EDS2880系列變頻器在抽油機上應用情況及措施

摘要：
電量約占油田總用電量的40%，運行效率非常低，平均運行效率只有25%，功率因數低，電能浪費大。因此，抽油機節能潛力非常巨大，石油行業也是推廣“電機系統節能”的重點行業。本文介紹了采用變頻調速技術，使抽油機的運動規律適應油井的變化工況，實現系統效率的提高，達到節能增產的目的。

一．概況
抽油機是目前采油生產中的主要設備，其數量達10萬臺以上。電動機裝機總容量在3500萬KW，年耗電量達百億度以上。抽油機用電量約占油田總用電量的40%，運行效率非常低，平均運行效率只有25%，功率因數低，電能浪費大。因此，抽油機節能潛力非常巨大，石油行業也是推廣“電機系統節能”的重點行業。

二．抽油機變頻改造的幾個好處
1.大大提高功率因數，（0.25～0.5提高0.9以上）。減小了供電電流，從而減小了電網及變壓器的負荷。
2.動態調整抽取速度，一方面節能，同時增加原油產量。
3.實現真正“軟起動”對電機變速箱抽油機，避免過大機械沖擊，延長設備使用壽命。

抽油機作業場景

三．抽油機負載分析
1.國內應用最廣泛的是游梁式豎井抽油機，它有三部分組成：
1）地面部分：由電動機、減速器和四連桿構成；
2）井下部分：抽油泵（吸入閥、泵筒、柱塞和排油閥），它懸掛在套管中的下端；
3）抽油桿柱：連接地面抽油機和井下抽油泵的中間部分
2.抽油機的電機負荷是按周期變化的，開始起動時，負荷很大，要求啟動轉矩很大。正常運行時負荷率很低，一般在20%左右，高時負荷率只有30%。電機的負荷曲線有2個峰值，分別為抽油機上、下沖程的“死點”。
未進行平衡的條件下，上、下沖程的負載極度不均衡，在上沖程時，需要提起抽油桿柱和液柱，電機需付出很大能量。在下沖程時，抽油桿柱對電機作功，使電機處于發電狀態。通常在抽油機的曲柄上加上平衡塊，消除上下沖程負載不平衡度。平衡塊調節較好，其發電狀態的時間和產生的能量就小，由于抽油載荷是每時每刻在變化，平衡配重，不可能隨抽油負荷作完全一致的變化，絕大部分抽油機配重嚴重不平衡，從而造成過大的沖擊電流，沖擊電流最大可是5倍的工作電流，甚至達到額定電流的3倍。調整好平衡配重，可降低沖擊電流是正常工作電流的1.5倍。
負載特性：是恒速運行，由于配重，是變轉矩，變功率負載在一個循環周期內有兩次發電狀態，起動力矩大、慣性大。在國內油田使用的抽油機普遍存在的問題：運行時間長，“大馬拉小車”，效率低，耗能大，沖程和沖次調節不方便，有時空抽現象。

四．傳統抽油機變頻器改造的難點
油機變頻節能改造做了大量的嘗試，但都不太成功，主要問題是：
1）抽油機在一個工作循環中，有兩次發電狀態，尤其當配重不平衡時，產生的“泵升電壓”很高，靠加大變頻器直流側電解電容和減小制動電阻值，不能完全解決問題，并且隨著油層的變化，“泵升電壓”也在變化。
2）抽油機起動需要較大的起動轉矩，如變頻器參數設置不當，易造成過流或不能起動。
3）以往的變頻節能改造設計方案很少考慮油井的油面、油濃度的變化等情況。在提高產量方面，效果不佳。

五．解決方案
抽油機變頻改造存在的問題，我司提出以下解決方案：
1）采用變頻調速技術，使電機轉速與抽油機負載匹配。在前期井中由于剛開采，油量大，讓變頻器運行到65HZ，電機轉速提高30%，采油率比工頻提高20%，工效提高1.2倍。在中、后期井中，油量減小，降低轉速，減少沖程，一般頻率運行至35～40HZ之間，電機轉速下降30%。節電率可達25%，而且提高了功率因數。
2）動態調節抽油機的沖程頻次，隨著油井由淺入深的抽取，油量逐漸減小，出現泵充滿度不足，泵效下降，當油井的供油能力小于抽油泵排量時，就造成泵抽空和液擊現象。降低頻率，電機轉速下降，提高充滿度，不僅節能而且增加原油產量。
3）動態調節抽油機上下行程的速度，適當降低下行程速度，提高泵內的充滿度，適當提高上行程速度，可減小提升中漏失系數，使抽油機工作在最佳運行狀態，有效提高單位時間內原油產量。
4）起動力矩大，運行中負荷低，沖擊電流大
要從根本上解決問題，加大電動機極對數或增大減速箱速比，增大輸出力矩。變頻器正常運行80～90HZ。這也有利于減少發電狀態的能量，減少“泵升電壓”。
5）再生能量的處理問題
增大變頻器直流側濾波電容的容量；
減少制動電阻值，提高制動系統的耗電能力，或直接使用回饋制動，減小能量損失；
發電時，頻率增大。
6） 防空抽，增產。動態調節抽油機沖程頻次和上、下行程速度。設定電機的輸出功率標準值，實時檢測電機輸出功率，控制電機轉速，大于標準值，加速。反之減速，實現閉環控制。

六．抽油機實測數據
大慶油田82-X110抽油機是一臺游梁式抽油機，電機功率為22KW，磁極數為8極。采用深圳市易能電氣技術有限公司生產的智能高效抽油機節電器進行變頻器節能改造。
上行程運行時，設置變頻輸出頻率為50Hz，下行程運行時，設置為30Hz。
抽油機工頻運行參數：
運行一個周期電流變化：20.1A～30.7A
4小時平均耗電度數：4.7度/每小時
抽油機節能運行參數：
運行一個周期電流變化：4.9A～18.7A
4小時平均耗電度數：3.9度/每小時

七．結束語
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．抽油機的負載變化是無規律的，故采用變頻調速技術，使抽油機的運動規律適應油井的變化工況，實現系統效率的提高，達到節能增產的目的。