1 引言
自從一百多年前，以燃燒石油制品為動(dòng)力的機(jī)器誕生以后，對(duì)石油的需求量飛速增長(zhǎng)，也為石油工業(yè)的崛起提供了發(fā)展契機(jī)。隨著采油業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了被廣泛使用的油井舉升設(shè)備—抽油機(jī)。
抽油機(jī)的種類(lèi)繁多，技術(shù)發(fā)明有數(shù)百種。從采油方式上可分為兩種:有桿類(lèi)采油設(shè)備和無(wú)桿類(lèi)采油設(shè)備。有桿類(lèi)采油設(shè)備又可分為抽油桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)類(lèi)(國(guó)內(nèi)外大量使用的游梁式抽油機(jī)和無(wú)游梁式抽油機(jī))和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)類(lèi)(如電動(dòng)潛油螺桿泵);無(wú)桿類(lèi)采油設(shè)備也可分為電動(dòng)潛油離心泵，液壓驅(qū)動(dòng)類(lèi)(如水力活塞泵)和氣舉采油設(shè)備。
圖1 游梁式抽油機(jī)—抽油泵裝置簡(jiǎn)圖
圖2 常規(guī)曲柄平衡抽油機(jī)
目前應(yīng)用最為廣泛的是，游梁式豎井抽油機(jī)采油系統(tǒng)，如圖1所示。由圖1可見(jiàn)，該系統(tǒng)由三部分組成:一是地面部分—游梁式抽油機(jī)，它由電動(dòng)機(jī)、減速箱和四連桿機(jī)構(gòu)(包括曲柄、連桿和游梁)等組成，圖1中:1—電動(dòng)機(jī);2—減速器;3—四連桿;4—抽油桿柱;5—油管;6—套管;7—抽油泵;8—游動(dòng)閥;9—固定閥。詳細(xì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，圖2中:1—底座;2—支架;3—懸繩器;4—驢頭;5—游梁;6—橫梁軸承座;7—橫梁;8—連桿;9—曲柄銷(xiāo)裝置;10—曲柄裝置;11—減速器;12—?jiǎng)x車(chē)保險(xiǎn)裝置;13—?jiǎng)x車(chē)裝置;14—電動(dòng)機(jī);15—配電柜。二是井下部分—抽油泵(包括吸入閥、泵筒、柱塞和排出閥等)，它懸掛在套管中油管的下端，可分為桿式泵和管式泵;三是聯(lián)接地面抽油機(jī)和井下抽油泵的中間部分—抽油桿柱，它由一種或幾種直徑的抽油桿和接箍組成。
我國(guó)的油田多為低滲透的低能、低產(chǎn)油田，不像中東的油田那樣有很強(qiáng)的自噴能力，大部分油田要靠注水來(lái)壓油入井，再靠抽油機(jī)把油從地層中提升上來(lái)。以水換油，以電換油是目前我國(guó)油田的現(xiàn)實(shí)，電費(fèi)在我國(guó)的石油開(kāi)采成本中占了相當(dāng)大的比例。所以，石油行業(yè)十分重視節(jié)約電能。
目前我國(guó)抽油機(jī)的保有量在10萬(wàn)臺(tái)以上，電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘吭?500mw，每年耗電量逾百億kw·h。抽油機(jī)的運(yùn)行效率特別低，在我國(guó)平均效率為25.96%，國(guó)外平均水平為30.05%，年節(jié)能潛力可達(dá)幾十億kw·h。除了抽油機(jī)之外，油田還有大量的注水泵、輸油泵和潛油泵等設(shè)備，總耗電量超過(guò)油田總用電量的80%，可見(jiàn)，石油行業(yè)也是推廣“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能”的重點(diǎn)行業(yè)。
抽油機(jī)節(jié)能，主要分為節(jié)能型抽油機(jī)的研制和抽油機(jī)節(jié)能電控裝置的研究推廣兩個(gè)方面，對(duì)此兩大技術(shù)的研究正方興未艾。介紹和宣傳的文章也很多，說(shuō)法莫衷一是，有失偏頗，不夠公允。廠家的產(chǎn)品性能介紹則更加離譜，有“王婆賣(mài)瓜”之嫌，無(wú)客觀科學(xué)之實(shí)。因此也有必要將目前常見(jiàn)的幾種類(lèi)型的抽油機(jī)節(jié)能電控裝置作一個(gè)科學(xué)的分析比較，還其客觀真實(shí)性，也可作為用戶(hù)選用時(shí)的參考。在全國(guó)各油田進(jìn)行中試或已投運(yùn)的節(jié)能電控裝置不下數(shù)十種之多，大體上可以分為五種類(lèi)型，下面分別加以討論。
2 間抽控制器(poc)
由于抽油機(jī)的設(shè)計(jì)能力是按照油井最大化的抽取量選擇的，一般留有采油能力的設(shè)計(jì)余量。另外，隨著油井由淺入深的抽取，井中液面逐漸下降，泵的充滿(mǎn)度越來(lái)越不足，直到最后發(fā)生空抽的現(xiàn)象，如果不加以控制，就會(huì)白白地浪費(fèi)大量的電能。對(duì)于這種油井，最簡(jiǎn)單的方法是實(shí)行間抽:當(dāng)油井出液量不足或發(fā)生空抽時(shí)，就關(guān)閉抽油機(jī)，等待井下液量的蓄積，當(dāng)液面超過(guò)一定深度時(shí)，再開(kāi)啟抽油機(jī)進(jìn)行抽吸，這樣就提高了抽油機(jī)的工作效率，避免了大量的電能浪費(fèi)。
間抽控制器的優(yōu)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見(jiàn)的:
(1) 大大減少了能量消耗
由于縮短了抽油時(shí)間，大大減少了能量消耗。在用人工和時(shí)間定時(shí)控制間抽時(shí)，由于惟恐減產(chǎn)，因此幾乎都會(huì)造成實(shí)際抽油時(shí)間比必要的抽油時(shí)間長(zhǎng)，因而不能完全避免空抽。通過(guò)傳感器信號(hào)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的智能間抽控制器(ipoc)，在檢測(cè)到空抽時(shí)立即關(guān)閉抽油機(jī)，避免了空抽的發(fā)生，平均可多節(jié)約能量20~30%。
(2) 產(chǎn)量增加
相對(duì)于人工間抽和時(shí)間定時(shí)間抽來(lái)講，智能間抽控制由于達(dá)到了較低的平均液面，增加了產(chǎn)量。因?yàn)檩^低的液面意味著較低的井底流壓，結(jié)果較多的液體流入井底，通?？稍霎a(chǎn)1-4%。
(3) 降低維修費(fèi)
可使井下和地面設(shè)備的維修費(fèi)用減少25~30%，主要是由于消除了液擊現(xiàn)象。另外，通過(guò)ipoc裝置可提前探測(cè)到油井故障，從而進(jìn)一步減少了所需的修井作業(yè)量。
(4) 增加了遙測(cè)、遙控功能
使用微電腦技術(shù)的ipoc裝置大大增加了抽油系統(tǒng)的性能信息檢測(cè)數(shù)據(jù)，為抽油機(jī)的遙控遙測(cè)及集中控制創(chuàng)造了條件。
3 軟起動(dòng)、調(diào)壓節(jié)能型
