抽油機節能電控裝置綜述

2）對于注水油井，如果停止抽取，勢必會(huì )影響產(chǎn)油量，這將是得不償失的事，對于這類(lèi)油井，就要采用其它的節能方法。

為了使抽油泵的排量與油井的滲透能力相適應，可以通過(guò)改變抽油機的電動(dòng)機轉速來(lái)實(shí)現。抽油泵是一種柱塞泵，對電動(dòng)機來(lái)講是一種恒轉矩性的負載，也即電動(dòng)機的電功率與其轉速成正比。這里要提醒注意的一點(diǎn)是:有人一說(shuō)到泵，就想當然地認為和風(fēng)機、水泵一樣屬于平方轉矩型負載了，或者說(shuō)“近似于泵類(lèi)負載”，這都是錯誤的。要知只有葉片式的風(fēng)機和水泵，在不計其靜扭矩時(shí)，有近似于平方轉矩的負載特性，也即：排量與轉速成正比，壓頭（或揚程）與轉速的平方成正比，而軸功率則與轉速的立方成正比。

隨著(zhù)現代電力電子技術(shù)的發(fā)展，低壓變頻器已是十分成熟的電氣產(chǎn)品，并且其價(jià)格也已經(jīng)大幅度下降，目前進(jìn)口變頻器的價(jià)格約為600～700元/kW。國產(chǎn)變頻器的價(jià)格在400～500元/kW，在抽油機上大量推廣變頻調速節能改造已經(jīng)成為可能。抽油機改用變頻器拖動(dòng)以后有以下幾個(gè)好處：

1）可根據油井的實(shí)際供液能力，動(dòng)態(tài)調整抽取速度，一方面達到節能目的，同時(shí)還可以增加原油產(chǎn)量；

2）由于實(shí)現了真正的軟起動(dòng)，對電動(dòng)機、變速箱，抽油機都避免了過(guò)大的機械沖擊，大大延長(cháng)了設備的使用壽命，減少了停產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率；

3）大大提高了功率因數（可由原來(lái)的0.25～0.5提高到0.9以上），從而大大減少了供電電流，減輕了電網(wǎng)及變壓器的負擔，降低了線(xiàn)損，挖掘出大量的“擴容”潛力。

但是，將變頻器用于抽油機拖動(dòng)時(shí)，也有幾個(gè)問(wèn)題需要解決，主要是沖擊電流問(wèn)題和再生能量的處理問(wèn)題，下面分別加以分析。

6.1 沖擊電流問(wèn)題

如圖2（見(jiàn)第3期P183）所示，游梁式抽油機是一種變形的四連桿機構，其整機結構特點(diǎn)像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對于支架來(lái)說(shuō)，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致，那么用很小的動(dòng)力就可以使抽油機連續不間斷地工作。也就是說(shuō)抽油機的節能技術(shù)取決于平衡的好壞。在平衡率為100％時(shí)電動(dòng)機提供的動(dòng)力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，則需要電動(dòng)機提供的動(dòng)力越大。因為抽油載荷是每時(shí)每刻都在變化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，才使得游梁式抽油機的節能技術(shù)變得十分復雜。因此，可以說(shuō)游梁式抽油機的節能技術(shù)就是平衡技術(shù)。

據筆者對某油田18口井的調查，只有1～2口井的配重平衡較好，絕大部分抽油機的配重嚴重不平衡，其中有10口井的配重偏小，另有6口井配重又偏大，從而造成過(guò)大的沖擊電流，沖擊電流與工作電流之比最大可超過(guò)5倍，甚至超過(guò)額定電流的3倍！不僅浪費掉大量的電能，而且嚴重威脅到設備的安全。同時(shí)，也給采用變頻器調速控制造成很大的困難，一般變頻器的容量是按電動(dòng)機的額定功率來(lái)選配的，過(guò)大的沖擊電流會(huì )引起變頻器的過(guò)載保護，不能正常工作。

通過(guò)對抽油機曲柄配重塊的調整，可以使沖擊電流降到電機額定電流之內，沖擊電流與正常工作電流之比在1.5倍以?xún)?。這樣，選用與電機額定功率同容量的變頻器，甚至略小于電機額定功率的變頻器（要視抽油機電動(dòng)機的負載率而定）都可以長(cháng)期穩定運行。

由于抽油機的起動(dòng)扭矩往往很大，慣性也很大，所以要將變頻器的加減速時(shí)間設置得足夠長(cháng)，一般為30～50s，才不致在起動(dòng)時(shí)引起過(guò)載保護。

6.2 再生能量的處理問(wèn)題

由于抽油機屬位能性負載，尤其當配重不平衡時(shí)，在抽油機工作的一個(gè)沖程中，會(huì )出現電動(dòng)機處于再生制動(dòng)工作狀態(tài)（發(fā)電狀態(tài)），電動(dòng)機由于位能或慣性，其轉速會(huì )超過(guò)同步速，再生能量通過(guò)與變頻器逆變橋開(kāi)關(guān)器件（IGBT）并聯(lián)的續流二極管的整流作用，反饋到直流母線(xiàn)。由于交—直—交變頻器的直流母線(xiàn)采用普通二級管整流橋供電，不能向電網(wǎng)回饋電能，所以反饋到直流母線(xiàn)的再生能量只能對濾波電容器充電而使直流母線(xiàn)電壓升高，稱(chēng)作“泵升電壓”。直流母線(xiàn)電壓過(guò)高時(shí)將會(huì )對濾波電容器和功率開(kāi)關(guān)器件構成威脅，為了保護電容器及功率開(kāi)關(guān)器件的安全，所以，變頻器都設置了“OUD”保護——直流母線(xiàn)電壓高保護停機功能。

1）一種辦法是增大變頻器直流母線(xiàn)上濾波電容器的容量，將再生能量?jì)Υ嫫饋?lái)，等電動(dòng)狀態(tài)時(shí)再釋放給電動(dòng)機作功。這種方法對節能有利，但是電容器的儲能作用是有限的；譬如，某抽油機電動(dòng)機的平均功率以10kW計算，回饋功率以25％計算為2.5kW，在一個(gè)沖程中發(fā)電狀態(tài)為2～3s的話(huà)，則回饋能量A_d=6000J。若采用15kW的變頻器，其直流母線(xiàn)濾波電容的容量為2200μF，正常工作時(shí)直流母線(xiàn)電壓小于600V（U_s），“OUD”保護電壓（U_sm）為800V，那么A_s=CU_sm²－