信号输入口与燃气压力室连通，与伴生气输入管道连接；大气压力室一端的检测器体上有大气连通口与大气连通；膜片中心有铁芯，燃气压力室和大气压力室的检测体中心上分别有磁铁与膜片中心的铁芯相对应；大气压力室一端的检测器体内有触点开关与膜片中心的铁芯相对应。

与相同功能效果的现有技术产品对比，本发明结构简单可靠成本低，能在经济上合理的前提下利用输出量有限、输出量极不稳定的独立伴生气源并网发电，为解决大量独立伴生气源空排污染空气的难题创造可行条件。

附图说明

附图1是本发明“一种实用简单可靠的小型油田伴生气并网发电机组”的原理结构示意图

具体实施方式

见附图1，本发明由燃气发动机14、电机9、自动并网机构和间歇作业自动控制机构组成；燃气发动机14的燃料混合装置由真空度混合器(专利号200510054632.7)、平衡器(专利号200610077522.7)组成，这种混合装置能使燃气发动机在燃气输入压力低于大气压力的情况下正常工作；电机9为鼠笼式三相感应异步电机，这种电机结构简单可靠成本低；自动并网机构由：电子调速器25、单向皮带轮13、转速控制继电器11、并网作业控制继电器3、延时电路7、交流接触器1组成；间歇作业自动控制机构由储气袋、半生气输入压力检测器15组成；燃气发动机14通过单向皮带轮13与电机9连动，电机9的输出端通过交流接触器1与电网连接，交流接触器的电磁线圈2通过并网作业继电器3的一组触点开关与电网连接，并网作业继电器3另一组触点开关的动触点经作业转速调节电位器10与电子调速的转速控制接线端子26连接，常开触点与电子调速器的转速微调接线端子27连接，并网作业继电器的电磁线圈4与延时电路的电容器5并联，经延时电路的电阻器6、二级管8与燃气输入压力检测器触点开关21、手动转速控制开关18与电瓶20的正极连接，转速控制继电器11的动触点与电子调速器的转速控制接线端子26连接，常闭触点与电子调速器的怠速控制接线端子28连接，转速控制继电器的电磁线圈12与燃气输入压力检测器触点开关21的静触点连接，储气袋与伴生气输入管道连通。

发动机14起动时，手动转速控制开关18处于开路状态，燃气输入压力检测器的触点开关21在伴生气输入压力的作用下处于闭合状态；转速控制继电器的电磁线圈12和并网作业继电器的电磁线圈4都没有工作电流，触点开关的动触点与常闭触点闭合，电子调速器25处于怠速控制状态，交流接触器电磁线圈2的电网回路处于开路状态，电机9的输出端与电网处于分离状态，单向皮带轮13处于接合的主动状态，电机9的皮带轮处于被动状态。

当人为把手动转速开关18闭合后，电瓶20正电通过触点开关21向转速控制继电器电磁线圈12和并网作业继电器电磁线圈4供电，转速控制继电器11的动触点立即与常闭触点分离，电子调速器25的转速控制接线端子26与怠速控制接线端子28分开处于高速控制的状态，发动机立即从怠速工况向设定的高速(1500r/mim)工况转变，此时，由于电子延时电路7的作用，在手动转速控制开关18接通至发动机14转速提高到设定高速的过程中，受电阻器6限流的电源需要时间向电容器5充电，使并网作业继电器电磁线圈4未能立即得到正常的工作电压，并网作业继电器3依旧处于静止状态，交流接触器1依旧处于静止状态，电机9与电网依旧处于分离状态；当发动机14带动电机9的转速达到设定高速后，电容器5的充电电压升高达到电磁线圈4的正常工作电压，并网作业继电器3开始工作，动触点与常开触点接合，交流接触器电磁线圈2的电网回路接通，交流接触器的触点开关闭合，电机9的输出端与电网连接，此时由于电子调速器25控制发动机14的转速会有误差，不一定处于设定的理论转速(1500r/mim)，有三种情况可能发生：第一种情况是发动机14带动电机9的转速低于设定的理论转速(<1500r/mim)，在这种情况下电机9与电网连接时，电机9就处于电动状态，但是由于此时电机9的转速已经很高(接近设定的理论转速)，转子切割磁力线的速度很慢，电机9的电动电流就很小，不存在现实中的电机与电网接触时因启动电流过大干扰电网需要增加自偶降低起动的问题，此时，虽然电机9的电动电流不是很大，由于电机9的电动加速度极快，电机9立即处于主动状态，单向皮带轮处于超越运转状态，发动机14与电机9的传动关系脱离，发动机14的转速低于电机9的转速；第二种情况是发动机14带动电机9的转速刚好处于设定转速的理论状态(1500r/mim)，电机9转子转速等于电网频率在电机定子绕组产生的磁场转速，电机转子没有切割磁力线，不产生感应电流，电网电流就是电机定子绕组电感空载形成的电流，是电机9处于消耗电网电流最小值的状态，是本发明追求的最佳并网时刻；第三种情况是发动机14带动电机9的转速超过了电网频率在电机定子绕组产生的磁场转速(1500r/mim)，电机转子顺向切割磁力线，定子绕组产生逆向电流，电机9处于发电状态，此时由于电机9转速偏高理论转速不是很大，所以发电状态的电机9产生的逆向电流很小，电机9向电网输送的发电量很小，不会对电网产生冲击干扰，在这种情况下单向皮带轮一直处于接合的主动状态；上述三种状态是由于电子调速器25对发动机14调速准确度发生误差造成的结果，但是这种误差不会很大，是处于并网的准同期范围内；并网作业继电器在接通电磁线圈2电网回路的同时也使电子调速器的转速控制接线端子26与转速微调接线端子27接通，使电子调速器处于转速微调控制状态，发动机14开始带动电机9进一步提速，使整个机组进入正常的并网发电作业状态，并网发电的全部过程完成。

