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抽油机变频控制能量回馈系统 |
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游梁式和无游梁式抽油机（又称立式抽油机）是目前量大面广使用最普遍的采油设备。属于抽油杆往复运动类采油设备。其采油原理如下框图（图1）：
电动机是抽油机的驱动装置，它的运行是否正常是整机正常运行的根本保证。电动机的额定功率可以根据抽油机的轴功率以及所选的减速器悬点负载冲程冲次的大小来确定。一般情况下当抽油机悬点载荷100KN、抽油机光杆最大行程3-4.2m、减速器额定扭矩37-53KN.m则电动机功率选22-37KW。电动的转速是根据减速器的传动比（一般为28-39）。皮带机的传动比；I=d1/d2 ≤7（一般为i＝4-5）来选择的。假设抽油机的冲次按5/min次计算
电动机的转速（n）：
n=5×（4-5）×（28-39）＝560-975r/min
根据抽油机的工作环境一般选Y系列IP44封闭式三相异步电动机从常规游梁式抽油机的扭矩图（图2常规游梁式抽油机的扭矩曲线图）可见抽油机的净转矩Tn在一个工作循环中，有较高的“峰值”和较深的“谷值”，即具有较大的负扭矩。表现出扭矩波动很大，抽油机的平衡效果不佳，从耗能的角度讲，净扭矩的波动大势必造成加大功率而增大消耗。从动力角度讲，因峰值扭矩高为了保证抽油机的正常运转势必要选用较大功率的电动机。造成大电动机大电流峰值的现象。必然导致电动机自身的损耗和电路损耗的增加。同时；由于电动机工作在大马拉小车、功率因数很低的状态无功功率加大，而使电网的供电质量变差。
由于抽油机固有的设计特点和运行方式，所选配的电动机要有较高的起动转矩、要求即要有最大冲程、最大冲次，允许最大的挂重，另外还需要具有足够的堵转转矩，以克服抽油机起动时严重的静不平衡，因此抽油机在设计时确定的电机容量裕度很大。在通常情况下，大部分负载在电动机额定功率的20%--30%左右。
在有杆采油设备中广泛应用的是单作用泵的形式，即抽油泵柱塞上行程时，泵固定阀以上的油液被提升；抽油泵柱塞下行程时，泵固定阀以上的油液不被提升；抽油机的这种工作方式致使抽油机在整个工作循环（完成一个上下冲程）内的载荷有很大的差异。假设忽略动荷载及其他因素的影响，上冲程时，“驴头”悬点需要提起抽油杆液柱等负荷而运动，要求电动机付出很大的能量；下冲程时；“驴头”悬点受抽油杆柱在液体中的重量的作用而随抽油杆自由下落，不但不需要电动机付出能量，悬点载荷反而对电动机回馈做功。使原来作为动力的电动机工作在第二向限的发电制动状态即电动机作负功。
我公司根据游梁式抽油机的工作特性和长期存在的问题，在电动机的控制方法上进行了技术改造。采用国际上最先进的科学技术，来解决游梁式抽油机普遍存在的问题。
我公司开发研制的“抽油机变频控制能量回馈系统”（见图3），自动检测载荷的大小变化，将输出到电动机的电流分解为励磁电流和扭矩电流，并通过调节输出电压和频率使生成的转矩电流与负载的扭矩相匹配，从而提高了变频器低速时的扭矩，可以使输出扭矩提高至额定转矩的150%--200%。克服了抽油机起动时严重的静不平衡所产生的堵转转矩。变频调速具有良好的软起动和软停止功能，使电动机平稳起动，使电动机起动过程的能量消耗变小，（普通的控制方法起动电流是额定电流的6-10倍）。同时减少了大马拉小车现象的功率损耗。
本系统设计为双速运行，即上行速度与下行速度可以分别设置，来保证抽油机工作在最佳状态。抽油机上行速度缓慢使抽油杆的弹性变形减小，从而使抽油泵的填充系数增加，吸液量增多，每冲次来油量增加，使单位耗电成本降低。
油田采油过程中，从工艺或某些特定条件的需要，经常需要对冲次进行调解，一般由专业人员到现场拆换皮带轮的方法来解决。整个过程需要停机进行，执行操作时费事、费时，劳动强度大，采用本系统后上、下行速度可以通过控制面板很方便的进行键盘输入，几秒钟即可完成，实现了方便快捷的调冲修改。节省了劳动力，提高了抽油机的运行水平，保证了抽油机的连续工作。
本系统选用的能量回馈装置，将电动机负功运行在第二向限时所产生的电能高效的回馈给电网，使节能效果非常显著。大大降低了采油的单位成本。促进了低产油田的再开发和经济效益。
系统的特点：
1、 节能效果显著，提高经济效益；
2、 提高了功率因数，同样的变压器容量可以带更多的抽油机；
3、 软起动降低了对电网的冲击和对其他设备的影响；
4、 保护功能齐全，系统安全可靠；
5、 双速运行大大的降低了单元成本。
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