VD300A系列变频器在油田磕头机上的应用方案-沃森电气.PDF

VD300A 系列变频器在油田磕头机上的应用方案V1-1 一、概况 游梁式抽油机，俗称“磕头机”，是目前采油生产中的主要设备，其数量达10 万台以上。电 动机装机总容量在3500 万kW，年耗电量达百亿度以上。磕头机用电量约占油田总用电量的 40% ，运行效率非常低，平均运行效率只有 25%，功率因数低，电能浪费大。因此，磕头机 节能潜力非常巨大，石油行业也是推广 “电机系统节能”的重点行业。本文介绍了采用变频 调速技术，使磕头机的运动 律适应油井的变化工况，实现系统效率的提高，达到节能增产 的目的。 二、磕头机负载分析 1、国内应用最广泛的是游梁式竖井磕头机，它有三部分组成： （1）地面部分：由电动机、减速器和四连杆构成。 （2 ）井下部分：抽油泵（吸入阀、泵筒、柱塞和排油阀），它悬挂在套管中的下端。 （3 ）抽油杆柱：连接地面抽油机和井下抽油泵的中间部分。 2、磕头机的电机负荷是按周期变化的，开始起动时，负荷很大，要求启动转矩很大。正常运 行时负荷率很低， 般在20%左右，高时负荷率只有30% 。电机的负荷曲线有2 个峰值，分 别为磕头机上、下冲程的“死点”。未进行平衡的条件下，上、下冲程的负载极度不均衡，在 上冲程时，需要提起抽油杆柱和液柱，电机需付出很大能量。在下冲程时，抽油杆柱对电机 功，使电机处于发电状态。通常在磕头机的曲柄上加上平衡块，消除上下冲程负载不平衡 度。平衡块调节较好，其发电状态的时间和产生的能量就小，由于抽油负荷是每时每刻在变 化，平衡配重不可能随抽油负荷 完全 致的变化，绝大部分磕头机配重严重不平衡，从而 造成过大的冲击电流，冲击电流最大可为5 倍的工 电流，甚至达到额定电流的3 倍。调整 好平衡配重，可降低冲击电流为正常工 电流的1.5 倍。 负载特性：是恒速运行，由于配重，是变转矩，变功率负载在 个循环周期内有两次发电状 态，起动力矩大、惯性大。在国内油田使用的磕头机普遍存在的问题：运行时间长，“大马拉 小车”，效率低，耗能大，冲程和冲次调节不方便，有空抽现象。 三、传统磕头机变频器改造的难点 磕头机变频节能改造做了大量的尝试，但都不太成功，主要问题是： （1）磕头机在 个工作循环中，有两次发电状态，尤其当配重不平衡时，产生的“泵升电压” 很高，靠加大变频器直流侧电解电容和减小制动电阻值，不能完全解决问题，并且随着油层 的变化，“泵升电压”也在变化。 （2 ）磕头机起动需要较大的起动转矩，如变频器参数设置不当，易造成过流或不能起动。 （3 ）以往的变频节能改造设计方案很少考虑油井的油面、油浓度的变化等情况。在提高产量 方面，效果不佳。 四、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 ，并能适应宽的输入工 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。 五、变频器接线图及参数设置 QF P+ P- 输L1/R R U 入 L2/S S V M 电 源L3/T T W VicRuns VD30