由于抽油機(jī)的功率檔次有限，如30kn、60kn、80kn、100kn等，而每一口油井的參數(shù)都不一樣，在選配抽油機(jī)時(shí)，一般留有一定的功率裕量;各型抽油機(jī)在配用電動(dòng)機(jī)時(shí)，為了保證抽油機(jī)在各種工況下正常運(yùn)行，也留有一定的功率余量;隨著油井由淺入深的抽取，油井的產(chǎn)液量越來(lái)越少，抽油機(jī)的負(fù)荷也相應(yīng)減小。由于上述原因，就造成了抽油機(jī)的實(shí)際負(fù)載率普遍偏低，大部分抽油機(jī)的負(fù)載率在20~30%之間，最高也不會(huì)超過(guò)50%，形成大馬拉小車(chē)的現(xiàn)象。而當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于輕載運(yùn)行時(shí)，其效率和功率因數(shù)都較低，此時(shí)若適當(dāng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子的端電壓，使之與電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率合理匹配，這樣就降低了電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，從而降低電動(dòng)機(jī)的鐵耗和從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率，可以提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率和功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能的目的。
3.1 星/三角轉(zhuǎn)換降壓節(jié)能
星形/三角形接法的實(shí)現(xiàn)一般采用交流接觸器實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)可控硅開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，兩種方法在節(jié)能效果上并無(wú)差異，而轉(zhuǎn)換控制電路如何準(zhǔn)確掌握轉(zhuǎn)換時(shí)的負(fù)載率則會(huì)對(duì)節(jié)能效果產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)負(fù)載率β＜33%時(shí)，不能及時(shí)進(jìn)行△→y切換，則會(huì)影響節(jié)能效果，而當(dāng)負(fù)載率β＞33%時(shí)，不能及時(shí)進(jìn)行y→△切換，則會(huì)使電流過(guò)大，銅耗增加，反而費(fèi)電，同樣影響節(jié)能效果。為了不使轉(zhuǎn)換頻繁進(jìn)行，一般在轉(zhuǎn)換點(diǎn)的負(fù)載率之間設(shè)置一定的回差，通常采用負(fù)載率β＜30%時(shí)進(jìn)行△→y轉(zhuǎn)換，而當(dāng)β＞35%，進(jìn)行y→△轉(zhuǎn)換。
3.2 可控硅軟啟動(dòng)，調(diào)壓節(jié)電
圖3 軟啟動(dòng)控制器框圖
可控硅軟啟動(dòng)，調(diào)壓節(jié)電的控制框圖見(jiàn)圖3所示。由單片機(jī)控制改變串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)定子主回路中的可控硅的導(dǎo)通角β，即可以改變加在定子繞組上的端電壓的大小，從而起到調(diào)壓節(jié)電的目的。其優(yōu)點(diǎn)是可以動(dòng)態(tài)跟蹤電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)或輸入電功率，達(dá)到最佳節(jié)能效果;在負(fù)載突然增加時(shí)也可得到及時(shí)的響應(yīng)，以免電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn);且可兼作電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)器，同時(shí)由于采用單片機(jī)控制，具有完善的保護(hù)功能。其缺點(diǎn)是造價(jià)較高，且由于可控硅的移相作用，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)以及通訊控制系統(tǒng)造成不良的影響，今后這類(lèi)產(chǎn)品將因達(dá)不到電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)而被限制使用。
對(duì)于電動(dòng)機(jī)降壓節(jié)電的有關(guān)計(jì)算和校驗(yàn)，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb12497-1995《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》中有明確的要求。在采取調(diào)壓節(jié)電時(shí)，既要達(dá)到節(jié)電的目的，又要保證電動(dòng)機(jī)軸上的出力，并有一定的過(guò)載系數(shù)，否則當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)將發(fā)生堵轉(zhuǎn)而燒毀。電動(dòng)機(jī)輕載降壓時(shí)，首先是功率因數(shù)上升，節(jié)約了無(wú)功功率。這里必須著重提出:不是所有的降壓行為都能達(dá)到節(jié)能的目的，只有當(dāng)電壓的降低程度大于轉(zhuǎn)差率及功率因數(shù)的上升程度時(shí)，才能使降壓運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)的效率得到提高而節(jié)能。
