基于TWACS改进技术的抽油机电机远程监测系统的研究

论文摘要

抽油机电机远程监测系统对于油田的安全生产具有重要意义,能否推广应用的关键在于电机电气参数的准确测试以及低成本、高可靠性的数据传输手段。针对此,本文研制了以TWACS (two way power frequency automatic communication system,双向工频通信系统)作为数据传输手段的抽油机电机远程监测系统。针对传统的工频通信方式难以适应油田电网信道环境的现状,本文通过对工频通信信号在油田电网中传输特性的仿真以及现场实测信号的分析,发现由于变电所出线与油井变压器低压侧之间电压相位差的存在,使得传统工频通信方式以本地电压过零点为基准进行信号检测时,容易造成接收时域偏差从而严重影响数据传输质量,因此在油田电网噪声干扰本来就强的环境下,传统的工频通信方式更加无法应用。在上述分析基础上,本文提出了改进工频通信信号检测性能的方法,首先根据调制编码,通过时域差分去除基波和整数次谐波的影响,然后采用结合自谱窗函数的魏格纳分布对差分输出信号进行时频分析,计算输出信号中符合工频调制信号频率范围的能量参数的时间分布情况,以能量最集中的时域作为工频通信信号的检测时域,然后使用匹配滤波方式进一步降低电网噪声来实现数据检测。现场实验证明,改进后的工频通信信号检测方式能够在油田电网中可靠传输远程监测数据。在抽油机电机的电气参数测试方面,由于油田电网频率不如公共电网稳定,而且电网中非整数次谐波干扰严重,因此本文采用Morlet复小波算法来计算电压、电流的基波幅值及相位,其精度高于传统的傅立叶算法,能够为抽油机电机的监测和故障判断提供准确的依据。根据本文方法研制的抽油机电机远程监测系统已经在油田电网试验运行,实现了对抽油机电机的实时运行管理,成本低廉且没有通信服务费用,充分利用了油田电网的资源。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及研究的意义
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题
• 1.3 论文的主要工作
• 第2章 抽油机电机远程监测系统的方案
• 2.1 引言
• 2.2 远程监测系统的基本结构
• 2.3 TWACS的基本原理及应用现状
• 2.3.1 工频通信调制原理
• 2.3.2 工频通信的编码与检测
• 2.3.3 工频通信的应用现状
• 2.4 抽油机电机电气参数的计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 适应油田电网的TWACS信号检测技术实现
• 3.1 引言
• 3.2 TWACS的模型及信号调制分析
• 3.2.1 TWACS调制过程仿真分析
• 3.2.2 实际信号测试
• 3.3 基于系统模型的信号传输特性仿真
• 3.3.1 线路阻抗对信号传输的影响
• 3.3.2 变压器型号对信号传输的影响
• 3.4 自适应电压相位差的TWACS信号检测
• 3.4.1 基于时频分析的调制信号时域确定
• 3.4.2 基于匹配滤波方式的信号检测
• 3.5 本章小结
• 第4章 抽油机电机电气参数的计算
• 4.1 引言
• 4.2 复小波变换定义
• 4.3 基于Morlet复小波的电气参数计算原理
• 4.4 相关参数对Morlet复小波算法性能的影响
• 4.4.1 参数μ对Morlet复小波算法的影响
• 4.4.2 参数m对Morlet复小波算法的影响
• 4.5 仿真验证
• 4.5.1 油田电网中非整数次谐波对算法的影响
• 4.5.2 油田电网频率波动对算法的影响
• 4.6 抽油机电机故障类型判断
• 4.7 本章小结
• 第5章 远程监测系统的实现与现场试验
• 5.1 引言
• 5.2 远程监测终端
• 5.3 变电所集中器
• 5.4 现场试验
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