電氣傳動(dòng)自動(dòng)化變頻器在抽油機(jī)上應(yīng)用的若干問探討徐甫榮國家電力公司熱工研宄院，陜西西安732相應(yīng)的節(jié)能解決方案，同時(shí)介紹了嗍002000系列智能抽油機(jī)節(jié)能增產(chǎn)控制裝置。

　　前言我國的汕絕人部分為低能低產(chǎn)油，不像國外的油田有很強(qiáng)的自噴能力，大部分油田要靠注7尺來壓油入井，靠抽油機(jī)磕頭機(jī)把油從地層中提升上來，在我1地以水換汕以屯換油是1前油舊比例。因此，石油行業(yè)十分重視節(jié)約電能，節(jié)省電耗就是1復(fù)接降低石油的開采成木，我國目前抽油機(jī)數(shù)量在10萬臺(tái)以上，電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘吭?500河年耗電量己逾百億千瓦抽油機(jī)的運(yùn)效率特，低下，在我陽1；均運(yùn)效率為25.96，國外平均水平為30.05，年節(jié)能潛力可達(dá)幾十億千瓦時(shí)。除了抽油機(jī)之外，油田還有大量的注水泵輸油泵潛油泵等設(shè)備，總耗電試超過油舊總用屯的財(cái)可石油業(yè)也1推廣屯機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的止點(diǎn)1關(guān)于抽油機(jī)節(jié)能，首選方案是采用變頻器對其電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，抽汕機(jī)改用變頻器拖動(dòng)后有以下幾個(gè)好處①大大提高了功率因數(shù)可由原來的250.5提高到0.9以上，減小了供電電流，從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān)，降低了線損，可省去大量的增容開支，可根據(jù)油灃的實(shí)，供液能力，動(dòng)態(tài)調(diào)格，速役，方面達(dá)到節(jié)能目的，同時(shí)還可以增加原油產(chǎn)量，由于實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動(dòng)，對電動(dòng)機(jī)變速箱抽油機(jī)都避免了過大的機(jī)械沖擊，大大延長了設(shè)備的使用壽命，減少了停產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

　　但是，變頻器用于抽油機(jī)電機(jī)時(shí)，也有幾個(gè)問理問，下面分另咖以分析。

　　2沖擊電流問桿機(jī)構(gòu)，其整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)像架天平，端是抽油載荷，另端是平衡配重載荷。對于支架來說，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化致，那么用很小的動(dòng)力就可以使抽油機(jī)連續(xù)不間斷地1作。也就是說，汕機(jī)的節(jié)能技術(shù)，決于平衡用于提起12液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，則需要電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力就越大。由于抽油載荷每時(shí)每刻都在變化，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全致的變化這使游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)變得十分復(fù)雜。因此可以說游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)就是平衡技術(shù)。

　　根據(jù)對某油田18口井的調(diào)查，只有2口井的配重平衡較好，絕大部分抽油機(jī)的配重嚴(yán)重不平衡，其中有口井的配重偏小，另有6口井的配重偏大，造成了過大的沖擊電流，沖擊電流與工作電流之比比較大可超過5倍，甚至超過額定電流的3倍。這不僅浪費(fèi)掉大量的電能，而且嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全，同時(shí)也給變頻器調(diào)速控制造成很大的困難。，般變頻器的容試是按電動(dòng)機(jī)的額定功率來選配的，過大的沖七電流會(huì)引起變頻器的過載保護(hù)。

　　不能正常工作1.底座2.支架3.懸繩器4.驢頭5.游梁6.橫梁軸承座7.橫梁8.連桿9.曲柄銷裝置10.曲柄裝置。減速器12.剎乍保險(xiǎn)裝置13.剎車裝置14.電動(dòng)機(jī)15.配電箱通過對抽油機(jī)曲柄配重塊的調(diào)整，可以使沖擊電流降到電機(jī)額定電流之內(nèi)，沖擊電流與正常工作電流之比在1.5倍以內(nèi)這樣。選用屯機(jī)額定功率同容量的變頻器，甚至略小于電機(jī)額定功率的變頻器要視抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率而定都可以長期穩(wěn)定運(yùn)打。

　　由于抽油機(jī)的起動(dòng)扭矩往往很大，慣性也很大，因此要將變頻器的加減速時(shí)間設(shè)置得足夠長，般為305，8，起動(dòng)時(shí)才不會(huì)引起過載保護(hù)。