經(jīng)過(guò)各種檢驗(yàn)計(jì)算，電動(dòng)機(jī)降壓后的電壓最小值的范圍大致為(0.56~0.27)un。且以上數(shù)據(jù)是以正弦波電壓計(jì)算的，若考慮到可控硅調(diào)壓所產(chǎn)生的諧波，引起電動(dòng)機(jī)的噪音、振動(dòng)和附加發(fā)熱等因素，其節(jié)能效果還要降低。一臺(tái)y1600—10/1730型電動(dòng)機(jī)輕載降壓節(jié)能效果的計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。y1600—10/1730型電動(dòng)機(jī)的原始數(shù)據(jù):額定功率pn=1600kw，額定電壓un=6.0kv，額定電流in=185a，額定轉(zhuǎn)速nn=595r/min，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)(最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩)=2.22，起動(dòng)電流倍數(shù)(堵轉(zhuǎn)電流/額定電流)=5.53，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)(起動(dòng)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩)=0.824，額定效率ηn=94.49%，額定功率因數(shù)cosψ=0.879。電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的有功損耗σpn=93.3kw，電動(dòng)機(jī)的空載損耗p0=29.6kw，空載電流i0=46.25a，電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)的無(wú)功功率qn=918kvar，電動(dòng)機(jī)的空載無(wú)功功率q0=480.6kvar。
由表1可見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)降壓節(jié)能，首先并主要節(jié)省的是無(wú)功功率，提高了功率因數(shù)，對(duì)供電網(wǎng)有利。有功節(jié)電主要節(jié)省的是電動(dòng)機(jī)自身?yè)p耗的一部分，隨著負(fù)載率的上升而銳減:負(fù)載系數(shù)β=0.1時(shí)，有功節(jié)電率為15%;β=0.2時(shí)為5.3%;β=0.3時(shí)僅為2.1%。按照國(guó)標(biāo)gb12497-1995的規(guī)定，綜合節(jié)電為△p+kq△q，其中kq為無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，其值規(guī)定為:電動(dòng)機(jī)直連發(fā)電機(jī)母線時(shí)取0.02～0.04;經(jīng)二次變壓時(shí)取0.05～0.07;經(jīng)三次變壓時(shí)取0.08～0.1。一般抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)均經(jīng)三次以上變壓，可取為0.1，也即每節(jié)省10kvar的無(wú)功功率，可折合為1kw的有功功率計(jì)算。由于降壓節(jié)能時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速基本上不變，軸上的負(fù)載也不變，則電動(dòng)機(jī)的輸出軸功率是不會(huì)改變的，節(jié)省的只是電動(dòng)機(jī)自身?yè)p耗的一部分，表1中第七欄綜合節(jié)電率的計(jì)算應(yīng)為表中第五欄的數(shù)據(jù)除以當(dāng)時(shí)的負(fù)載功率與第六欄的損耗功率之和的結(jié)果，并非為節(jié)省的綜合有功功率與電動(dòng)機(jī)額定功率之比！這是一個(gè)概念誤區(qū)，有些用戶(hù)在計(jì)算節(jié)電效益時(shí)，往往用電動(dòng)機(jī)的額定功率乘以節(jié)電率再乘以運(yùn)行時(shí)間來(lái)計(jì)算節(jié)省的電能(度)數(shù)，這是錯(cuò)誤的。
由表1可見(jiàn)，當(dāng)負(fù)載率為β=0.4時(shí)，其綜合節(jié)電率為2.22%，其節(jié)省的功率并非為pn×2.22%=35.52kw，而應(yīng)當(dāng)為β=0.4時(shí)的負(fù)載功率pn×0.4加上電動(dòng)機(jī)當(dāng)u=un時(shí)的功率損耗σpn=72.83kw，來(lái)乘以綜合節(jié)電率2.22%，即(1600×0.4+72.83)×2.22%=15.8kw。有些制造商也常常用這一模糊概念欺騙用戶(hù)，應(yīng)加以注意。
通過(guò)降壓對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)的目的，一是減少起動(dòng)時(shí)過(guò)大的沖擊電流，二是減小全壓起動(dòng)時(shí)過(guò)大的機(jī)械沖擊。那么在抽油機(jī)上使用降壓軟起動(dòng)裝置，其效果究意如何？由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與所加電壓的平方成正比，所加的電壓降低了，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩達(dá)不到負(fù)載的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)是轉(zhuǎn)不起來(lái)的，而且電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩一般小于額定轉(zhuǎn)矩，降壓對(duì)起動(dòng)就更加不利了。當(dāng)電壓升到額定電壓的70%時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩只有額定轉(zhuǎn)矩的50%，對(duì)于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩超過(guò)50%額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，是轉(zhuǎn)不起來(lái)的。只有當(dāng)電壓升高到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩足以克服負(fù)載的靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)。所以星/三角起動(dòng)器只適合起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于三分之一額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，一般的軟起動(dòng)器也只適合起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于50%額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)于重載起動(dòng)的負(fù)載就降低起動(dòng)電流來(lái)說(shuō)，軟起動(dòng)器也是無(wú)能為力的。
上面的分析僅僅局限于對(duì)減小起動(dòng)電流的討論，對(duì)需重載起動(dòng)的負(fù)載，雖然使用軟起動(dòng)器并不能達(dá)到減小起動(dòng)電流的目的，當(dāng)然更不能達(dá)到節(jié)省起動(dòng)能量的作用;但是由于軟起動(dòng)器的電壓是呈鈄坡上升的，雖然在達(dá)到起動(dòng)轉(zhuǎn)矩前電動(dòng)機(jī)并不旋轉(zhuǎn)，但隨著電動(dòng)機(jī)軸上扭矩的不斷增大，被拖動(dòng)的負(fù)載是慢慢被加力的，所以用軟起動(dòng)器起動(dòng)需重載起動(dòng)的負(fù)載時(shí)，同樣可以達(dá)到減小機(jī)械沖擊的目的。所以對(duì)于抽油機(jī)來(lái)講，使用軟起動(dòng)器來(lái)起動(dòng)，不一定能達(dá)到減小沖擊電流的目的，但可以達(dá)到減小起動(dòng)時(shí)機(jī)械沖擊的目的，還是有一定作用的。
