东力科创CT200变频器在悬梁式抽油机上的应用.doc

东力科创CT200变频器在悬梁式抽油机上的应用

东力科创CT200变频器在悬梁式抽油机上的应用

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东力科创CT200变频器在悬梁式抽油机上的应用

东力科创CT200变频器在悬梁式抽油机上的应用

深圳市东力科创技术有限公司技术服务部

摘要

传统的悬梁式抽油机采用恒速运行加装制动单元或能量回馈的方案，能耗和成本方面存在很大的弊端。本文介绍了以东力科创CT200系列变频器为核心的电控系统在油田抽油机上的应用，提出了能量和功率双闭环控制的全新方案，效率更高，成本更低。

关键词：CT200变频器悬梁式抽油机双闭环

一、引言

我国的油田绝大部分为低能、低产油田，不像国外的油田有很强的自喷能力，大部分油要靠注水来压油入井，靠抽油机(磕头机)把油从地层中提升上来。在我国，以水换油、以电换油是目前油田的现实，耗电费用在我国的石油开采成本中占了相当大的比例。所以，石油行业十分重视节约电能，节省电耗就是直接降低石油的开采成本。?

抽油机节能，其首选方案是采用变频器对其电机拖动系统进行改造，抽油机改用变频器拖动后有以下几个好处：

(1)?提高功率因数：输入侧功率因数可由原来的0.25～0.5提高到0.9以上，大大减小了供电电流，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损，可省去大量的“增容”开支。?

(2)?提高运行效率：可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，一方面达到节能目的，同时还可以增加原油产量，系统效率大大提高。?

(3)?实现了真正的“软起动”：对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命，减少了停产时间，提高了生产效率。?

但是，变频器用于抽油机电机时，也有几个问题需要解决，主要是冲击电流问题和再生能量的处理问题，下面分别加以分析。

二、悬梁式抽油机现状介绍

2.1悬梁式抽油机机械机构介绍

游梁式抽油机主要是由四大部分组成的：

(1)游梁部分：驴头、游梁、横梁、尾梁、连杆、平衡块(复合平衡抽油机)

(2)支架部分：横梁轴承座、工作梯、护圈、操作台、支架。

(3)减速器部分：底座、减速器筒座、减速器、曲柄、配重块、刹车等部件。

(4)配电部分：电机座、电机、配电箱等

1-底座;2-支架;3-悬绳器;4-驴头;5-游梁;6-横梁轴承座;7-横梁;8-连杆;9-曲柄销装置;

10-曲柄装置;11-减速器;12-刹车保险装置;13-刹车装置;14-电动机;15-配电箱。

如图所示，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。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。

2.2悬梁式变频改造现状介绍

就实际的变频改造情况来看，绝大部分抽油机的配重实际上是严重不平衡的，从而造成过大的冲击电流，不仅无谓浪费掉大量的电能，而且严重威胁到设备的安全。同时也给采用变频器调速控制造成很大的困难：一般变频器的容量是按电动机的额定功率来选配的，过大的冲击电流会引起变频器的过载保护，不能正常工作。?

此外，在油井开采前期储油量大，储油量大，供液足，为提高采油效率可采用固定频率运行，保证较高的产油量。但是在中、后期，由于石油储油量减少，易造成供液不足，电机若仍然工作在当前频率状态势必浪费电能造成不必要的损耗，这时需要考虑实际工作情况，适当降低电机转速减少冲程有效提高充盈率。

三、传统的变频解决方案介绍

变频技术引入到游梁式抽油机控制中去是大势所趋。变频调速属于无极调速，根据电动机工作电流的大小确定电动机的工作频率，这样可以根据井况的变化，方便的调节抽油机的冲程，达到节能和提高电网功率因数的目的。而矢量变频控制技术的应用可保证低速大转矩输出，转速可以平滑地大范围调节。同时，变频器对电动机保护功能齐全，如短路、过载、过压、欠压及失速等，可有效地保护电机及机械设备，保证设备在安全的电压下工作，具有运行平稳、可靠，提高功率因数等诸多优点，是采油设备改造的理想方案。目前主流的解决方案有以下几种：

方案1：变频器加能耗制动单元

这种方式比较简单，但运行效率低。这主要是因为恒速运行时下冲程状态下电机发电能量回馈导致的。在使用普通变频器时，普通变频器的输入是二极管整流，能量不可反方向流动。上述这部分电能没有流回电网的通路，必须用电阻来就地消耗，这就是必须使用能耗制动单元的原因，也直接导致了能耗较大，整体效率偏低。