电气传动自动化变频器在抽油机上应用的若干问探讨徐甫荣国家电力公司热工研宄院，陕西西安732相应的节能解决方案，同时介绍了嗍002000系列智能抽油机节能增产控制装置。

　　前言我国的汕绝人部分为低能低产油，不像国外的油田有很强的自喷能力，大部分油田要靠注7尺来压油入井，靠抽油机磕头机把油从地层中提升上来，在我1地以水换汕以屯换油是1前油旧比例。因此，石油行业十分重视节约电能，节省电耗就是1复接降低石油的开采成木，我国目前抽油机数量在10万台以上，电动机装机总容量在3500河年耗电量己逾百亿千瓦抽油机的运效率特，低下，在我阳1；均运效率为25.96，国外平均水平为30.05，年节能潜力可达几十亿千瓦时。除了抽油机之外，油田还有大量的注水泵输油泵潜油泵等设备，总耗电试超过油旧总用屯的财可石油业也1推广屯机系统节能的止点1关于抽油机节能，首选方案是采用变频器对其电机拖动系统进行改造，抽汕机改用变频器拖动后有以下几个好处①大大提高了功率因数可由原来的250.5提高到0.9以上，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，可根据油沣的实，供液能力，动态调格，速役，方面达到节能目的，同时还可以增加原油产量，由于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，也有几个问理问，下面分另咖以分析。

　　2冲击电流问杆机构，其整机结构特点像架天平，端是抽油载荷，另端是平衡配重载荷。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致，那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地1作。也就是说，汕机的节能技术，决于平衡用于提起12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就越大。由于抽油载荷每时每刻都在变化，而平衡配重不可能和抽油载荷作完全致的变化这使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。

　　根据对某油田18口井的调查，只有2口井的配重平衡较好，绝大部分抽油机的配重严重不平衡，其中有口井的配重偏小，另有6口井的配重偏大，造成了过大的冲击电流，冲击电流与工作电流之比比较大可超过5倍，甚至超过额定电流的3倍。这不仅浪费掉大量的电能，而且严重威胁到设备的安全，同时也给变频器调速控制造成很大的困难。，般变频器的容试是按电动机的额定功率来选配的，过大的冲七电流会引起变频器的过载保护。

　　不能正常工作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。减速器12.刹乍保险装置13.刹车装置14.电动机15.配电箱通过对抽油机曲柄配重块的调整，可以使冲击电流降到电机额定电流之内，冲击电流与正常工作电流之比在1.5倍以内这样。选用屯机额定功率同容量的变频器，甚至略小于电机额定功率的变频器要视抽油机电动机的负载率而定都可以长期稳定运打。

　　由于抽油机的起动扭矩往往很大，惯性也很大，因此要将变频器的加减速时间设置得足够长，般为305，8，起动时才不会引起过载保护。

　　3再生能量的处理问由于抽油机属位能性负载，尤其当配重不平衡时，在抽油机工作的个冲程周期中，会出现电动机处于再生制动工作状态发电状态，电动机由于位能或惯性，其转速会超过同步速，再生能量通过与变频器逆变桥开关器件8，并联于交直交变频器的直流母线采用普通极管整流桥供电，不能向电网回馈电能，因此反馈到直流母线的再生能量只能对滤波电容器充电而使直流母线电压升高，称作泵升电压直流母线电压过高时将会付滤波电容器和功率开关器件构成威胁，为了保护电容器及功率开关器件的安全，变频器设置了保护直流母线电压高保护停机功能。

　　第种办法是，大变频器直流母线上滤波电容器的界高将再化能量储存起来电动状态时讥释放给屯动机作功。这种方法对节能7利，但足电容器的储能作用有限。譬如，某抽油机电动机的平均功率以1计戴回馈功率以25计算为2.5作个冲程周期中发电状态为2，3则，馈能量沁=6焦。若采151的变频器，其直流母线滤波电容的容量为2200正常工作时直流母线电压小于6以0，保护电压滤波电容，也只能储能1400焦耳，因此在大容量或负载惯量大的系统中，不可能只靠滤波电容器来限制泵升电压。

　　第种办法是采用放的办法，可以采用由分流电阻器札和开关管组成的泵升电压限制电路，2.

　　这种方法也就是将回馈能量消耗在电阻上，这是种耗能的方法，对节能不利。尤其是在大耗献或大惯量拖动系统，能啁的损火较人与然也可以采用现成的变频器制动电元和制动电阻来实现，其原理与2是样的，只是投资更大，耗能也更大而已。

　　对于地处北方寒冷地的抽油机，为了在冬季增加原油的流动性和防止结腊，对井口回油管进行电加热，如中频电加热装置。这时也可将变频器与中频电加热装置共用整流电路及直流母线，这样既可将电动机回馈到直流母线上的再生能量用于中频加热器，同时又可防止直流母线电压的泵升。

　　对尸1井场上有多油井的场所，可以采用共用流母线系统方案即若丁台抽油机的变频器可共用台整流器。将其流母线联结在起，利用各变频器的回馈能量不可能在同时发生的原理，将某台变频器的回馈能量作为其它变频器的动力。这样既节约了能量，又防止了泵升电压的产生，3.

