抽油機(jī)節(jié)能電控裝置綜述

2）對于注水油井，如果停止抽取，勢必會影響產(chǎn)油量，這將是得不償失的事，對于這類油井，就要采用其它的節(jié)能方法。

為了使抽油泵的排量與油井的滲透能力相適應(yīng)，可以通過改變抽油機(jī)的電動機(jī)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。抽油泵是一種柱塞泵，對電動機(jī)來講是一種恒轉(zhuǎn)矩性的負(fù)載，也即電動機(jī)的電功率與其轉(zhuǎn)速成正比。這里要提醒注意的一點是:有人一說到泵，就想當(dāng)然地認(rèn)為和風(fēng)機(jī)、水泵一樣屬于平方轉(zhuǎn)矩型負(fù)載了，或者說“近似于泵類負(fù)載”，這都是錯誤的。要知只有葉片式的風(fēng)機(jī)和水泵，在不計其靜扭矩時，有近似于平方轉(zhuǎn)矩的負(fù)載特性，也即：排量與轉(zhuǎn)速成正比，壓頭（或揚(yáng)程）與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率則與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，低壓變頻器已是十分成熟的電氣產(chǎn)品，并且其價格也已經(jīng)大幅度下降，目前進(jìn)口變頻器的價格約為600～700元/kW。國產(chǎn)變頻器的價格在400～500元/kW，在抽油機(jī)上大量推廣變頻調(diào)速節(jié)能改造已經(jīng)成為可能。抽油機(jī)改用變頻器拖動以后有以下幾個好處：

1）可根據(jù)油井的實際供液能力，動態(tài)調(diào)整抽取速度，一方面達(dá)到節(jié)能目的，同時還可以增加原油產(chǎn)量；

2）由于實現(xiàn)了真正的軟起動，對電動機(jī)、變速箱，抽油機(jī)都避免了過大的機(jī)械沖擊，大大延長了設(shè)備的使用壽命，減少了停產(chǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率；

3）大大提高了功率因數(shù)（可由原來的0.25～0.5提高到0.9以上），從而大大減少了供電電流，減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān)，降低了線損，挖掘出大量的“擴(kuò)容”潛力。

但是，將變頻器用于抽油機(jī)拖動時，也有幾個問題需要解決，主要是沖擊電流問題和再生能量的處理問題，下面分別加以分析。

6.1 沖擊電流問題

如圖2（見第3期P183）所示，游梁式抽油機(jī)是一種變形的四連桿機(jī)構(gòu)，其整機(jī)結(jié)構(gòu)特點像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對于支架來說，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致，那么用很小的動力就可以使抽油機(jī)連續(xù)不間斷地工作。也就是說抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)取決于平衡的好壞。在平衡率為100％時電動機(jī)提供的動力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，則需要電動機(jī)提供的動力越大。因為抽油載荷是每時每刻都在變化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，才使得游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)變得十分復(fù)雜。因此，可以說游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)就是平衡技術(shù)。

據(jù)筆者對某油田18口井的調(diào)查，只有1～2口井的配重平衡較好，絕大部分抽油機(jī)的配重嚴(yán)重不平衡，其中有10口井的配重偏小，另有6口井配重又偏大，從而造成過大的沖擊電流，沖擊電流與工作電流之比最大可超過5倍，甚至超過額定電流的3倍！不僅浪費掉大量的電能，而且嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全。同時，也給采用變頻器調(diào)速控制造成很大的困難，一般變頻器的容量是按電動機(jī)的額定功率來選配的，過大的沖擊電流會引起變頻器的過載保護(hù)，不能正常工作。

通過對抽油機(jī)曲柄配重塊的調(diào)整，可以使沖擊電流降到電機(jī)額定電流之內(nèi)，沖擊電流與正常工作電流之比在1.5倍以內(nèi)。這樣，選用與電機(jī)額定功率同容量的變頻器，甚至略小于電機(jī)額定功率的變頻器（要視抽油機(jī)電動機(jī)的負(fù)載率而定）都可以長期穩(wěn)定運(yùn)行。

由于抽油機(jī)的起動扭矩往往很大，慣性也很大，所以要將變頻器的加減速時間設(shè)置得足夠長，一般為30～50s，才不致在起動時引起過載保護(hù)。

6.2 再生能量的處理問題

由于抽油機(jī)屬位能性負(fù)載，尤其當(dāng)配重不平衡時，在抽油機(jī)工作的一個沖程中，會出現(xiàn)電動機(jī)處于再生制動工作狀態(tài)（發(fā)電狀態(tài)），電動機(jī)由于位能或慣性，其轉(zhuǎn)速會超過同步速，再生能量通過與變頻器逆變橋開關(guān)器件（IGBT）并聯(lián)的續(xù)流二極管的整流作用，反饋到直流母線。由于交—直—交變頻器的直流母線采用普通二級管整流橋供電，不能向電網(wǎng)回饋電能，所以反饋到直流母線的再生能量只能對濾波電容器充電而使直流母線電壓升高，稱作“泵升電壓”。直流母線電壓過高時將會對濾波電容器和功率開關(guān)器件構(gòu)成威脅，為了保護(hù)電容器及功率開關(guān)器件的安全，所以，變頻器都設(shè)置了“OUD”保護(hù)——直流母線電壓高保護(hù)停機(jī)功能。

1）一種辦法是增大變頻器直流母線上濾波電容器的容量，將再生能量儲存起來，等電動狀態(tài)時再釋放給電動機(jī)作功。這種方法對節(jié)能有利，但是電容器的儲能作用是有限的；譬如，某抽油機(jī)電動機(jī)的平均功率以10kW計算，回饋功率以25％計算為2.5kW，在一個沖程中發(fā)電狀態(tài)為2～3s的話，則回饋能量A_d=6000J。若采用15kW的變頻器，其直流母線濾波電容的容量為2200μF，正常工作時直流母線電壓小于600V（U_s），“OUD”保護(hù)電壓（U_sm）為800V，那么A_s=CU_sm²－