在某些宣傳降壓節(jié)能產(chǎn)品的文章中，提到在抽油機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角改善瞬時(shí)過(guò)電壓的問(wèn)題，事實(shí)上也不盡然。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)由于負(fù)載超速而變成異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，是會(huì)產(chǎn)生瞬間過(guò)電壓，使電動(dòng)機(jī)端電壓高于供網(wǎng)電壓，但由于供電網(wǎng)可以看成是一個(gè)無(wú)窮大的電源系統(tǒng)，當(dāng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)端電壓只是略高于供網(wǎng)電壓，以便能量反饋。這時(shí)調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角β，只能調(diào)整電流，即異步發(fā)電機(jī)的負(fù)荷，對(duì)于抑制過(guò)電壓并無(wú)效果。
4 無(wú)功就地補(bǔ)償節(jié)能型
交流異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功就地補(bǔ)償就是將補(bǔ)償電容器組直接與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)所需的無(wú)功功率由電容器提供，有功功率則仍由電網(wǎng)提供，因而可以最大限度地減少拖動(dòng)系統(tǒng)的無(wú)功功率需求，使整個(gè)供電線路的容量及能量損耗、導(dǎo)線截面、有色金屬消耗量，以及開(kāi)關(guān)設(shè)備和變壓器的容量都相應(yīng)減小，而供電質(zhì)量卻得以提高。
無(wú)功就地補(bǔ)償只對(duì)長(zhǎng)期空載或輕載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)有用，對(duì)于重載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)槠浔旧砉β室驍?shù)較高，沒(méi)有補(bǔ)償?shù)谋匾?。由于抽油機(jī)大部分處于輕載運(yùn)行的狀況，且由于其分散性，低壓輸電線路較長(zhǎng)，本身功率因數(shù)又偏低，無(wú)功就地補(bǔ)償?shù)男Ч^好。對(duì)于抽油機(jī)這樣的負(fù)載，負(fù)載頻繁變化，沒(méi)有必要采用自動(dòng)投切的電容器組補(bǔ)償，這樣會(huì)增加成本，降低可靠性，是得不償失之舉。只要根據(jù)電機(jī)容量及平均負(fù)載率，選配一只適當(dāng)容量的電容器進(jìn)行固定補(bǔ)償就行了，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。由于目前市售的補(bǔ)償電容器質(zhì)量都不好，壽命都不長(zhǎng)，因此應(yīng)當(dāng)選用質(zhì)量較好的自愈式電容，并有自放電回路的產(chǎn)品。
5 超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)裝置
5.1 作為節(jié)能措施的應(yīng)用
抽油機(jī)由于其特殊的運(yùn)行要求，所匹配的拖動(dòng)裝置必須同時(shí)滿(mǎn)足三個(gè)最大的要求，即最大沖程、最大沖次、最大允許掛重。另外還需具有足夠的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，以克服抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)嚴(yán)重的靜不平衡。因此往往抽油機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)確定的安裝容量裕度較大。如6型抽油機(jī)配y200l-6/18.5kw，10型抽油機(jī)配y250m-6/30kw等。20世紀(jì)80年代中分別引進(jìn)國(guó)外超高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)(cjt)和超高轉(zhuǎn)差多極電動(dòng)機(jī)(cdjt)技術(shù)，對(duì)抽油機(jī)拖動(dòng)裝置進(jìn)行了大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)、測(cè)試和分析，證明抽油機(jī)匹配cdjt節(jié)能拖動(dòng)裝置具有顯著的節(jié)能效果。
(1) 降低抽油機(jī)拖動(dòng)裝置的安裝容量裕量就是一個(gè)節(jié)能體現(xiàn)。功率匹配變化見(jiàn)表2。
由表2可知，由于所匹配功率下降，其對(duì)應(yīng)的額定電流相應(yīng)下降。網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)繞組的銅耗與電流平方成正比。電流的下降自然帶來(lái)了損耗的降低而達(dá)到節(jié)能。
(2) cjt裝置軟的機(jī)械特性造就了抽油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中電動(dòng)機(jī)功率的有功分量和無(wú)功分量的變化，促使輸入功率的降低。
分析圖4，普通電動(dòng)機(jī)的m=f(s)機(jī)械曲線告訴我們，若負(fù)載超過(guò)tmax，則電動(dòng)機(jī)不能正常運(yùn)行，因此轉(zhuǎn)速變化在n～n0范圍變化較小。而cjt電動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)曲線告訴我們，t2st大于tst，且速度變化范圍大，從0～n0均能運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖4 m-s曲線
圖4中: 1—普通電動(dòng)機(jī)的m=f(s)函數(shù)曲線;
2—cjt電動(dòng)機(jī)的m=f(s)函數(shù)曲線
th—普通電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩;
tmax—普通電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩;