　　3再生能量的處理問由于抽油機(jī)屬位能性負(fù)載，尤其當(dāng)配重不平衡時(shí)，在抽油機(jī)工作的個(gè)沖程周期中，會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)工作狀態(tài)發(fā)電狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)由于位能或慣性，其轉(zhuǎn)速會(huì)超過同步速，再生能量通過與變頻器逆變橋開關(guān)器件8，并聯(lián)于交直交變頻器的直流母線采用普通極管整流橋供電，不能向電網(wǎng)回饋電能，因此反饋到直流母線的再生能量只能對濾波電容器充電而使直流母線電壓升高，稱作泵升電壓直流母線電壓過高時(shí)將會(huì)付濾波電容器和功率開關(guān)器件構(gòu)成威脅，為了保護(hù)電容器及功率開關(guān)器件的安全，變頻器設(shè)置了保護(hù)直流母線電壓高保護(hù)停機(jī)功能。

　　第種辦法是，大變頻器直流母線上濾波電容器的界高將再化能量儲(chǔ)存起來電動(dòng)狀態(tài)時(shí)譏釋放給屯動(dòng)機(jī)作功。這種方法對節(jié)能7利，但足電容器的儲(chǔ)能作用有限。譬如，某抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的平均功率以1計(jì)戴回饋功率以25計(jì)算為2.5作個(gè)沖程周期中發(fā)電狀態(tài)為2，3則，饋能量沁=6焦。若采151的變頻器，其直流母線濾波電容的容量為2200正常工作時(shí)直流母線電壓小于6以0，保護(hù)電壓濾波電容，也只能儲(chǔ)能1400焦耳，因此在大容量或負(fù)載慣量大的系統(tǒng)中，不可能只靠濾波電容器來限制泵升電壓。

　　第種辦法是采用放的辦法，可以采用由分流電阻器札和開關(guān)管組成的泵升電壓限制電路，2.

　　這種方法也就是將回饋能量消耗在電阻上，這是種耗能的方法，對節(jié)能不利。尤其是在大耗獻(xiàn)或大慣量拖動(dòng)系統(tǒng)，能啁的損火較人與然也可以采用現(xiàn)成的變頻器制動(dòng)電元和制動(dòng)電阻來實(shí)現(xiàn)，其原理與2是樣的，只是投資更大，耗能也更大而已。

　　對于地處北方寒冷地的抽油機(jī)，為了在冬季增加原油的流動(dòng)性和防止結(jié)臘，對井口回油管進(jìn)行電加熱，如中頻電加熱裝置。這時(shí)也可將變頻器與中頻電加熱裝置共用整流電路及直流母線，這樣既可將電動(dòng)機(jī)回饋到直流母線上的再生能量用于中頻加熱器，同時(shí)又可防止直流母線電壓的泵升。

　　對尸1井場上有多油井的場所，可以采用共用流母線系統(tǒng)方案即若丁臺(tái)抽油機(jī)的變頻器可共用臺(tái)整流器。將其流母線聯(lián)結(jié)在起，利用各變頻器的回饋能量不可能在同時(shí)發(fā)生的原理，將某臺(tái)變頻器的回饋能量作為其它變頻器的動(dòng)力。這樣既節(jié)約了能量，又防止了泵升電壓的產(chǎn)生，3.

