VD500系列变频器在油田磕头机上的应用方案-沃森电气.PDF

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VD500系列变频器在油田磕头机上的应用方案-沃森电气

VD500 系列变频器在油田磕头机上的应用方案V1-2 关键词:磕头机,能量回馈单元,485 通信,节能 一,引言 进入21 世纪,变频调速技术得益于其优异的节能特性和调速特性,在我国油田中得到广泛应 用,中国产值能耗是世界上最高的国家之一。要解决产品能耗问题,除其它相关的技术问题需要改 进外,变频调速技术已成为节能及提高产品质量的有效措施。油田作为一个特殊行业,有其独特的 背景。目前,抽油机是应用最普遍的石油开采机械之一,也是油田耗电大户,其用电量约占油田总 用电量的40 %,且总体效率很低,据调查一般在30 %左右。油田抽油机负载是独具特点的时变负 载:有动、静负载特性之分。起动初始状态要求拖动电机的起动力矩是抽油机实际负载的3 -4 倍, 甚至更大,起动力矩是抽油机选配电机的第一要素。当起动力矩适用则负载功率必然匹配不佳,运 行负载功率都远小于电机的额定功率,即所谓“大马拉小车”现象。过剩的抽油能力令抽油机 的无功抽取时间增加,造成油井开采的电费成本居高不下,能源浪费十分严重。可见抽油机的节能 潜力非常可观。本文主要介绍沃森VD500 系列变频器在游梁式抽油机上的应用。 二、游梁式抽油机工作原理 游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构,其整机结构特点像一架天平:一端是抽油载荷,另一 端是平衡配重载荷。对于支架来说,如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致,那么用 很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在 平衡率为100%时电动机提供的动力仅用于提起1/2 液柱重量和克服摩擦力等,平衡率越低,则需 要电动机提供的动力越大。因为,抽油载荷是每时每刻都在变化的,而平衡配重不可能和抽油载荷 作完全一致的变化,才使得游梁式抽油机的节能技术变得十分复杂。因此,可以说游梁式抽油机的 节能技术就是平衡技术。工作时,驴头悬点上作用的载荷是变化的。上冲程时,驴头悬点提起与悬 绳器相连的抽油杆柱和液柱,在抽油机未进行平衡的条件下,电动机就要付出很大的能量。在下冲 程时,抽油机杆柱反转而对电动机做功,使电动机处于发电机的运行状态。抽油机未进行平衡时, 上、下冲程的载荷极度不均匀,这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和电动机的效率和 寿命,恶化抽油杆的工作条件,增加它的断裂次数。为了消除这些缺点,一般在抽油机的游梁尾部 或曲柄上或两处都加上了平衡重,这样一来,在悬点下冲程时,平衡重从低处上升至高处,平衡重 位能增加。平衡重所增加的位能由两部分构成:油杆柱下落所释放的位能与电动机产生的能量。在 上冲程时,平衡重由高处下落,把下冲程时储存的位能释放出来,帮助电动机提升抽油杆和液柱, 减少电动机在上冲程时所需给出的能量。目前使用较多的游梁式抽油机,都采用了加平衡配重的工 作方式,因此在抽油机的一个工作循环中,有两个电动机运行状态和两个发电机运行状态。当平衡 配重调节较好时,其发电运行状态的时间和产生的能量都较小。 三、沃森变频器产品优势 (1)不需要回馈单元或制动单元 通常情况下,变频器能根据磕头机的工况自动调节运行,不需要其他品牌传统方案:变频器+ 能量回馈/制动单元,通过软件自适应调整,系统成本低,可靠性高,(个别特别深的油井需要加相 对小功率的能量回馈或制动单元)。 (2)提高电网用电品质 不需要回馈单元就没有电流反馈电网,谐波和无功率电流都减少,提高电网用电品质,并在 相同电网容量下,为更多的磕头机或其他设备供电可降低电网建设成本。 (3)更高的节电效果 变频器向电网吸取的电能量刚好是工况所需要的能量,没有多余的消耗,比其他品牌的变频 器+制动单元传统方法节电更高。 (4)高品质和强大的环境适应性 在油田野外中午高温和冬天夜间低温长期可靠工作,并能适应宽的输入工作电压(低压可达 290VAC 输入)。 (5)自动启动功能和转速度追踪功能 变频器失电后电机自由旋转,当电网恢复正常后,纵然电机还在高速度转动,变频器依然可 以正常运转,不耽误生产。 (6)稳定的标准MODBUS-RTU 通信功能,实现组网远程集中控制,默认支持200 米传输距离,在加 增RS485 中继器后,最大可支持6KM 传输距离。 四、改造方案对比 (1)无变频改造: 此方案利用抽油机本身配置的平衡装置,实现电机的运行耗能最小化。由于原油的稠度等是时 刻变化的,但是配置不能实时调节,所以势 必造成大部分能量的浪费,及设备寿命的缩短。另外,

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