tst—普通電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;
t2st—cjt電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;
nh—普通電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的異步轉(zhuǎn)速;
n’—普通電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速
電機(jī)機(jī)械特性的軟、硬就是指轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩變化的大小。“硬”，速度變化小;“軟”，速度變化大。
普通電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較硬，在一定負(fù)載下，轉(zhuǎn)速n(或角速度ω)較大;cjt電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性較軟，在同一負(fù)載下，轉(zhuǎn)速n(或角速度ω)較低，即轉(zhuǎn)差率較大，具有降低扭矩峰值，減小抽油機(jī)懸點(diǎn)沖擊載荷的作用。因此，在某些工況具有節(jié)能效果。
另外，通過(guò)圖5，效率、功率因數(shù)與輸出軸功率之間的函數(shù)關(guān)系分析:
a) 普通電動(dòng)機(jī)的η、cosψ曲線陡峭。
b) cjt電動(dòng)機(jī)的η、cosψ曲線平坦。
c) 普通電動(dòng)機(jī)在額定輸出功率點(diǎn)，η、cosψ較高，運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)。
d) 在輕負(fù)載時(shí)，普通電動(dòng)機(jī)的η、cosψ較低，cjt電動(dòng)機(jī)η、cosψ較高。
圖5中: 1，2—分別為普通電動(dòng)機(jī)的η、cosφ;
3，4—分別為cjt電動(dòng)機(jī)的η、cosφ;
○—額定負(fù)載時(shí)的η、cosφ;
×○—輕載時(shí)的η、cosφ。
從前面的介紹可知，抽油機(jī)固有的設(shè)計(jì)及運(yùn)行特點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況相比，不可避免地出現(xiàn)了大馬拉小車(chē)的不合理匹配。抽油機(jī)維持在ph點(diǎn)的負(fù)載，在現(xiàn)場(chǎng)從未出現(xiàn)，絕大部分負(fù)載在電動(dòng)機(jī)額定功率(指輸出功率)20%～30%左右。對(duì)普通電動(dòng)機(jī)而言，如此運(yùn)行，其效率和功率因數(shù)特低。對(duì)cjt電動(dòng)機(jī)來(lái)講，由于曲線平坦，η、cosψ在負(fù)載變化情況下，其值變化不大，從而相對(duì)來(lái)講其η、cosψ高于普通電動(dòng)機(jī)，致使有功功率降低，功率因數(shù)提高。因此，就節(jié)能而言，抽油機(jī)匹配超高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)是合理的。當(dāng)然，轉(zhuǎn)差率的高低，機(jī)械特性的軟硬是否越高越好、越軟越好。對(duì)于這一問(wèn)題，我們認(rèn)為新技術(shù)的成立與否是通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證的。轉(zhuǎn)差率高低，機(jī)械特性軟硬均應(yīng)適度，否則對(duì)其實(shí)用性、可靠性帶來(lái)不利影響。
圖5 η=f(p)曲線
(3) 軟的機(jī)械特性造就了抽油機(jī)懸點(diǎn)最大負(fù)荷降低，抽油泵上行速度緩慢，抽油桿的彈性變形減小，從而使抽油泵的填充系數(shù)增加，吸液量增大，每沖次來(lái)油量增加，使單位液耗電能降低。
大量的資料證明，抽油機(jī)匹配超高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)，具有顯著節(jié)能效果，而cdjt變極多速電動(dòng)機(jī)在抽油機(jī)應(yīng)用上其節(jié)能效果則更上一層樓。它通過(guò)轉(zhuǎn)速的切換而直接導(dǎo)致功率的切換。如6型抽油機(jī)原匹配電動(dòng)機(jī)18.5kw，更換為cdjt-5c型變極多速電動(dòng)機(jī)，其功率轉(zhuǎn)換為8/12/16kw三個(gè)功率等級(jí)，其裝機(jī)容量分別降低13.5%、35.14%、56.76%，額定電流分別降低15.4%、28%、31.4%。通過(guò)功率切換其節(jié)能效果非常明顯地展現(xiàn)出來(lái)。
5.2 作為調(diào)參(調(diào)沖)措施的應(yīng)用
油田在采油過(guò)程中，從工藝或某些特定條件的需要出發(fā)，要調(diào)整沖次，過(guò)去和現(xiàn)在均采用較笨重的辦法，由專(zhuān)業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)拆換皮帶輪的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)過(guò)程需停機(jī)進(jìn)行，執(zhí)行該任務(wù)費(fèi)事、費(fèi)時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大。采用cdjt變極變速拖動(dòng)裝置，則可由采油工在幾秒鐘中內(nèi)非常方便地按下按鈕就可實(shí)現(xiàn)調(diào)沖目的，且不影響生產(chǎn)。特別是有的油田需經(jīng)常調(diào)沖的區(qū)塊采用該型產(chǎn)品，倍感方便，深受現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)組織者的歡迎。
5.3 cjt抽油機(jī)節(jié)能拖動(dòng)裝置所具有的軟機(jī)械性能
改善了抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)負(fù)荷的不均衡性，特別是啟動(dòng)瞬間及過(guò)程，降低了對(duì)抽油機(jī)結(jié)構(gòu)件、傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，降低了設(shè)備的維修費(fèi)用，延長(zhǎng)了抽油機(jī)的使用壽命。
6 變頻調(diào)速節(jié)能
當(dāng)油井的地下滲透能力小于抽油機(jī)的泵排量時(shí)(絕大多數(shù)油井如此)，為了提高抽吸效率，降低單位產(chǎn)量的能耗指標(biāo)，最直接的辦法是實(shí)行間抽。但是大多數(shù)的油井是不允許間歇性工作的，因?yàn)槿绻L(zhǎng)時(shí)間停機(jī)的話，輕則會(huì)影響產(chǎn)油量，重則會(huì)使油井無(wú)法再開(kāi)啟。