　　對于更大功率的系統(tǒng)，為了回饋再生能量和提高效率，可以采用能量回饋裝置，將再生能量回饋電網(wǎng)，當(dāng)然這樣來，系統(tǒng)就更復(fù)雜，投資也就更高了。所謂的能量回饋裝置，其實(shí)就是臺(tái)有源逆變器。按農(nóng)的功率開關(guān)器件的+分為晶閘皆6，嘩有源逆殳器及絕緣柵雙極型品體管810逆變器兩種，它們又各有其特點(diǎn)和要求，源逆變時(shí)，就成為相橋式有源逆變電路。只是電路內(nèi)電能的流向與整流時(shí)相反，直流母線輸出電功率，電網(wǎng)則吸收電功率，為了防止過電流，應(yīng)滿足的條件，取決于電動(dòng)機(jī)的回饋能量的大小，而，則4通過導(dǎo)通角或稱為逆變角3，回饋單元逆變時(shí)的范圍應(yīng)為兀2兀之間或3為兀2，之間其實(shí)山于屯感性負(fù)載及變壓器漏抗的影響，比較小逆變角，76從上述的分析可，逆變的條件有以下個(gè)是要有直流電壓存在，其極性應(yīng)與晶閘管的導(dǎo)通方向致，其值則應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓6；是要求晶1！1管的導(dǎo)通角，〉2使，為負(fù)值，兩者必須同時(shí)具備才能實(shí)現(xiàn)有源逆變。晶闡管有源逆變器的關(guān)鍵是交直流側(cè)的電壓匹配，否貝也尤法實(shí)現(xiàn)打源逆變，山廠若逆變器交流側(cè)直接接到380交流電源，且比較小逆變角取36.則。=480左右，而變頻器直流母線電壓在正常工作時(shí)為540左右，Un，會(huì)形成能作變頻器整流器逆變電網(wǎng)之間無謂循環(huán)，使直流母線電壓降低，減小變頻器的輸出功率。而要求的是當(dāng)回饋能量較小時(shí)，能量回饋裝迓+工作。讓能試儲(chǔ)存介濾波電容器中，當(dāng)直流母線電壓達(dá)到某設(shè)定值時(shí)如670，能量回饋裝置才開始工作，將多余的能量饋電網(wǎng)，據(jù)式1反算過去。逆變變玉器副邊的線電壓應(yīng)人于540，相電壓應(yīng)大于3，才能實(shí)現(xiàn)電壓匹配。

　　21081有源逆變器雖然1081有源逆變器屯路結(jié)構(gòu)貨頻器中大不相同的。變頻器中的無源逆變器的負(fù)載是相交流電動(dòng)機(jī)，其輸出頻率電壓相位都可以由變頻器隨意控制；而源逆變器的輸出接的是交流電網(wǎng)，是有源負(fù)載，其輸出頻率相位和電壓都必須與電網(wǎng)致，否則會(huì)造成短路而燒毀逆變器，因此在1081有源逆變器的控制中，加了鑒頻鑒相器和鎖相環(huán)控制。電壓則由，控制，比晶閘宵有源逆變器容易實(shí)現(xiàn)。另外在輸出端接交流電抗器，用來抑制過電流。

　　逆變器控制就更復(fù)雜，投資也更高了。

　　4電磁兼容性問這里主要講電磁千擾EMI問，即變頻器對微電腦控制器傳感變送器及通訊設(shè)備的干擾問中的開關(guān)電源，以及產(chǎn)生的3電壓波形，會(huì)對控制及通訊系統(tǒng)造成很大的干擾。干擾的途徑除感應(yīng)輻射之外，也乜拈傳導(dǎo)十?dāng)_。即迎過連接導(dǎo)線傳導(dǎo)的干擾。在控制系統(tǒng)中，變頻器只是個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的運(yùn)行頻率速度指令要由控制器通過對油井產(chǎn)液量等信號(hào)的控制運(yùn)算后向變頻器發(fā)出，變頻器設(shè)置成根據(jù)外部信號(hào)運(yùn)行的作與式，貨頻器通過信號(hào)線給微電腦控制器造成了很火的擾，以致使控制器無法正常工作。由于是傳導(dǎo)性干擾，采用屏蔽線是不解決問的，要從信號(hào)線上的共模及差模干擾入手才能真正解決干擾問，6.

　　5可靠性和環(huán)境適應(yīng)性問由于抽油機(jī)均在環(huán)境惡劣的野外工作，并且很容汕片無人值守，閃此付變頻器的可靠性和環(huán)境適應(yīng)能力提出了很高的要求。方面要選用可靠性指標(biāo)高的變頻器品牌同時(shí)也要給變頻器在野外惡劣環(huán)境下工作創(chuàng)造必要的條件。如設(shè)計(jì)防護(hù)等級品的雙層密隔墊保溫按制柜。1內(nèi)設(shè)強(qiáng)邊風(fēng)冷系統(tǒng)，可以將柜內(nèi)的熱量排出，并在柜底設(shè)計(jì)有冷空氣入口，使之適合在夏季沙漠高溫環(huán)境中使用。如有條件，可建造控制柜小屋，使控制柜避免陽光直接照射及雨淋。

