阿爾法抽油機專用型變頻器在勝利油田上的應用

一.     概述

目前，在油田抽油設備中，以游梁式磕頭抽油機應用最為普遍，數(shù)量也最多。但是，傳統(tǒng)的磕頭機普遍存在著起動沖擊大，運行耗電多，大馬拉小車、效率低下等諸多問題，加之油井情況復雜，稠油、結蠟、沙卡現(xiàn)象較多，斷桿、燒電機等現(xiàn)象經常發(fā)生，對電動機沒有可靠的保護功能，設備維修量大，為此，急需對現(xiàn)有的抽油機設備進行改造。
　　變頻調速器具有低速軟啟動，轉速可以平滑地大范圍調節(jié)，對電動機保護功能齊全，如短路、過載、過壓、欠壓及失速等，可有效地保護電機及機械設備，具有運行平穩(wěn)、可靠，提高功效等諸多優(yōu)點，是抽油設備改造的理想方案，其應用效果十分明顯。

二、變頻器的基本原理
　　由電機理論可知，其轉速公式為：
　　     n=60f/p×(1－s)
　　其中 P—電動機的極對數(shù)
　　　 s—轉差率
　　　 f－供電電源的頻率
　　   n－電動機的轉速
　　由上式可看出，電機轉速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調節(jié)電機轉速，而對于變頻器而言，其頻率的調節(jié)范圍是很寬的，可在0～400Hz之間任意調節(jié)，因此電機轉速即可以在較寬的范圍內調節(jié)。
　　 當然，轉速提高后，還應考慮到對其軸承及繞組的影響，防止電機過分磨損及過熱，一般最高頻率設在50Hz或65Hz。
　　現(xiàn)在我們應用的ALPHA變頻器都是交—直—交電壓源型變頻器，其電路如圖1示：

ALPHA變頻器功率器件為西門子的IGBT，控制器的核心是日立H8型單片機，質量穩(wěn)定可靠。
三、抽油機變頻器的難點
　　作為抽油設備，其運動為反復地上下提升，一個沖程提升一次，其動力來自于電動機帶動的兩個重量相當大的鋼質滑塊，當滑塊舉升時，類似于杠桿的作用，將抽油機桿送入井中，滑塊下降時，抽油桿提出帶油至井口，由于電機轉速一定，在滑塊下降過程中，負荷減輕，電機拖動產生的能量無地方施放，勢必進入再生發(fā)電狀態(tài)，造成主回路母線電壓升高，頻繁的高壓沖擊會損壞變頻器的主器件，包括電解電容及功率模塊，因此增加制動回路，讓再生電壓能及時地釋放掉，以保證設備在安全的電壓下工作。
　　再生制動電路即通常所說的剎車電路，如圖1中的虛線框內所示，包括比較電路、剎車模塊及剎車電阻等，其控制框圖如下：