含蠟量高或含鹽量高以及油的粘稠度高，且地處高寒地區(qū)的油井，如果間歇工作，會(huì)造成井口結(jié)蠟、結(jié)鹽或結(jié)油的后果，使油井無(wú)法再開(kāi)啟。
對(duì)于注水油井，如果停止抽取，勢(shì)必會(huì)影響產(chǎn)油量，這將是得不償失的事，對(duì)于這類(lèi)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)，可以采用改變抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。抽油泵是一種柱塞泵，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)講是一種恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，也即電動(dòng)機(jī)的電功率與其轉(zhuǎn)速成正比。這里注意的一點(diǎn)是:有人一說(shuō)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(shuō)“近似于泵類(lèi)負(fù)載”，這都是錯(cuò)誤的。要知只有葉片式的風(fēng)機(jī)和水泵，在不計(jì)其靜扭矩時(shí)，有近似于平方轉(zhuǎn)矩的負(fù)載特性。
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(jià)格也已經(jīng)大幅度下降，目前進(jìn)口變頻器的價(jià)格約為600～700元/kw。國(guó)產(chǎn)變頻器的價(jià)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(dòng)以后有以下幾個(gè)好處:
(1) 動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度
可根據(jù)油井的實(shí)際供液能力，動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度，一方面達(dá)到節(jié)能目的，同時(shí)還可以增加原油產(chǎn)量。
(2) 實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動(dòng)，提高了生產(chǎn)效率
由于實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動(dòng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)、變速箱、抽油機(jī)都避免了過(guò)大的機(jī)械沖擊，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減少了停產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。
(3) 大大提高了功率因數(shù)
大大提高了功率因數(shù)(可由原來(lái)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(dòng)時(shí)，也有幾個(gè)問(wèn)題需要解決，主要是沖擊電流問(wèn)題和再生能量的處理問(wèn)題，下面分別加以分析。
6.1沖擊電流問(wèn)題
如圖2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(diǎn)像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對(duì)于支架來(lái)說(shuō)，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(dòng)力就可以使抽油機(jī)連續(xù)不間斷地工作。也就是說(shuō)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(shí)電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)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(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力越大。因?yàn)槌橛洼d荷是每時(shí)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(shuō):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(duì)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(guò)大的沖擊電流，沖擊電流與工作電流之比最大可超過(guò)5倍，甚至超過(guò)額定電流的3倍！不僅無(wú)謂浪費(fèi)掉大量的電能，而且嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全。同時(shí)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(dòng)機(jī)的額定功率來(lái)選配的，過(guò)大的沖擊電流會(huì)引起變頻器的過(guò)載保護(hù)，不能正常工作。
通過(guò)對(duì)抽油機(jī)曲柄配重塊的調(diào)整，都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?xún)?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(dòng)機(jī)的負(fù)載率而定)都可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
由于抽油機(jī)的起動(dòng)扭矩往往很大，慣性也很大，所以要將變頻器的加減速時(shí)間設(shè)置得足夠長(zhǎng)，一般為30～50秒，才不致在起動(dòng)時(shí)引起過(guò)載保護(hù)。
6.2 再生能量的處理問(wèn)題
