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        阿爾法抽油機(jī)專用型變頻器在勝利油田上的應(yīng)用

        發(fā)布時(shí)間:2013-03-27 08:54:18瀏覽次數(shù):3004
         

        一.     概述

        目前,在油田抽油設(shè)備中,以游梁式磕頭抽油機(jī)應(yīng)用最為普遍,數(shù)量也最多。但是,傳統(tǒng)的磕頭機(jī)普遍存在著起動(dòng)沖擊大,運(yùn)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(fù)雜,稠油、結(jié)蠟、沙卡現(xiàn)象較多,斷桿、燒電機(jī)等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,對電動(dòng)機(jī)沒有可靠的保護(hù)功能,設(shè)備維修量大,為此,急需對現(xiàn)有的抽油機(jī)設(shè)備進(jìn)行改造。
          變頻調(diào)速器具有低速軟啟動(dòng),轉(zhuǎn)速可以平滑地大范圍調(diào)節(jié),對電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能齊全,如短路、過載、過壓、欠壓及失速等,可有效地保護(hù)電機(jī)及機(jī)械設(shè)備,具有運(yùn)行平穩(wěn)、可靠,提高功效等諸多優(yōu)點(diǎn),是抽油設(shè)備改造的理想方案,其應(yīng)用效果十分明顯。

        二、變頻器的基本原理
          由電機(jī)理論可知,其轉(zhuǎn)速公式為:
               n=60f/p×(1s)
          其中 P—電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)
            s—轉(zhuǎn)差率
            f-供電電源的頻率
             n-電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
          由上式可看出,電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比,改變頻率即可以平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,而對于變頻器而言,其頻率的調(diào)節(jié)范圍是很寬的,可在0400Hz之間任意調(diào)節(jié),因此電機(jī)轉(zhuǎn)速即可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
           當(dāng)然,轉(zhuǎn)速提高后,還應(yīng)考慮到對其軸承及繞組的影響,防止電機(jī)過分磨損及過熱,一般最高頻率設(shè)在50Hz65Hz。
          現(xiàn)在我們應(yīng)用的ALPHA變頻器都是交交電壓源型變頻器,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(jī),質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
        三、抽油機(jī)變頻器的難點(diǎn)
          作為抽油設(shè)備,其運(yùn)動(dòng)為反復(fù)地上下提升,一個(gè)沖程提升一次,其動(dòng)力來自于電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的兩個(gè)重量相當(dāng)大的鋼質(zhì)滑塊,當(dāng)滑塊舉升時(shí),類似于杠桿的作用,將抽油機(jī)桿送入井中,滑塊下降時(shí),抽油桿提出帶油至井口,由于電機(jī)轉(zhuǎn)速一定,在滑塊下降過程中,負(fù)荷減輕,電機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生的能量無地方施放,勢必進(jìn)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(huì)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(dòng)回路,讓再生電壓能及時(shí)地釋放掉,以保證設(shè)備在安全的電壓下工作。
          再生制動(dòng)電路即通常所說的剎車電路,如圖1中的虛線框內(nèi)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(zhǔn)電壓相比較,通過調(diào)整電位器,使剎車單元在1.1UeUe為額定母線電壓值)時(shí)導(dǎo)通,在1.05 Ue時(shí)斷開,即可控制主回路的電壓,保證其工作在允許的范圍內(nèi)。
          由于剎車模塊是以單結(jié)控制主回路的電壓,其可靠地工作是很關(guān)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(yīng)加大,為此采用了R、C、D吸收電路,圖中R3C4用以吸收引線電感而產(chǎn)生的尖峰電壓,所加的快恢復(fù)二極管用以在剎車單元截止時(shí)在剎車電阻兩端產(chǎn)生的逆反電壓提供通路。在剎車單元頻繁地工作中,勢必會(huì)產(chǎn)生干擾電壓,造成模塊不應(yīng)有的導(dǎo)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(dǎo)通,一般選0.01uF左右的無感電容較適宜。
          制動(dòng)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(gè)沖程內(nèi)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(yīng)用
          我們分別選前期井、中后期井進(jìn)行了變頻改造。
          在前期井中,由于剛開采,儲(chǔ)油量大,供液足,為提高功效,我們采用提高轉(zhuǎn)速的方式,讓變頻器運(yùn)行至65Hz,頻率提高了1/3,相應(yīng)地電機(jī)轉(zhuǎn)速提高了30%,其采油量也相應(yīng)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(chǔ)量減少,供液不足,電機(jī)若仍工頻運(yùn)行,勢必浪費(fèi)電能,造成不必要的損耗,因而我們采用降低轉(zhuǎn)速的方式,減少?zèng)_程,一般將變頻器的頻率運(yùn)行至35~40Hz之間,這樣電機(jī)轉(zhuǎn)速下降了30%,加之采油設(shè)備一般負(fù)荷較輕,其節(jié)電率可達(dá)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(shí)具有軟啟/軟停功能,在電機(jī)啟動(dòng)時(shí),減少了對抽油桿的機(jī)械沖擊,對稠油、結(jié)蠟、沙卡、等都能有效地進(jìn)行保護(hù)停機(jī),以保護(hù)電機(jī)及機(jī)械設(shè)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(jī)失速都能可靠地保護(hù),對延長電機(jī)的壽命,減少機(jī)械設(shè)備的磨損等,都具有很好的作用。
          總之,抽油機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速器,即可以提高工效,增加采油量,又可以節(jié)約電能,保護(hù)電機(jī)及設(shè)備,其應(yīng)用前景是十分廣泛的。我們國家的抽油機(jī)設(shè)備相當(dāng)多,相信變頻調(diào)速器在這方面是可以大有作為的。

