三晶變頻器在油田磕頭機(jī)上的應(yīng)用（二）
對長慶油田幾十口油井的調(diào)查顯示，只有1～2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，其中有一半以上口井的配重偏小，另有幾口井配重又偏 大，從而造成過大的沖擊電流，沖擊電流與工作電流之比最大可超過5倍，甚至超過額定電流的3倍。不僅無謂浪費(fèi)掉大量的電能，而且嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全。同時也給采用變頻器調(diào)速控制造成很大的困難：一般變頻器的容量是按電動機(jī)的額定功率來選配的，過大的沖擊電流會引起變頻器的過載保護(hù)動作而不能正常工作。
除上述兩方面問題外，油田采油的特殊地理環(huán)境決定了采油設(shè)備有其獨(dú)特的運(yùn)行特點(diǎn)：在油井開采前期儲油量大，供液足，為提高功效可采用工頻運(yùn)行，保證較高產(chǎn)油量；在中后期，由于石油儲量減少，易造成供液不足，電動機(jī)若仍工頻運(yùn)行，勢必浪費(fèi)電能，造成不必要損耗，這時須考慮實際工作情況，適當(dāng)降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速，減少沖程，有效提高充盈率。
2.2 游梁式抽油機(jī)的變頻改造主要有以下3個方面
(1) 大大提高了功率因數(shù)（可由原來的0.25～0.5提高到0.9以上），大大減小了供電（視在）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.這主要集中在供電企業(yè)對電網(wǎng)質(zhì)量要求較高的場合，為避免電網(wǎng)質(zhì)量的下降，需引入變頻控制，其主要目的就是減小抽油機(jī)工作過程對電網(wǎng)的影響。
(2) 以節(jié)能為第一目標(biāo)的變頻改造。這點(diǎn)較普遍，一方面，油田抽油機(jī)為克服大的起動轉(zhuǎn)矩，采用的電動機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實際所需功率，工作時電動機(jī)利用率一般為 20%～30%，最高不會超過50%，電動機(jī)常處于輕載狀態(tài)，造成資源浪費(fèi)。另一方面，抽油機(jī)工作情況的連續(xù)變化，取決于地底下的狀態(tài)，若始終處于工頻運(yùn)行，也會造成電能浪費(fèi)。為了節(jié)能，提高電動機(jī)工作效率，需進(jìn)行變頻改造。
(3) 由于實現(xiàn)了真正的“軟起動”，對電動機(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)時間，提高了生產(chǎn)效率。以提高電網(wǎng)質(zhì)量和節(jié)能為目的的變頻改造。這種情況綜合了上面兩種改造的優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用中的一個重要發(fā)展方向。
三、 抽油機(jī)的技術(shù)發(fā)展
第一代：最先的抽油機(jī)主馬達(dá)主要是采用三相異步電機(jī)啟動，三相異步電動機(jī)啟動運(yùn)行缺點(diǎn)就是沒有調(diào)速功能，只能保持一個恒速，嚴(yán)重影響產(chǎn)油量。這種不帶保護(hù)的抽油機(jī)電機(jī)控制方式已經(jīng)退出了歷史舞臺。
第二代：由于直流電動機(jī)的面世，也加快了直流電機(jī)在抽油機(jī)上的應(yīng)用，從而替代了異步電機(jī)的使用。采用直流調(diào)速的方法明顯的優(yōu)勝三相異步電機(jī)，產(chǎn)油量也高了許多；但直流電動機(jī)成本比較高，其調(diào)速性能也不是很理想。
第三代：采用變級電機(jī)調(diào)速，就是改變電機(jī)極對數(shù)來達(dá)到調(diào)速的目的，常采用4／8／32極多速電機(jī)實現(xiàn)。但其裝置比較復(fù)雜，占用空間也比較大，設(shè)備壽命短，穩(wěn)定性不太好。
第四代：變頻調(diào)速技術(shù)，由于變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)能及提高產(chǎn)品效益質(zhì)量的有效措施，油田中變頻器應(yīng)用在游梁式抽油機(jī)已經(jīng)非常廣泛。由于油井的類型和工況千 差萬別，井下滲油和滲水量每時每刻都在變．抽油機(jī)的負(fù)載變化是無規(guī)律的，故采用變頻調(diào)速技術(shù)，使抽油機(jī)的運(yùn)動規(guī)律適應(yīng)油井的變化工況，實現(xiàn)抽油系統(tǒng)效率的 提高，達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的目的。下面鐘對變頻器在油田嗑頭機(jī)中的應(yīng)用，例出幾個應(yīng)用方案做簡要論述。
四、 變頻技術(shù)在抽油機(jī)的應(yīng)用方案介紹
4.1 變頻器加制動單元控制
在變頻器主回路直流母線兩端加制動電阻和制動單元，由于抽油機(jī)起動時需要大力矩，上升段也需要大力矩，而在下降段電機(jī)處在發(fā)電狀態(tài)。最關(guān)建的就是下降段，這個過程是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，同時隨油的稠度，井深，產(chǎn)量調(diào)節(jié)往復(fù)運(yùn)動次數(shù)/MIN，導(dǎo)致電動機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，將多余能量反饋到電網(wǎng)，引起主變頻器主回路直流母線電壓升高（此問題在文章第2節(jié)提到過），而電能沒有流回電網(wǎng)的通路，必須用電阻來就地消耗，這就是我們在變頻器上必須使用制動單元和制動電阻的原因，現(xiàn)在大功率變頻器一般都可以定制動單元，完全可以達(dá)到理想中的控制效果。