　　61脎尤2000系列抽油機(jī)智能高效節(jié)能增產(chǎn)控制裝置地調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，考慮到國內(nèi)外同類產(chǎn)品的功能缺點(diǎn)和不足，根據(jù)不同油井的具體情況設(shè)計(jì)制造的專1用于抽汕機(jī)節(jié)能，產(chǎn)控制的高科技產(chǎn)品。本裝置通過流量壓力溫度的測量，可精確感知井下油層厚度，通過上下死點(diǎn)位置的測量，更提高了控制的精確性。該產(chǎn)品融合微電腦智能擰制技木先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)和屯動(dòng)機(jī)綜合節(jié)能控制技術(shù)，使抽油機(jī)傳統(tǒng)的粗獷式低效率抽取改變?yōu)橹悄芑咝食榇Y(jié)果；有效地避免廠泵寧的發(fā)心人幅度減少廠無效，節(jié)電率可達(dá)到3050，原油增產(chǎn)2030.

　　控制裝置中還裝有遙控模塊，可以隨時(shí)接收上位機(jī)的指令信號(hào)，也可隨時(shí)將油井的流量壓力溫度和電動(dòng)機(jī)溫度等參數(shù)以及抽油機(jī)狀態(tài)等信息傳送給上位控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)全油田遙控操作管理，大大提高石油生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。2000系列抽油機(jī)智能效節(jié)能增產(chǎn)控制裝置的研制成功，代著當(dāng)今抽油機(jī)節(jié)能控制技術(shù)抽油機(jī)智能高效節(jié)能增產(chǎn)控制器是通過采用多種不同的方法，盡量使抽油機(jī)的工作方式與油井吆從而提高電動(dòng)機(jī)的效率與功率因數(shù)達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的目的。根據(jù)油井的不同情況，共有種型號(hào)6.1人型間歇工作，轉(zhuǎn)換控制節(jié)能型對于開采時(shí)間己久的老汕卟和貧油井，如果抽油機(jī)連續(xù)不斷地工作，就會(huì)現(xiàn)產(chǎn)汕試小，甚至空抽的現(xiàn)象，白白浪費(fèi)電能。面付這傳統(tǒng)的方法是使用定時(shí)器令抽油機(jī)間歇性地1作。似以這種方法方面是仍然無法解決令抽汕機(jī)1作能力動(dòng)態(tài)地響應(yīng)油井負(fù)荷變化的問，同時(shí)這種做法也是以損失油井的產(chǎn)量為代價(jià)的抽油機(jī)智能節(jié)電擰制器采用微電腦技術(shù)。通過檢測油井出液量精確感知油井負(fù)荷，當(dāng)油井出液量小于經(jīng)濟(jì)流量時(shí)，則停止抽取。自適應(yīng)模糊控制算法科學(xué)確定開停機(jī)時(shí)間，保證開機(jī)時(shí)比較大的抽油機(jī)效率，避免了半滿抽或空抽的現(xiàn)象發(fā)生，大量地節(jié)省了電能。如果控制適當(dāng)，還能在定程度上提采油量。但是大多數(shù)油井是不允許間歇性地工作啟，例舉如下。

　　技制裝置圮具有交流電機(jī)節(jié)能擰制1富經(jīng)驗(yàn)的高級科技人員，在對國內(nèi)油井進(jìn)行了廣泛而深入⑴含臘量高或含鹽量高以及油的粘稠度高，且處在寒地帶的油井，如果間歇工作，會(huì)造成結(jié)臘結(jié)鹽或結(jié)油的后果，使油井無法再開ii！=2對于注水油井，如果停止抽取，勢必影響產(chǎn)油量，這將是得不償失的事。對于這類油井，就要采用其它的節(jié)能方法。為了解決抽油機(jī)的低效抽取問，可以采用降低抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電壓的方法來提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率，達(dá)到節(jié)能的目的。拋0，000控制器采用兩種方法降低電動(dòng)機(jī)的電壓其是理換節(jié)電，當(dāng)控制器檢測到抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率33時(shí)，通過接觸器將原來角形接法的電動(dòng)機(jī)繞組改為星形接法，這樣就將電動(dòng)機(jī)，組的電壓由38降為220，從而大大提高了功率因數(shù)和效率，達(dá)到節(jié)電的目的。當(dāng)控制器檢測到電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率40，則義將顯形接法改為角形接法運(yùn)行，以保證訕油機(jī)的出力，也防止由于電流過大而燒毀電動(dòng)機(jī)，6.21；型電力電子器件動(dòng)態(tài)調(diào)壓節(jié)能型電動(dòng)機(jī)輕載降壓節(jié)電的另種方法是利用可控硅的移相調(diào)壓功能，動(dòng)態(tài)地調(diào)整電動(dòng)機(jī)的端電壓，使抽油機(jī)的工作能力與實(shí)際負(fù)荷相匹配，并可根，下行程的負(fù)荷變化及，地調(diào)整電壓，比較大限度地達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

