随着老油田进入中后期开采阶段，油井地层能量逐步降低，只有按照“充分挖掘油井生产能力，兼顾电能消耗最小”的原则，才能实现油井生产的效益最大化。但是国内外广泛采用的抽油机由于其机械特性的特殊原因，造成了抽油机的动力系统大部分运行在“大马拉小车”的工作状态，动力系统的效率一般低于30%，造成了效率低下、能耗高、采油成本居高不下的局面。
为了改善抽油机井面临的这种局面，在保留常规抽油机井配电柜全部功能的基础上，根据抽油机井的工况及抽油机的工作状态变化，以有杆抽油系统设计理论为依据，以全数控电力拖动为基础，综合应用变频调速技术、过程控制技术、电力电子技术和微电脑技术和传感器技术，按照机电一体化的设计思想，通过增加功图，压力．电量、油温等参数与时间的连续采样，综合分析判断电机、抽油机、抽油泵工作状况，自动优化油井生产制度等，研制出一种可以自动调节抽汲参数的抽油机井智能一体化配电柜，它可以根据每口油井实时检测的工况数据，进行实时分析，及时自动调节抽汲参数，实现抽油机井智能化闭环控制，使抽油机始终在最佳参数下运行，实现节能及提高抽油系统效率的目的。
2、配电柜的总体结构
抽油机井智能一体化配电柜采用模块化结构，可根据要求进行扩容组件，不影响其它功能模块使用。其整体框图如图1所示。
下面介绍一下配电柜的各组件。
(1)无线通讯模块将存储在数据采集控制器里的各种井口工况数据，通过GPRS/CDMA/SCDMA/EVDO等无线网络数传到油田信息中心．
(2)功图测试传感器、数字压力传感器、数字温度传感器，三相电量采集模块等，采用微功耗芯片和短距离先进的数字无线传输技术-2.4G/Zigbee方式（即传感器测量及无线通讯融为一体），实时采集功图、压力、温度、电量参数，并传输到数据采集控制器。传感器信息获取技术从过去的有线式单一化渐渐向集成化、微型化和无线网络化方向发展。
(3)无线功图测试传感器实时检测抽油机悬点的位移数据和载荷数据，从而实现功图测试。该功图传感器通过加速度器件采集运动加速度，通过计算得到抽油机悬点的位移数据，使位移测试更加简单。
(4)变频控制器单元使得控制器与电机获得最佳匹配，以保证抽油机系统始终工作在最佳变频的状态下。
(5)抽油机智能间抽控制器，结合电机电流、功率、示功图、压力动态变化曲线等，并运用新型的供排理论进行数据分析，能够快速分析油井产液规律及其变化情况，实现在油井产量不减的前提下，制定出油井最佳间抽方案，即有油就抽、无油就停，从而达到节电降耗的目的。
(6)三相电量采集模块采用低功耗单片机，完成模块数据采集处理，可测量三相交流电压，电流，有功功率，功率因素等电参量。
(7)电力控制电路由空气开关，交流接触器、电机综合保护器、功率因数补偿电容、中间继电器、断路器和接
线端子等构成。它具有通用配电柜的全部功能，有独立于自动控制的手动操作面版，能进行手动／自动切换。
(8) 110模块是系统输入、输出的桥梁。它处理传感器的输入信号并传送给数据采集控制器，接受并执行控制系统对外部设备的各种控制指令。
(9)数据采集控制器能按设置要求实时采集各种工况数据及控制，所有的工况数据在现场配电柜中可储存一个月以上，且能使用U盘、笔记本、PDA或其它网络设备读取工况数据。
3、功能及特点
5.1功能
(1)油井工况数据自动巡检。实时采集三相电流、三相电压、正反向有功功率和电量、正反向无功功率和电量、平衡度，功率因数等全部电参数，实现载荷、位移、冲次、油压、套压、回压，油温等生产数据进行远程自动采集、显示、记录和存储。
