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變頻控制柜在抽油機生產(chǎn)中的應(yīng)用
發(fā)布者：shnengken  發(fā)布時間：2014-05-10 15:50:59
目前變頻技術(shù)的發(fā)展十分迅速，在油田生產(chǎn)中，在工業(yè)領(lǐng)域里的應(yīng)用日益廣泛。變頻技術(shù)的原理，結(jié)合信息技術(shù)、模糊控制技術(shù)、計算機技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、傳感器技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)，使得油田開發(fā)過程中的抽油機能耗控制得到根本的改善。利用變頻調(diào)速技術(shù)，通過傳感器技術(shù)實現(xiàn)模糊控制，使機械采油的效率在運行過程中始終保持在最佳狀態(tài)，有效杜絕了設(shè)備的空耗，從而實現(xiàn)了節(jié)能的目的。同時變頻技術(shù)的利用使抽油機實現(xiàn)了軟啟動，設(shè)備選型更加合理。變頻技術(shù)的應(yīng)用適應(yīng)熱采區(qū)塊吞吐輪次高，地下參數(shù)變化大的生產(chǎn)特點，使得變頻技術(shù)在油田開發(fā)過程中具備了廣闊的推廣空間。 宋體; 宋體;">變頻柜在油井節(jié)能、增產(chǎn)運行機理 工作原理 當前在各種抽油機變頻柜中處理再生電能的方法有制動電阻、吸收電容、回饋制動等，其中較為先進的方法是利用回饋制動的方式將這部分電能回饋電網(wǎng)。抽油機能量回饋智能變頻控制柜，在電動機驅(qū)動抽油機的狀態(tài)時由主變頻器從電網(wǎng)吸收電能，而在油井釋放能量狀態(tài)時由回饋變頻器將這部分能量變成與電網(wǎng)電壓同步同相位的正弦波經(jīng)過濾波后回饋電網(wǎng)，利用變頻控制柜+永磁電機配合使用，進行節(jié)能改造經(jīng)實踐證明效果非常明顯，節(jié)電率高達30％一60％。 2.2  增產(chǎn)原理動態(tài)節(jié)能裝置通過輸入正常頻率、最小載荷、最高頻率、最低頻率，能夠根據(jù)實時采集載荷及示功圖進行分析處理。在一個沖程內(nèi)采集的載荷大于最小載荷，抽油機按正常頻率運行，如果采集的載荷小于最小載荷，變頻柜將在最高頻率和最低頻率之間分成多段運行。對于上下不平衡油井，控制抽油機按不同的頻率運行，達到上快、下慢的方式運行，減少空抽，提高泵效，從而節(jié)約能源，提高原油產(chǎn)量。 電動機節(jié)能原理 般稱為“大馬拉小車”的情況是常見的。因此，電動機節(jié)能是不容忽視的重要問題。電動機運行效率取決于電動機負荷率，國家標準GBl2497—1995規(guī)定，Y2系列(IP44)37kw/6極電動機的負荷率應(yīng)大于0.40：22kw 6極電動機的負荷率應(yīng)大于0.46，此時電動機為經(jīng)濟運行。對于不同功率的Y系列電動機，效率下降點也不同。一般情況下，效率和功率因數(shù)隨負荷率變化的曲線如圖l所示。把效率將要快速下降點q所對應(yīng)的負荷率稱為臨界負荷率β。當負荷率β＞βa。時，效率的變化不大，這是由于電動機的可變損耗和不變損耗的對比關(guān)系所決定的，當負荷率β(0.70時，功率因素下降很快。功率因素的低下不但使電動機本身能耗有所增加，而且給電網(wǎng)造成了附加損耗，降低了電網(wǎng)容量和變壓器設(shè)備的利用率。 