　　換控制設(shè)備簡單投資少，但節(jié)電效果稍差，且無法實(shí)現(xiàn)根據(jù)上下行程負(fù)載變化節(jié)電。電子型動(dòng)調(diào)卡節(jié)電效果好，但投資較人，10，2000控制器還采用了無功就地補(bǔ)償?shù)姆椒?，在人型?型控制柜中都裝有補(bǔ)償電容器組，其容量可以根據(jù)抽油機(jī)電機(jī)的功率進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到較好的補(bǔ)嘗效果，可火大降低無功損耗及線損。，也可減小變壓器容量，節(jié)省，容費(fèi)用。6.3型變頻調(diào)速節(jié)能型利用現(xiàn)代變頻調(diào)速新技術(shù)，通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程頻次和上下行程的速度，達(dá)到既節(jié)電又，產(chǎn)的目的。

　　⑴動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程頻次節(jié)電抽油機(jī)的沖程頻次都是可以通過機(jī)械的方法調(diào)整的。但是，旦調(diào)整好了以后，是不大可能經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整的，并且通過皮帶輪直徑調(diào)整頻次的方法也是有級的，不能動(dòng)態(tài)適應(yīng)油井負(fù)荷的需要，只有通過動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，才能調(diào)整泵的充滿度，提高抽取效率，增加原油產(chǎn)量，收到舉兩得的效果隨著油井由淺入深的抽取，井油試的減少，若還以原來調(diào)整的頻次抽，時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)泵的充滿度不足，泵效率下降的情況。這時(shí)若通過采用變頻調(diào)速技術(shù)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速減少，取頻次。不僅減小了電機(jī)功率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能目的，而且提高了泵的充滿度，保證每抽都滿抽，大大提尚了泵效率，增加了原油產(chǎn)量。

　　2動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)下行程的，度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能把產(chǎn)的目的由于采用微電腦控制和變頻調(diào)速技術(shù)。除了可以動(dòng)態(tài)改變抽油機(jī)的沖程頻次之外，還可以根據(jù)實(shí)際需要分別調(diào)整每沖程上下行程的速度，使抽油機(jī)工作在比較佳運(yùn)行狀態(tài)。在每沖程中，適當(dāng)降低下行程的速度，可以提高原油在栗內(nèi)的充滿度，而適當(dāng)提高1行程的違度，則可減少在提升中的漏失系數(shù)，有效地提高單位時(shí)間內(nèi)的原汕產(chǎn)量，同時(shí)通過動(dòng)態(tài)調(diào)速也，大大節(jié)竹電能的消耗。

　　而0，2000系列抽油機(jī)智能型高效節(jié)能，產(chǎn)控制裝置遵照安全可靠經(jīng)濟(jì)合理和現(xiàn)場適用的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮到油田野外環(huán)境惡劣，冬夏溫差大，風(fēng)沙塵暴多的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了雙層密封隔熱保溫控制柜，且具有防盜功能，外殼防護(hù)等級為44.柜內(nèi)設(shè)計(jì)有強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)，可以將柜內(nèi)熱量排出，而外面的熱量卻無法進(jìn)入，適合在夏季沙漠高溫環(huán)境下使用。

　　1張學(xué)等。游梁式抽油機(jī)技凇與用切。北石油業(yè)出版社，2001.

　　刁黃俊等。電力電子變流技術(shù)肘。北京機(jī)械工業(yè)出版it，1996.

　　1970卑畢業(yè)于西安交通大學(xué)電機(jī)工程系，電廠電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)專業(yè)現(xiàn)為國孓電乃公司熱工研究院教授級高級工程師。主要從事欠電廠熱工自動(dòng)化及電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技長的研究工作。