        下圖為阿爾法抽油機(jī)專用變頻器在勝利油田上的應(yīng)用實(shí)物圖片:

        附件:阿爾法變頻器使用測試報(bào)告

        阿爾法變頻器使用測試報(bào)告

        中石化勝利采油廠四礦于20045月在36280抽油機(jī)(工作制度56*3*4.5)井安裝了阿爾法變頻器(ALPHA6000),通個(gè)兩過多月的觀察,運(yùn)行效果良好。該儀器基于變頻調(diào)速原理,采用微電腦控制,在抽油機(jī)大慣量變載的工作狀態(tài)下達(dá)到節(jié)能、增效、自動(dòng)化的效果。使用電參數(shù)動(dòng)態(tài)平衡測試儀(誤差為0.5%標(biāo)準(zhǔn)值),進(jìn)行儀器運(yùn)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(yùn)行抽油機(jī)井:

        儀器變頻運(yùn)行,頻率由50Hz下調(diào)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(chǎn)液單耗下降0.79

        頻率

        工作制度

        有功功率

        無功功率

        功率因數(shù)

        日耗電量

        日產(chǎn)液量

        日單耗

        50

        56*3*4.5

        5.93

        7.43

        0.624

        142.32

        32.3

        4.41

        32.5

        65*3*3

        4.25

        3.73

        0.749

        102

        28.2

        3.62

        對比

        -1.68

        -3.7

        0.125

        -40.32

        -4.1

        -0.79

        2、設(shè)定同沖次的不同上下沖程速度運(yùn)行抽油機(jī)井:

        確保原沖次仍為4.5次,通過設(shè)定不同上、下行頻率,改變上、下行速度,來適應(yīng)單井的井況,測量運(yùn)行時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)如下:

        上下行頻率

        工作制度

        有功功率

        無功功率

        功率因數(shù)

        日耗電量

        日產(chǎn)液量

        日單耗

        上下行速度

        55/40

        56*3*4.5

        5.76

        4.77

        0.77

        138.24

        33.41

        4.14

        V上行 > V下行

        55/35

        56*3*4.5

        5.28

        4.54

        0.759

        126.72

        32.78

        3.87

        V上行>V下行

        40/55

        56*3*4.5

        5.92

        4.61

        0.789

        142.08

        34.88

        4.07

        V上行< V下行

        40/50

        56*3*4.5

        5.56

        4.44

        0.781

        133.44

        32.53

        4.10

        V上行< V下行

        通過測量數(shù)據(jù)對比,該變頻器可確保愿運(yùn)行參數(shù)的情況下,實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)液量上升,日耗電量下降的優(yōu)化趨勢,日產(chǎn)液量最高達(dá)到34.88,上升2.38方,增液率6.8%,日耗電最低達(dá)到126.72KWh,節(jié)電率為10.96%,產(chǎn)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(yùn)行使用上還有其他特點(diǎn):

        1、零啟動(dòng)、軟啟動(dòng)功能,減少抽油機(jī)井啟動(dòng)對對電網(wǎng)的沖擊,且延長電機(jī)的使用壽命,減少設(shè)備維修費(fèi)用。

        2、滿足采油工藝要求,可任意設(shè)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(jī)井運(yùn)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(hù)功能齊全,有報(bào)警功能。

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