從以上討論可以看出，只要負荷率β不低于βa，“大馬拉小車”的影響主要是降低功率因數(shù)。對于一般負荷(如風(fēng)機、水泵)，節(jié)能的關(guān)鍵是提高負荷率。如果將負荷率提高到0.70—0.80可以說是最佳運行區(qū)間，沒有必要提高到1。一般工作在β＝0.70以上，功率因數(shù)就比較高。 宋體;">游梁式抽油機用電動機運行特點; 游梁式抽油機是機械采油的主要設(shè)備，約占機采井總數(shù)的75％。它工作時承受帶沖擊性的周期交變負荷，如圖2a所示。這一負荷特性要求驅(qū)動電動機在選擇容量時留有足夠的裕度，以保證帶載啟動時能克服抽油機較大的慣性矩，滿足啟動要求；在運行時有足夠的過載能力，以克服交變載荷的最大扭矩。因此，電動機容量選擇就過大，負荷匹配不合理，大多數(shù)情況下電動機處于輕載狀態(tài)，負荷率一般為0.25．同時，電動機在一個沖次中還存在兩段發(fā)電狀態(tài)，一個沖次內(nèi)電動機電流如圖2b所示，在一個沖次內(nèi)其電壓、電流相量圖如圖3所示。在一個沖次內(nèi)，電流的大小及相位角φ總是變化的，相位有大于90°的情況，這段時間有功電流為負，為發(fā)電狀態(tài)，這已從理論上和現(xiàn)場實測得到證明。在現(xiàn)場實測中，采用兩種方法：一是接人三相電度表，在一個沖次內(nèi)有兩次電表反轉(zhuǎn)：二是用計算機采集電壓、電流的正弦波形，也清楚看出相位角甲大于90°的情況。發(fā)電情況與平衡有關(guān)，平衡效果越差，發(fā)電越多。平衡效果較好時，只有一次發(fā)電狀態(tài)。這種特殊負荷給電動機節(jié)能帶來很大難度。另外，抽油桿運動時的慣性作用和彈性變形，使抽油機在上下死點產(chǎn)生沖擊，而普通Y系列電動機的機械特性是硬特性。在運行過程中轉(zhuǎn)速隨負荷變化不大，抽油泵柱塞的實際行程由此變短，從而影響泵的充滿率，降低泵效，使整個游梁式抽油機的系統(tǒng)效率降低。 由以上分析可知，游梁式抽油機節(jié)能應(yīng)包括兩個方面：一是從電動機本身考慮，就是提高電動機效率和負荷率，從而提高運行效率和功率因數(shù)。提高電動機效率的潛力不大，能提高幾個百分點就很不容易而且是以提高電動機成本為代價的。因此，如果負荷率高于臨界負荷率，只要并上適當?shù)难a償電容器就達到節(jié)能的目的。二是從系統(tǒng)考慮，就是改變電動機的機械特性，使機、桿、泵整個系統(tǒng)達到較好的配合，提高系統(tǒng)效率。兩者比較，后者的節(jié)能潛力比前者大得多。因此，后者應(yīng)該是游梁式抽油機用電動機節(jié)能的主要研究方向。 宋體;">油田電動機節(jié)能情況 多年來，人們在抽油機用電動機節(jié)能方面做了大量的研究工作，為油田的節(jié)能做出了很大貢獻。從抽油機載荷特性上看，其變化規(guī)律比風(fēng)機、水泵類的載荷復(fù)雜得多，這給研究工作帶來許多困難。
