深圳西驰变频器 油田抽油机 磕头机专用高压变频器

西驰变频器在油田抽油机上的应用

一、抽油机概述

抽油机是开采石油的一种机器设备，俗称“磕头机”，通过加压的办法使石油出井。抽油机是我国油田上最常用的采油设备，相关数据表明，目前我国抽油机的保有量在10万台以上，其电机总装机容量达到3500兆瓦，年耗电量超过百亿千瓦时。但常规的抽油机系统普遍存在着效率低、能耗大、冲次调节困难等明显的缺点，因此多年来，针对抽油机的各种电控节能技术不断涌现，如就地无功补偿、星角转换运行、能量回馈、调压及变频调速技术等等。近年来，随着变频技术的成熟及生产成本的降低，以变频器为核心的变频调速节能技术在采油行业得到了积极的推广应用。

二、抽油机工作原理

抽油机是利用交流异步电动机通过皮带轮驱动抽油机架上减速传动装置，牵动柱塞泵中活塞往复运动，将渗透到柱塞中的原油提取出来。其出油产量取决于柱塞泵的冲次数、渗透情况、漏失时间以及井下环境等因数。以往电机恒速运行，上下冲程时间基本相当。对于一些渗透情况较差的油井，如上下冲程时间相等，则其柱塞中液体的饱和度较小，上升时间过长，漏失时间大，严重影响产量，增加电耗；另一方面，由于抽油机的配重不平衡，往复过程中势能将以再生反电势的形式冲击电网，构成内耗，污染电网，不利于电网的使用。

◆结构分析

图一为游梁式抽油机的结构示意图，其结构实际上是一种变形的四连杆机构，以游梁支点为中心，左端为配重载荷，右端为抽油载荷。

抽油机的基本工作过程为：电动机经减速装置带动配重块旋转往复运动，从而拉动游梁使驴头不断上下运动(即上下冲程)，最终带动活塞式抽油泵抽油。在上冲程运行时，电动机和配重块需克服抽油载荷做功。在下冲程时，驴头及抽油装置迅速下降，电机实际转速会超过同步转速使电机处于发电运行状态。对电机来说，如果抽油载荷和配重载荷形成的扭矩相等或差值很小，那么用很小的动力就可以推动抽油机工作。相反，平衡率越低，则需要电动机提供的动力就越大。

由图，游梁式抽油机的电机负荷是一种周期性脉动负荷，实际工况中还伴有不规则的瞬间冲击载荷。为满足这种特殊的工况要求，抽油机的拖动电机必须同时满足三大要求，即冲程、冲次及允许挂重；其次，为保证有足够的启动转矩来克服启动时的静态不平衡惯量，电动机在设计时往往留有较大的容量裕度，如6型抽油机配18.5kW电机，10型抽油机配30kW电机等。

正因如此，这些电机正常运行时负荷率都很低,一般在20%~30%。低负荷率就会带来功率因数低、电能浪费大、效率低等一系列不利因素，这也使得抽油机改造成为采油行业的一个节能重点。

三、应用方案

西驰电气作为变频器专业制造商，始终致力于变频节能技术的推广应用，早在2004年，我司的CFC610系列节能产品已在辽河、中原及胜利油田成功应用。随着我司CFC710/CFC810系列矢量型高性能变频器在市场上的成功推出，矢量变频节能技术显示了其***的技术优势。

◆方案节能原理

将主动轮直径选到可调节的值，此时冲程次数已超过正常生产所允许的范围，通过降低变频器的输出频率，使磕头机运行于正常生产的冲程次数，运行频率将小于50HZ，并因此获得节能效果；在每一个冲程中，在柱塞下降的过程中，可减缓下降速度，以便提高渗透时间，使柱塞管道中渗满液体，在柱塞上升过程中，提高上升速度，减小漏失时间，增加出油量，提高效率。我们通过设定变频器的运行频率可获得相应的抽油机冲次数和上升、下降时间。变频器运行频率的变化速度可调节变频器加减速时间，因一个冲程时间较短，可将加速时间设为2秒，减速时间设为2秒。

另外由于配重块的不平衡，在往复运动中，电机产生反向电势，反电势经逆变单元反加至滤波电容两端，变频器直流侧电压将上升，为避免变频器跳过电压保护，因此要求依据变频器功率型号在直流侧加装配套的回馈单元，制动单元与制动电阻，安装回馈单元和制动单元后，变频器直流母线电压上升到回馈单元设定值时（回馈单元设定值＜制动单元设定值），先通过回馈单元将电能返回电网，如果变频器直流母线电压上升到制动单元设定值时，再通过制动单元和制动电阻释放，由制动电阻将多余能量吸收，但如回馈单元设定值和制动单元设定值设置不当，制动单元与制动电阻吸收过多的能量对于节能运行是不利的。

由于抽油机较多处于野外，因此为了保证设备可靠性，要求变频器在检修或损坏时抽油机可切换到工频运行，所以加设工频、变频切换装置及故障显示。

◆方案电路图

如下图所示，变频装置的主电路上都安装了“市电”、“节电”接触器，这样抽油机可有“市电”、“节电”两种工作模式选择：市电模式下，变频器不工作，整套系统按原有电路运行；节电模式下，电动机变频节能运行，抽油机的冲程及冲次可通过变频器频率无极调节，省去了原有调整机械传动比的繁琐工序。

四、方案特点

1、省电能，降低能源消耗，节约生产成本，节电率可达20%-50%。

2、提高电网功率因数，节省就地补偿装置，电网侧功率因数达到0.95以上。

3、平滑启动，消除启动时的大电流冲击，启动时电机电流可限制在其额定电流的150%以内。

4、平缓停车和平缓启动，消除液压冲击现象。

5、设备故障率下降，可靠性提高，减少了备品备件消耗，降低了维修成本。

6、微电脑智能控制，具有强大的自学习功能，自动适应油田工况的变化，无需人工调整。

7、市电/节电切换。具有完善的市电/节电转换功能，特殊情况下，一旦变频器发生故障，可以自动切换到市电运行，不会影响抽油机的正常工作。

8、CFC610系列油田专用变频器一旦安装调试完成，上电后它就会自动运行，操作和工作方式相比改造前完全相同，操作工不必重新培训。

9、完善的运行指示和故障查寻功能，方便设备管理人员的日常维护工作。

10、CFC610系列油田专用变频器能有效地消除低次和高次谐波。使之达到国标。

五、应用案例