由于抽油機(jī)屬位能性負(fù)載，尤其當(dāng)配重不平衡時(shí)，在抽油機(jī)工作的一個(gè)沖程周期中，會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)工作狀態(tài)(發(fā)電狀態(tài))，電動(dòng)機(jī)由于位能或慣性，其轉(zhuǎn)速會(huì)超過(guò)同步速，再生能量通過(guò)與變頻器逆變橋功率開(kāi)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。由于交一直一交變頻器的直流母線采用普通二級(jí)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(duì)濾波電容器充電而使直流母線電壓升高，稱(chēng)作“泵升電壓”。直流母線電壓過(guò)高時(shí)將會(huì)對(duì)濾波電容器和功率開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成威脅，為了保護(hù)電容器及功率開(kāi)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?jī)?chǔ)存起來(lái)，等電動(dòng)狀態(tài)時(shí)再釋放給電動(dòng)機(jī)作功。這種方法對(duì)節(jié)能有利，但是電容器的儲(chǔ)能作用是有限的;譬如，某抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的平均功率以10kw計(jì)算，回饋功率以25%計(jì)算為2.5kw，在一個(gè)沖程周期中發(fā)電狀態(tài)為2～3秒鐘的話，則回饋能量ad=6000焦耳。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(shí)直流母線電壓小于600v(us)，“oud”保護(hù)電壓(usm)為800v，那么as=cusm2-cus2=×2200×10-6×(640000-360000)=308焦耳，比起6000焦耳的回饋能量來(lái)小得多了。即使再增加10,000μf的濾波電容，也只能儲(chǔ)能1400焦耳，因此在大容量或者負(fù)載慣量大的系統(tǒng)中，不可能只靠濾波電容器來(lái)限制泵升電壓。
(2) 第二種辦法是采用“放”的辦法，可以采用由分流電阻器rp和開(kāi)關(guān)管vb組成的泵升電壓限制電路，如圖6所示。
圖6 泵升電壓限制電路
也就是將回饋能量消耗在電阻上，這是一種耗能的方法，對(duì)節(jié)能不利。尤其是在大容量或者大慣量拖動(dòng)系統(tǒng)中，能量的損失較大。當(dāng)然也可以采用現(xiàn)成的變頻器選件:制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，其原理與圖6是一樣的，只是投資更大，耗能也更大而已。
(3) 對(duì)于地處北方寒冷地區(qū)的抽油機(jī)，為了在冬季增加原油的流動(dòng)性和防止結(jié)蠟，對(duì)井口回油管進(jìn)行電加熱，如中頻電加熱裝置，這時(shí)也可將變頻器與中頻電加熱裝置共用整流電路及直流母線，這樣可將電動(dòng)機(jī)回饋到直流母線上的再生能量用于中頻加熱器，同時(shí)又防止了直流母線電壓的泵升。
(4) 對(duì)于同一井場(chǎng)上有多口油井的場(chǎng)所，可以采用共用直流母線系統(tǒng)方案:即若干臺(tái)抽油機(jī)的變頻器可共用一臺(tái)整流器，將其直流母線聯(lián)結(jié)在一起，利用各變頻器的回饋能量不可能在同時(shí)發(fā)生的原理，將某一臺(tái)變頻器的回饋能量作為其它變頻器的動(dòng)力。這樣即節(jié)約了能量，又防止了泵升電壓的產(chǎn)生。如圖7所示。
(5) 對(duì)于更大功率的系統(tǒng)，為了回饋再生能量，提高效率，可以采用能量回饋裝置，將再生能量回饋電網(wǎng)，當(dāng)然這樣一來(lái)，系統(tǒng)就更復(fù)雜，投資也就更高了。所謂的能量回饋裝置，其實(shí)就是一臺(tái)有源逆變器。按采用的功率開(kāi)關(guān)器件的不同又可以分為晶閘管(scr)有源逆變器及絕緣柵雙極型晶體管(igbt)逆變器兩種，它們又各自有其特點(diǎn)和要求。
圖7 采用公用直流母線的多逆變器系統(tǒng)主電路
a) 晶閘管有源逆變器
如圖8所示，三相橋式可控整流電路用作有源逆變時(shí)，就成為三相橋式有源逆變電路。只是電路內(nèi)電能的流向與整流時(shí)相反，直流母線輸出電功率，電網(wǎng)則吸收電功率，為了防止過(guò)電流，應(yīng)滿(mǎn)足ud≈um的條件，ud取決于電動(dòng)機(jī)的回饋能量的大小，而um則可通過(guò)導(dǎo)通角a(或稱(chēng)為逆變角β，β=π-a)
圖8 采用晶閘管有源逆變器的再生能量回饋系
來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于逆變時(shí)um為負(fù)值，故a在逆變時(shí)的范圍應(yīng)為π/2～π之間(或β為π/2～0之間)。其實(shí)由于電感性負(fù)載及變壓器漏抗的影響，最小逆變角βmin≥π/6。
從上述的分析可見(jiàn)，逆變的條件有二:其一要有直流電壓存在，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值則應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓um;其二要求晶閘管的導(dǎo)通角α＞π/2，使um為負(fù)值，兩者必須同時(shí)具備才能實(shí)現(xiàn)有源逆變。晶閘管有源逆變器的關(guān)鍵是交直流側(cè)的電壓匹配，否則也無(wú)法實(shí)現(xiàn)有源逆變。由于
um=-2.34u2cosβ(或=-1.35u2l cosβ) (1)
若逆變器交流側(cè)直接接到380v交流電源，且最小逆變角取β=π/6，則um max=480v左右，而變頻器直流母線電壓在正常工作時(shí)為540v左右，ud＞um,會(huì)形成能量在變頻器整流器—逆變器—電網(wǎng)之間無(wú)謂循環(huán)，且會(huì)使直流母線電壓降低，減小了變頻器的輸出功率。而我們要求的是:當(dāng)回饋能量較小時(shí)，能量回饋裝置不工作，讓能量?jī)?chǔ)存在濾波電容器中，當(dāng)直流母線電壓達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)(如ud＞670v)，能量回饋裝置才開(kāi)始工作，將多余的能量回饋電網(wǎng)。根據(jù)(1)式反算過(guò)去，逆變變壓器付邊的線電壓應(yīng)大于540v，相電壓應(yīng)大于300v，才能實(shí)現(xiàn)電壓匹配。
b) igbt有源逆變器，雖然其主電路結(jié)構(gòu)與變頻器中的無(wú)源逆變器基本相同，但是其功能和控制方法是大不相同的。變頻器中的無(wú)源逆變器的負(fù)載是三相交流電動(dòng)機(jī)，其輸出頻率、電壓、相位都可以由變頻器隨意控制;而igbt有源逆變器的輸出接的是交流電網(wǎng)，是有源負(fù)載，其輸出頻率、相位和電壓都必須與電網(wǎng)一致，否則會(huì)造成短路而燒毀逆變器。所以在igbt有源逆變器的控制中增加了鑒頻、鑒相器和鎖相環(huán)控制。電壓則由pwm控制，比晶閘管有源逆變器容易實(shí)現(xiàn)。另外在輸出端接有交流電抗器，用來(lái)抑制過(guò)電流。
采用可四象限運(yùn)行的變頻器，如圖9所示其控制就更復(fù)雜，投資也更高了。
6.3 電磁兼容性問(wèn)題