(2)油井工况自动诊断分析。根据相关监测数据自动生成示功图、电流图、功率图等，实时进行示功图诊断分析，工况故障诊断分析；计算油井产液量、泵效、单井能耗、单机效率及整个区块的平均系统效率等参数，并实现相关数据的打印、输出等。
(3)优化运行。对于供液量充足的油井，按建议加快抽油速度，对于供液不足的油井，自动放慢抽油速度，并进行间抽。如果井口电机安装变频控制器，则可将优化建议应用于实际控制过程中。可以设置一组建议参数让操作人员选择，如操作人员未干预，就按默认方式进行控制运行。
(4)电机综合保护功能。电参量计量，存储与实时监测，并记录抽油机电机的电流、电压，功率因数以及过流、过载、缺相等情况。如电机运行出现突发性故障或严重超出界限值时，系统能及时发出声光报警，给予提示，无应答时能够自动紧急跳闸断电，实现对机组的保护。
(5)联锁控制。具备油井工况与变频控制器、间抽控制器等联锁控制功能}控制模式采用手／自动，本地／远程的方式。
(6)故障自检。故障自检是指现场数据采集控制器进行的故障自检，包括各传感器故障、变送器故障、自身故障等，如果这些故障出现，它将及时向上位机汇报请求支援。如果井场不能与上位机通讯，则自动转入独立运行程序，上位机则做报警并予以记录。
(7)红外探测防护功能。红外三鉴探测器和语音报警配合，在自动启动前若有人，畜进入非安全区则系统进入待机状态，语音报警受控工作，直至物体离开，防止误伤人畜等意外事故的发生。
(8)抽油机安全启动功能。模拟人工启停抽油机操作，实现抽油机电机低负荷自动安全启动。通过遥控器可以实现对抽油机的非接触式启停控制操作，增强抽油机启停操作的安全性。
(9)报警功能。油井现场监控设备连续采集各传感器数据，并对数据进行分析处理。具有停电、停机、回压异常、缺相及电流异常等报警功能；开机前进行80分贝标准语音（或其它声音信号）报警。
(10)生产数据管理。自动记录油井工况数据及油井故障情况，生产报表、图表并打印；对历史数据、状态参数、控制量生产运行日志进行查询，并可实现与油田局域网的数据共享。
3.2特点
(1)全无线微功耗数字化传感器应用，解决了传统传感器辅设信号线，排除了信号线故障，大大降低了维护工作量，使用性能更加可靠。
(2)整合了油井工况数据巡检、工况自动诊断分析、产液量计算、电力控制、液晶显示及触摸屏技术，优化了主机的节能功能。
(3)在保留常规抽油机节电控制柜全部功能的基础上，以有杆抽油系统设计理论为依据，通过增加功图、压力、电量、油温等参数与时间的连续采样，通过综合分析判断电机、抽油机、抽油泵工作状况，自动优化油井生产制度，实现抽油机井智能化闭环控制。
(4)采用模块化设计方法，既便于系统功能的各种组合和修改，又便于抽油机厂家配套设备在油田上的应用。
(5)配电柜符合油田生产管理的规定，满足相关人员日常使用的需要，并满足操作过程中直观、方便、实用，安全等要求。
4、结论
抽油机井智能一体化配电柜在保留常规抽油机井配电柜全部功能的基础上，以有杆抽油系统设计理论为依据，通过增加功图，压力、电量、油温等参数与时间的连续采样，通过综合分析判断电机、抽油机、抽油泵工作状况，自动优化油井生产制度，实现抽油机井智能化闭环控制。研究成果形成了具有手动启动和停止或自动延时自启动，电机软启动、变频调速、间歇式采油控制、电机保护、油井工况巡检、产液量计算等功能的油井电动机专用控制与保护装置。现场应用表明，该配电柜采集数据可靠、工况分析准确、频率调整科学、现场应用稳定，并可实现节能及提高抽油系统效率的目的。
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