　　我們從主回路通過取樣放大，與基準電壓相比較，通過調整電位器，使剎車單元在1.1Ue（Ue為額定母線電壓值）時導通，在1.05 Ue時斷開，即可控制主回路的電壓，保證其工作在允許的范圍內。
　　由于剎車模塊是以單結控制主回路的電壓，其可靠地工作是很關鍵的，這里吸收電路要作好，由于剎車電阻引線都比較長，其引線電感、尖峰電壓相應加大，為此采用了R、C、D吸收電路，圖中R3、C4用以吸收引線電感而產生的尖峰電壓，所加的快恢復二極管用以在剎車單元截止時在剎車電阻兩端產生的逆反電壓提供通路。在剎車單元頻繁地工作中，勢必會產生干擾電壓，造成模塊不應有的導通而損壞，在信號的輸入端加一抗干擾電容是必要的，以吸收由于干擾信號造成的模塊誤導通，一般選0.01uF左右的無感電容較適宜。
　　制動單元由于剎車電阻的限流一般電流不大，選100A左右即足夠，剎車電阻由于在每個沖程內都工作一次，其功率要足夠，以保證長期可靠地使用，一般選用10Kw/80Ω的電爐絲。
四、 現(xiàn)場應用
　　我們分別選前期井、中后期井進行了變頻改造。
　　在前期井中，由于剛開采，儲油量大，供液足，為提高功效，我們采用提高轉速的方式，讓變頻器運行至65Hz，頻率提高了1/3，相應地電機轉速提高了30%，其采油量也相應提高，其綜合采油率可比工頻情況下多采油20%，工效提高了1.2倍，很受油田采油工的歡迎。
　　 在中、后期井中，由于井儲量減少，供液不足，電機若仍工頻運行，勢必浪費電能，造成不必要的損耗，因而我們采用降低轉速的方式，減少沖程，一般將變頻器的頻率運行至35~40Hz之間，這樣電機轉速下降了30%，加之采油設備一般負荷較輕，其節(jié)電率可達25%左右，而且提高了功率因數(shù)，減少了無功損耗。
　　 變頻器同時具有軟啟/軟停功能，在電機啟動時，減少了對抽油桿的機械沖擊，對稠油、結蠟、沙卡、等都能有效地進行保護停機，以保護電機及機械設備，減少維修量，防止斷桿，變頻器對過壓、欠壓、過載、短路及電機失速都能可靠地保護，對延長電機的壽命，減少機械設備的磨損等，都具有很好的作用。
　　總之，抽油機應用變頻調速器，即可以提高工效，增加采油量，又可以節(jié)約電能，保護電機及設備，其應用前景是十分廣泛的。我們國家的抽油機設備相當多，相信變頻調速器在這方面是可以大有作為的。

下圖為阿爾法抽油機專用變頻器在勝利油田上的應用實物圖片：

附件：阿爾法變頻器使用測試報告

阿爾法變頻器使用測試報告

中石化勝利采油廠四礦于2004年5月在36280抽油機（工作制度56*3*4.5）井安裝了阿爾法變頻器（ALPHA6000），通個兩過多月的觀察，運行效果良好。該儀器基于變頻調速原理，采用微電腦控制，在抽油機大慣量變載的工作狀態(tài)下達到節(jié)能、增效、自動化的效果。使用電參數(shù)動態(tài)平衡測試儀（誤差為0.5%標準值），進行儀器運行前后的測試電量對比，情況如下：

1、改變工作制度的情況下運行抽油機井：

儀器變頻運行，頻率由50Hz下調到32.5Hz，沖次由4.5次降到3次。有功電量日節(jié)約40.32KWh，節(jié)電率為28.33%，功率因數(shù)提高0.13，產液單耗下降0.79。

2、設定同沖次的不同上下沖程速度運行抽油機井：

確保原沖次仍為4.5次，通過設定不同上、下行頻率，改變上、下行速度，來適應單井的井況，測量運行時的有關數(shù)據(jù)，統(tǒng)計如下：

通過測量數(shù)據(jù)對比，該變頻器可確保愿運行參數(shù)的情況下，實現(xiàn)日產液量上升，日耗電量下降的優(yōu)化趨勢，日產液量最高達到34.88㎡，上升2.38方，增液率6.8%，日耗電最低達到126.72KWh，節(jié)電率為10.96%，產液單耗下降0.4以上，滿足采油工藝和節(jié)能降耗的要求。

該儀器在運行使用上還有其他特點：

1、零啟動、軟啟動功能，減少抽油機井啟動對對電網(wǎng)的沖擊，且延長電機的使用壽命，減少設備維修費用。

2、滿足采油工藝要求，可任意設定沖次、上下沖程速度，減少上提過程中泵的漏失系數(shù)，使抽油機井運行在最佳狀態(tài)。

3、操作界面簡單直觀，有按鍵互鎖功能，防止職工誤操作，保護功能齊全，有報警功能。