目前油田電動機節(jié)能主要分為三個方面：其一，人為地改變電動機的機械  特性以實現(xiàn)負荷特性的柔性配合，從而提高系統(tǒng)效率，實現(xiàn)節(jié)能。這種方法主要是改變電源頻率。其二，從設(shè)計上改變電動機的機械特性(如高轉(zhuǎn)差電動機和超高轉(zhuǎn)差電動機)，從而改善電動機與抽油機的配合，提高系統(tǒng)運行效率，達到節(jié)能。其三，通過提高電動機的負荷率、功率因數(shù)，實現(xiàn)節(jié)能。下面對油田普遍使用和正在試驗的幾種電動機進行分析。 4.1 變頻調(diào)速電動機 全可靠。該裝置的應(yīng)用，可以降低抽油機全系統(tǒng)的運行速度，以減輕傳動、運動部分的疲勞和磨損(如油桿、皮帶等)，有完全故障保護，使用安全。 獨特的設(shè)計結(jié)構(gòu)，變頻主機做了防腐處理，具有防潮、防鹽霧功能及運行溫度在-l0℃～55℃之間，提高抽油機運行的可靠性。5.1.7 具有備用工頻旁路系統(tǒng)，根據(jù)需要可轉(zhuǎn)工頻旁路運行，以保障正常生產(chǎn)。 本系列抽油機能量回饋智能變頻控制柜對孤東采油廠11-N20井等18口油井的調(diào)速電機改造后，經(jīng)過前后對比測試節(jié)電率為18％，效果十分明顯。 要進一步提高游梁式抽油機的節(jié)能效果，一方面應(yīng)從改善現(xiàn)有電動機的機械特性人手，使其機械特性與抽油機的負載特性互相配合，在負荷較小時工作特性較硬，負荷變大時特性變軟，既可減小輕載時的轉(zhuǎn)差損耗，又可像超高轉(zhuǎn)差電動機那樣增大抽油泵柱塞行程，提高泵效，提高系統(tǒng)效率。 ; 要達到此目的，最理想的是用頻敏材料制造電動機的轉(zhuǎn)子繞組，但目前還未見有關(guān)研制成功頻敏效果較好(在00—50HZ內(nèi))材料的報道，一旦頻敏材料的研究取得突破，必將給電動機的制造和節(jié)能開創(chuàng)新的途徑。另一方面是研制四象限變頻器，這樣就可以把電動機發(fā)電狀態(tài)所發(fā)的電回饋電網(wǎng)。國外已有此類產(chǎn)品，但價格很高。國內(nèi)有些單位也在做這方面的工作。 總之，盡管目前在游梁式抽油機電動機節(jié)能方面做了大量工作，但要解決的問題還是很多，電動機節(jié)能情況不太理想，還需各方面做出更多的努力。 5.1.1 無須更換電機，省時省力。軟啟動、軟停止，降低工頻啟動造成的電機和電纜的絕緣老化，延長了設(shè)備的維修周期及使用壽命。
    5.1.4  能量回饋電網(wǎng)。采用雙變頻控制技術(shù)，能把負載輕重變化時電機產(chǎn)生的再生電能中97％的電能回饋電網(wǎng)，增加運行經(jīng)濟效益。
    5.1.5  安全可靠。該裝置的應(yīng)用，可以降低抽油機全系統(tǒng)的運行速度，以減輕傳動、運動部分的疲勞和磨損(如油桿、皮帶等)，有完全故障保護，使用安全。
    5.1.6  獨特的設(shè)計結(jié)構(gòu)，變頻主機做了防腐處理，具有防潮、防鹽霧功能及運行溫度在-l0℃～55℃之間，提高抽油機運行的可靠性。
    5.1.7 具有備用工頻旁路系統(tǒng)，根據(jù)需要可轉(zhuǎn)工頻旁路運行，以保障正常生產(chǎn)。本系列抽油機能量回饋智能變頻控制柜對孤東采油廠11-N20井等18口油井的調(diào)速電機改造后，經(jīng)過前后對比測試節(jié)電率為18％，效果十分明顯。 結(jié)論 另一方面是研制四象限變頻器，這樣就可以把電動機發(fā)電狀態(tài)所發(fā)的電回饋電網(wǎng)。國外已有此類產(chǎn)品，但價格很高。國內(nèi)有些單位也在做這方面的工作?？傊?，盡管目前在游梁式抽油機電動機節(jié)能方面做了大量工作，但要解決的問題還是很多，電動機節(jié)能情況不太理想，還需各方面做出更多的努力。
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