這里主要講電磁干擾(emi)問(wèn)題，即變頻器對(duì)微電腦控制器，傳感(變送)器及通訊設(shè)備的干擾問(wèn)題。因?yàn)樽冾l器是一個(gè)很強(qiáng)的電磁干擾源，變頻器中的開(kāi)關(guān)電源，以及產(chǎn)生的spwm電壓波形，會(huì)對(duì)控制及通訊系統(tǒng)造成很大的干擾。干擾的途徑，除了感應(yīng)、輻射之外，也包括傳導(dǎo)干擾，即通過(guò)連接導(dǎo)線傳導(dǎo)的干擾。在控制系統(tǒng)中，變頻器只是一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的運(yùn)行頻率(速度)指令要由控制器通過(guò)對(duì)油井產(chǎn)液量等信號(hào)的控制運(yùn)算后向變頻器發(fā)出，變頻器設(shè)置成根據(jù)外部信號(hào)運(yùn)行的工作方式。變頻器就通過(guò)這根信號(hào)線，給微電腦控制器造成了很大的干擾，以致使控制器無(wú)法正常工作。
因?yàn)槭莻鲗?dǎo)性干擾，采用屏蔽線是不解決問(wèn)題的，要從信號(hào)線上的共模及差模干擾入手，如圖10所示，才能真正解決干擾問(wèn)題。
6.4 閉環(huán)控制判據(jù)
抽油機(jī)利用變頻器調(diào)速，使之動(dòng)態(tài)適應(yīng)油井負(fù)荷的變化，達(dá)到節(jié)電的目的，必須要加外部傳感器，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)智能控制，只能實(shí)現(xiàn)人工定值控制。所采用的傳感器的類(lèi)型，與間抽控制器大體相同，但是在要求上是有差別的。
圖10 信號(hào)線抗干擾措施
(1) 流量檢測(cè)是最直觀、最準(zhǔn)確的方法，如果能實(shí)現(xiàn)小流量檢測(cè)并解決防堵問(wèn)題，應(yīng)盡量采用流量傳感器。
(2) 光桿載荷傳感器也能用來(lái)檢測(cè)井下液量的多少，與間抽控制不同的是，閉環(huán)調(diào)速控制只要求載荷的變化趨勢(shì)，不需要標(biāo)定空抽設(shè)定值。光桿的平均載荷大，說(shuō)明井下液量少，應(yīng)減速運(yùn)行，反之則可加速運(yùn)行。
(3) 電流控制不可取，因?yàn)檫@里除了配重的影響外，當(dāng)電機(jī)調(diào)速時(shí)，電流也是隨著變化的，因此不能將電流信號(hào)用作控制依據(jù)。
6.5 可靠性和環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題
由于抽油機(jī)都在環(huán)境惡劣的野外工作，并且很多油井是無(wú)人值守的，所以對(duì)變頻器的可靠性和環(huán)境適應(yīng)能力提出了很高的要求。一方面要選用可靠性指標(biāo)高的變頻器品牌，同時(shí)也要給變頻器在野外惡劣環(huán)境下工作創(chuàng)造必要的條件。如設(shè)計(jì)防護(hù)等級(jí)高的雙層密閉隔墊(保溫)控制柜，柜內(nèi)設(shè)計(jì)強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)，可以將柜內(nèi)的熱量排出，并在柜底設(shè)計(jì)有冷空氣入口，使之適合在夏季沙漠高溫環(huán)境中使用。如有條件，可建造控制柜小屋，使控制柜避免陽(yáng)光直接照射及雨淋。
7 結(jié)束語(yǔ)
(1) 抽油機(jī)在油田的使用量大，而負(fù)載率普遍偏低，功率因數(shù)則更低，電能的無(wú)謂浪費(fèi)嚴(yán)重，節(jié)能降耗潛力巨大。
(2) 間抽控制器在低產(chǎn)油井上節(jié)能效果明顯，同時(shí)因?yàn)槠渫顿Y少、體積小，便于安裝，因此推廣應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性很好。
(3) 對(duì)于負(fù)載率在30%以下的油井，采用星/三角轉(zhuǎn)換控制的節(jié)能效果明顯，且控制簡(jiǎn)單，投資省，具有推廣價(jià)值。
(4) 可控硅軟起動(dòng)、調(diào)壓節(jié)能，節(jié)省的只是電動(dòng)機(jī)自身?yè)p耗的一部分，節(jié)能效益與其投資不成比例，且因?yàn)槠洚a(chǎn)生的大量諧波，對(duì)電網(wǎng)及電機(jī)均有影響，因此不宜推廣。
(5) 高轉(zhuǎn)差率多極電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，節(jié)能效果明顯，且能適應(yīng)油井調(diào)參要求，軟的機(jī)械特性對(duì)延長(zhǎng)抽油機(jī)壽命有利，是很受油田歡迎的電氣拖動(dòng)裝置。
(6) 變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)速使抽油機(jī)動(dòng)態(tài)適應(yīng)油井負(fù)荷變化，也可方便地進(jìn)行調(diào)參。配以流量、載荷等傳感器，可實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的控制。同時(shí)其軟起動(dòng)性能好，對(duì)延長(zhǎng)抽油機(jī)壽命，減少維護(hù)費(fèi)用有利。節(jié)能效果最好，能耗基本上與轉(zhuǎn)速成正比，只要降速，肯定節(jié)能。是抽油機(jī)節(jié)能電控裝置的發(fā)展方向。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，其價(jià)格將進(jìn)一步降低，性能將進(jìn)一步提高。
(7) 抽油機(jī)節(jié)能電控裝置的發(fā)展方向是節(jié)能效果好，能與油井負(fù)荷相匹配，并有完善的保護(hù)功能。有數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能，聯(lián)網(wǎng)和通訊功能，以及遙控遙測(cè)功能。并能適應(yīng)油田的環(huán)境要求，操作簡(jiǎn)單，智能化程度高。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介
徐甫榮(1946-) 男 1970年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電機(jī)工程系發(fā)電廠電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)為國(guó)家電力公司熱工研究院教授級(jí)高級(jí)工程師。主要從事火電廠熱工自動(dòng)化及電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的研究工作。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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