当伴生气源输出量不足，储气袋内的燃料耗尽时，伴生气输入管道内产生负压，伴生气输入压力检测器燃气压力室29的压力低于大气压力室24的压力，膜片23两面之间产生压力差，膜片23两面之间的压力差使膜片23产生向下运动的作用力，当伴生气输入管道内的负压使膜片23产生向下运动的作用力大于磁铁19对磁芯22的磁吸力时，膜片23带动铁芯22向下运动，使触点开关21的动触点与静触点分离，转速控制继电器11因失去电源使得动触点立即回位与常闭触点接合，电子调速器25立即从正常作业转速控制状态变为怠速控制状态，燃气发动机14立即从正常发电作业工况转到怠速工况；在燃气发动机14从正常作业工况转到怠速工况的过程中，并网作业继电器3虽然也失去了电瓶20供电，但是由于电容器5储存有电能量，此时电容器5内的电能向电磁线圈4放电，给电磁线圈4提供正常工作需要的能量使得燃气发动机14从正常工作转速降低到怠速转速的过程中，并网作业继电器3依旧维持工作状态，维持电机9与电网连接的状态延时不变；在发动机14转速下降的过程中，电机9的发电量跟随减小，当电机9的转速低于电网频率产生的磁场转速时，电机9从发电状态变为电动状态，单向皮带轮13从主动状态变为被动的超越运转状态，燃气发动机14与电机9的传动关系解除，燃气发动机14的转速低于电机9的转速，各自独立运转，燃气发动机14进入怠速工况后，电机9依旧处于电动高速运转状态，随着时间的变化，电容器5的放电量进一步减小，当电容器5的放电电压低于电磁线圈4需要的最低工作电压时，并网作业继电器因为没有得到需要的工作能量而自动复位，触点开关的动触点与常开触点分离，交流接触器电磁线圈2的电网回路断开，交流接触器1的触点开关分离，截断电机9电动状态的空转工作电流，电机9与电网分离，完成机组解列过程，电机9跟随燃气发动机14处于低速等待状态，实现间歇作业过程；二极管8的作用是防止电容器5放电过程中的放电电流向转速控制继电器的电磁线圈12供电。

在机组脱网的低速等待期间，随着时间的变化，当伴生气源把储气袋充满时，伴生气输入管道内又重新产生正压力，伴生气输入压力检测器燃气压力室29的压力重新高于大气压力室24的压力，膜片23两面之间产生压力差，膜片两面之间压力差使膜片23产生向上运动的作用力大于磁铁30对铁芯22的吸引力时，膜片23带动铁芯22向上运动，使触点开关21的动触点与静触点接合，同时与磁铁19磁通吸引，回复了转速控制继电器和并网作业继电器的电源供给，机组有关系统重复上述变速、并网、作业过程，重新进入正常的并网发电作业状态；伴生气源供给供给量不足时，机组又自动进入脱网的低速等待状态，伴生气源输出量充足时，机组又自动进入正常的并网发电作业状态，如此反复循环，适应伴生气源输出量不足、输出量极不稳定的特性。

本发明的电机为鼠笼式三相感应异步电机，这种异步电机与同步电机相比较，结构简单可靠成本低，为实现本发明的目的打下基础；本发明的并网同期控制系统结构十分简单，由两个小型继电器、一个电解电容器、一个电阻器和一个二极管组成，成本不到50元，在不需要自偶降压设备的情况下，就能解决大功率(20kw以上)电机与电网连接时的大电流问题，不存在并网同期误差产生大电流冲击损坏机器和干扰电网的现象，与结构复杂成本高的现有并网设备对比，本发明的优点不单是结构简单成本低，而且并网和解列的可靠性极高；本发明不需燃气增压设备和压力储存容器，只用一个储气袋和一个燃气输入压力检测器就能解决燃气并网发电机组适应独立伴生气源荷刻输出特性的问题；这几项新技术的共同进步使小型燃气并网发电设备利用输出量有限、输出量极不稳定的独立伴生气源并网发电产生经济效益成为可能。