　　对于更大功率的系统，为了回馈再生能量和提高效率，可以采用能量回馈装置，将再生能量回馈电网，当然这样来，系统就更复杂，投资也就更高了。所谓的能量回馈装置，其实就是台有源逆变器。按农的功率开关器件的+分为晶闸皆6，哗有源逆殳器及绝缘栅双极型品体管810逆变器两种，它们又各有其特点和要求，源逆变时，就成为相桥式有源逆变电路。只是电路内电能的流向与整流时相反，直流母线输出电功率，电网则吸收电功率，为了防止过电流，应满足的条件，取决于电动机的回馈能量的大小，而，则4通过导通角或称为逆变角3，回馈单元逆变时的范围应为兀2兀之间或3为兀2，之间其实山于屯感性负载及变压器漏抗的影响，比较小逆变角，76从上述的分析可，逆变的条件有以下个是要有直流电压存在，其极性应与晶闸管的导通方向致，其值则应稍大于变流器直流侧的平均电压6；是要求晶1！1管的导通角，〉2使，为负值，两者必须同时具备才能实现有源逆变。晶阐管有源逆变器的关键是交直流侧的电压匹配，否贝也尤法实现打源逆变，山厂若逆变器交流侧直接接到380交流电源，且比较小逆变角取36.则。=480左右，而变频器直流母线电压在正常工作时为540左右，Un，会形成能作变频器整流器逆变电网之间无谓循环，使直流母线电压降低，减小变频器的输出功率。而要求的是当回馈能量较小时，能量回馈装迓+工作。让能试储存介滤波电容器中，当直流母线电压达到某设定值时如670，能量回馈装置才开始工作，将多余的能量馈电网，据式1反算过去。逆变变玉器副边的线电压应人于540，相电压应大于3，才能实现电压匹配。

　　21081有源逆变器虽然1081有源逆变器屯路结构货频器中大不相同的。变频器中的无源逆变器的负载是相交流电动机，其输出频率电压相位都可以由变频器随意控制；而源逆变器的输出接的是交流电网，是有源负载，其输出频率相位和电压都必须与电网致，否则会造成短路而烧毁逆变器，因此在1081有源逆变器的控制中，加了鉴频鉴相器和锁相环控制。电压则由，控制，比晶闸宵有源逆变器容易实现。另外在输出端接交流电抗器，用来抑制过电流。

　　逆变器控制就更复杂，投资也更高了。

　　4电磁兼容性问这里主要讲电磁千扰EMI问，即变频器对微电脑控制器传感变送器及通讯设备的干扰问中的开关电源，以及产生的3电压波形，会对控制及通讯系统造成很大的干扰。干扰的途径除感应辐射之外，也乜拈传导十扰。即迎过连接导线传导的干扰。在控制系统中，变频器只是个执行机构，它的运行频率速度指令要由控制器通过对油井产液量等信号的控制运算后向变频器发出，变频器设置成根据外部信号运行的作与式，货频器通过信号线给微电脑控制器造成了很火的扰，以致使控制器无法正常工作。由于是传导性干扰，采用屏蔽线是不解决问的，要从信号线上的共模及差模干扰入手才能真正解决干扰问，6.

　　5可靠性和环境适应性问由于抽油机均在环境恶劣的野外工作，并且很容汕片无人值守，闪此付变频器的可靠性和环境适应能力提出了很高的要求。方面要选用可靠性指标高的变频器品牌同时也要给变频器在野外恶劣环境下工作创造必要的条件。如设计防护等级品的双层密隔垫保温按制柜。1内设强边风冷系统，可以将柜内的热量排出，并在柜底设计有冷空气入口，使之适合在夏季沙漠高温环境中使用。如有条件，可建造控制柜小屋，使控制柜避免阳光直接照射及雨淋。

　　61脎尤2000系列抽油机智能高效节能增产控制装置地调查研究的基础上，考虑到国内外同类产品的功能缺点和不足，根据不同油井的具体情况设计制造的专1用于抽汕机节能，产控制的高科技产品。本装置通过流量压力温度的测量，可精确感知井下油层厚度，通过上下死点位置的测量，更提高了控制的精确性。该产品融合微电脑智能拧制技木先进的变频调速技术和屯动机综合节能控制技术，使抽油机传统的粗犷式低效率抽取改变为智能化高效率抽代结果；有效地避免厂泵宁的发心人幅度减少厂无效，节电率可达到3050，原油增产2030.

