VD500系列变频器在油田磕头机上的应用方案-沃森电气.PDF

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，