除上述兩方面問題外，油田采油的特殊地理環(huán)境決定了采油設(shè)備有其獨(dú)特的運(yùn)行特點(diǎn)：在油井開采前期儲油量大，供液足，為提高功效可采用工頻運(yùn)行，保證較高產(chǎn)油量；在中后期，由于石油儲量減少，易造成供液不足，電動機(jī)若仍工頻運(yùn)行，勢必浪費(fèi)電能，造成不必要損耗，這時須考慮實際工作情況，適當(dāng)降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速，減少沖程，有效提高充盈率。
2.2 游梁式抽油機(jī)的變頻改造主要有以下3個方面
(1) 大大提高了功率因數(shù)（可由原來的0.25～0.5提高到0.9以上），大大減小了供電（視在）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.這主要集中在供電企業(yè)對電網(wǎng)質(zhì)量要求較高的場合，為避免電網(wǎng)質(zhì)量的下降，需引入變頻控制，其主要目的就是減小抽油機(jī)工作過程對電網(wǎng)的影響。
(2) 以節(jié)能為第一目標(biāo)的變頻改造。這點(diǎn)較普遍，一方面，油田抽油機(jī)為克服大的起動轉(zhuǎn)矩，采用的電動機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實際所需功率，工作時電動機(jī)利用率一般為 20%～30%，最高不會超過50%，電動機(jī)常處于輕載狀態(tài)，造成資源浪費(fèi)。另一方面，抽油機(jī)工作情況的連續(xù)變化，取決于地底下的狀態(tài)，若始終處于工頻運(yùn)行，也會造成電能浪費(fèi)。為了節(jié)能，提高電動機(jī)工作效率，需進(jìn)行變頻改造。
(3) 由于實現(xiàn)了真正的“軟起動”，對電動機(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)時間，提高了生產(chǎn)效率。以提高電網(wǎng)質(zhì)量和節(jié)能為目的的變頻改造。這種情況綜合了上面兩種改造的優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用中的一個重要發(fā)展方向。
三、 抽油機(jī)的技術(shù)發(fā)展
第一代：最先的抽油機(jī)主馬達(dá)主要是采用三相異步電機(jī)啟動，三相異步電動機(jī)啟動運(yùn)行缺點(diǎn)就是沒有調(diào)速功能，只能保持一個恒速，嚴(yán)重影響產(chǎn)油量。這種不帶保護(hù)的抽油機(jī)電機(jī)控制方式已經(jīng)退出了歷史舞臺。
第二代：由于直流電動機(jī)的面世，也加快了直流電機(jī)在抽油機(jī)上的應(yīng)用，從而替代了異步電機(jī)的使用。采用直流調(diào)速的方法明顯的優(yōu)勝三相異步電機(jī)，產(chǎn)油量也高了許多；但直流電動機(jī)成本比較高，其調(diào)速性能也不是很理想。
第三代：采用變級電機(jī)調(diào)速，就是改變電機(jī)極對數(shù)來達(dá)到調(diào)速的目的，常采用4／8／32極多速電機(jī)實現(xiàn)。但其裝置比較復(fù)雜，占用空間也比較大，設(shè)備壽命短，穩(wěn)定性不太好。
第四代：變頻調(diào)速技術(shù)，由于變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)能及提高產(chǎn)品效益質(zhì)量的有效措施，油田中變頻器應(yīng)用在游梁式抽油機(jī)已經(jīng)非常廣泛。由于油井的類型和工況千 差萬別，井下滲油和滲水量每時每刻都在變．抽油機(jī)的負(fù)載變化是無規(guī)律的，故采用變頻調(diào)速技術(shù)，使抽油機(jī)的運(yùn)動規(guī)律適應(yīng)油井的變化工況，實現(xiàn)抽油系統(tǒng)效率的 提高，達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的目的。下面鐘對變頻器在油田嗑頭機(jī)中的應(yīng)用，例出幾個應(yīng)用方案做簡要論述。
四、 變頻技術(shù)在抽油機(jī)的應(yīng)用方案介紹
4.1 變頻器加制動單元控制
在變頻器主回路直流母線兩端加制動電阻和制動單元，由于抽油機(jī)起動時需要大力矩，上升段也需要大力矩，而在下降段電機(jī)處在發(fā)電狀態(tài)。最關(guān)建的就是下降段，這個過程是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，同時隨油的稠度，井深，產(chǎn)量調(diào)節(jié)往復(fù)運(yùn)動次數(shù)/MIN，導(dǎo)致電動機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，將多余能量反饋到電網(wǎng)，引起主變頻器主回路直流母線電壓升高（此問題在文章第2節(jié)提到過），而電能沒有流回電網(wǎng)的通路，必須用電阻來就地消耗，這就是我們在變頻器上必須使用制動單元和制動電阻的原因，現(xiàn)在大功率變頻器一般都可以定制動單元，完全可以達(dá)到理想中的控制效果。
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