　　控制装置中还装有遥控模块，可以随时接收上位机的指令信号，也可随时将油井的流量压力温度和电动机温度等参数以及抽油机状态等信息传送给上位控制计算机，实现全油田遥控操作管理，大大提高石油生产的自动化程度。2000系列抽油机智能效节能增产控制装置的研制成功，代着当今抽油机节能控制技术抽油机智能高效节能增产控制器是通过采用多种不同的方法，尽量使抽油机的工作方式与油井吆从而提高电动机的效率与功率因数达到节能增产的目的。根据油井的不同情况，共有种型号6.1人型间歇工作，转换控制节能型对于开采时间己久的老汕卟和贫油井，如果抽油机连续不断地工作，就会现产汕试小，甚至空抽的现象，白白浪费电能。面付这传统的方法是使用定时器令抽油机间歇性地1作。似以这种方法方面是仍然无法解决令抽汕机1作能力动态地响应油井负荷变化的问，同时这种做法也是以损失油井的产量为代价的抽油机智能节电拧制器采用微电脑技术。通过检测油井出液量精确感知油井负荷，当油井出液量小于经济流量时，则停止抽取。自适应模糊控制算法科学确定开停机时间，保证开机时比较大的抽油机效率，避免了半满抽或空抽的现象发生，大量地节省了电能。如果控制适当，还能在定程度上提采油量。但是大多数油井是不允许间歇性地工作启，例举如下。

　　技制装置圮具有交流电机节能拧制1富经验的高级科技人员，在对国内油井进行了广泛而深入⑴含腊量高或含盐量高以及油的粘稠度高，且处在寒地带的油井，如果间歇工作，会造成结腊结盐或结油的后果，使油井无法再开ii！=2对于注水油井，如果停止抽取，势必影响产油量，这将是得不偿失的事。对于这类油井，就要采用其它的节能方法。为了解决抽油机的低效抽取问，可以采用降低抽油机电动机的励磁电压的方法来提高电动机的功率因数和效率，达到节能的目的。抛0，000控制器采用两种方法降低电动机的电压其是理换节电，当控制器检测到抽油机电动机的负载率33时，通过接触器将原来角形接法的电动机绕组改为星形接法，这样就将电动机，组的电压由38降为220，从而大大提高了功率因数和效率，达到节电的目的。当控制器检测到电动机的负载率40，则义将显形接法改为角形接法运行，以保证讪油机的出力，也防止由于电流过大而烧毁电动机，6.21；型电力电子器件动态调压节能型电动机轻载降压节电的另种方法是利用可控硅的移相调压功能，动态地调整电动机的端电压，使抽油机的工作能力与实际负荷相匹配，并可根，下行程的负荷变化及，地调整电压，比较大限度地达到节能降耗的目的。

　　换控制设备简单投资少，但节电效果稍差，且无法实现根据上下行程负载变化节电。电子型动调卡节电效果好，但投资较人，10，2000控制器还采用了无功就地补偿的方法，在人型和8型控制柜中都装有补偿电容器组，其容量可以根据抽油机电机的功率进行调整，达到较好的补尝效果，可火大降低无功损耗及线损。，也可减小变压器容量，节省，容费用。6.3型变频调速节能型利用现代变频调速新技术，通过动态调节抽油机的冲程频次和上下行程的速度，达到既节电又，产的目的。

　　⑴动态调节抽油机的冲程频次节电抽油机的冲程频次都是可以通过机械的方法调整的。但是，旦调整好了以后，是不大可能经常进行调整的，并且通过皮带轮直径调整频次的方法也是有级的，不能动态适应油井负荷的需要，只有通过动态调整抽油机电机的转速，才能调整泵的充满度，提高抽取效率，增加原油产量，收到举两得的效果随着油井由浅入深的抽取，井油试的减少，若还以原来调整的频次抽，时，必然会出现泵的充满度不足，泵效率下降的情况。这时若通过采用变频调速技术降低电机转速减少，取频次。不仅减小了电机功率，实现了节能目的，而且提高了泵的充满度，保证每抽都满抽，大大提尚了泵效率，增加了原油产量。

　　2动态调节抽油机下行程的，度，实现节能把产的目的由于采用微电脑控制和变频调速技术。除了可以动态改变抽油机的冲程频次之外，还可以根据实际需要分别调整每冲程上下行程的速度，使抽油机工作在比较佳运行状态。在每冲程中，适当降低下行程的速度，可以提高原油在栗内的充满度，而适当提高1行程的违度，则可减少在提升中的漏失系数，有效地提高单位时间内的原汕产量，同时通过动态调速也，大大节竹电能的消耗。

　　而0，2000系列抽油机智能型高效节能，产控制装置遵照安全可靠经济合理和现场适用的原则进行设计，考虑到油田野外环境恶劣，冬夏温差大，风沙尘暴多的特点，设计了双层密封隔热保温控制柜，且具有防盗功能，外壳防护等级为44.柜内设计有强迫风冷系统，可以将柜内热量排出，而外面的热量却无法进入，适合在夏季沙漠高温环境下使用。

　　1张学等。游梁式抽油机技凇与用切。北石油业出版社，2001.

　　刁黄俊等。电力电子变流技术肘。北京机械工业出版it，1996.

　　1970卑毕业于西安交通大学电机工程系，电厂电力网及电力系统专业现为国孓电乃公司热工研究院教授级高级工程师。主要从事欠电厂热工自动化及电机系统节能技长的研究工作。