幾種抽油機(jī)節(jié)能裝置節(jié)能效果及性能比較

1、幾種抽油機(jī)節(jié)能裝置節(jié)能效果及性能比較一、概述自從 100 多年前，以燃燒石油制品為動(dòng)力的機(jī)器誕生以來，對石油的需求量飛速增長， 也為石油工業(yè)的發(fā)展提供了契機(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)的種類繁多，技術(shù)發(fā)明有數(shù)百種。從采油方式上可分為兩類，即有桿類 采油設(shè)備和無桿類采油設(shè)備。有桿類采油設(shè)備又可分為抽油桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)類（國內(nèi)外大量使用 的游梁式抽油機(jī)和無游梁式抽油機(jī)）和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)類（如電動(dòng)潛油螺桿泵）；無桿類采油設(shè)備 也可分為電動(dòng)潛油離心泵，液壓驅(qū)動(dòng)類（如水力活塞泵）和氣舉采油設(shè)備。我國的油田不像中東的油田那樣有很強(qiáng)的自噴能力，多為低滲透的低能、低產(chǎn)油田，大 部分油

2、田要靠注水壓油入井，再用抽油機(jī)把油從地層中提升上來。以水換油或者以電換油是 我國油田的現(xiàn)實(shí)，因而，電費(fèi)在我國的石油開采成本中占了相當(dāng)大的比例，所以，石油行業(yè) 十分重視節(jié)約電能。目前，我國抽油機(jī)的保有量在 10 萬臺(tái)以上，電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘吭?3500mw ，每年耗電量逾百億 kwh 。抽油機(jī)的運(yùn)行效率特別低，在我國平均效率為 25.96，而國外平均水平為 30.05，年節(jié)能潛力可達(dá)幾十億 kwh。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，總耗電量超過油田總用電量的 80，可 見，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)能包括節(jié)能型抽油機(jī)和抽油機(jī)節(jié)能電控裝置的研制與

3、推廣兩個(gè)方面，對此兩大 技術(shù)的研究方興未艾。介紹和宣傳的文章很多，眾說紛紜，莫衷一是。廠家的產(chǎn)品性能介紹 亦有“王婆賣瓜”之嫌。因此，有必要將目前常見的幾種類型的抽油機(jī)節(jié)能電控裝置作一個(gè)科 學(xué)的分析比較，以供用戶選用時(shí)參考。在全國各油田進(jìn)行試驗(yàn)或已投運(yùn)的節(jié)能電控裝置不下 數(shù)十種之多，大體上可以分為以下幾個(gè)類型，下面分別加以討論。二、間抽控制器由于抽油機(jī)是按照油井最大化的抽取量來進(jìn)行選擇的，并且還留有設(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，泵的充滿度越來越不足，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。對于這種油井，最簡單的方法是實(shí)行 間抽，即當(dāng)油井

4、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 過一定深度時(shí)，再開啟抽油機(jī)，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)。間抽控制的原始做法是派人定時(shí)到油井去開停抽油機(jī)，即使在發(fā)達(dá)國家，目前也還有不 少油井采用這種人工控制方式，以便解決抽油機(jī)的低效和浪費(fèi)問題。這種做法每天要派人去 井場操作好幾次，經(jīng)過長期試驗(yàn)才能摸索出適合各油井的間抽規(guī)律，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。于是就引入 了定時(shí)鐘，只須設(shè)定開、停機(jī)時(shí)間，便能自動(dòng)地進(jìn)行間抽控制，但是，這仍然無法解決令抽 油機(jī)的工作能力動(dòng)態(tài)地響應(yīng)油井負(fù)荷的變化，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果，同時(shí)，還有可能會(huì)影 響油井的產(chǎn)量。為了解決上述問題，通過安裝相關(guān)的

5、傳感器，精確感知油井負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)智能 間抽控制。為此，可采用各種不同的傳感器達(dá)到控制目的，下面分別予以介紹。液面探測器：如果能直接測出井中的液面，那么就可以用它來控制抽油機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)液 面高度超過泵時(shí)，就啟動(dòng)抽油機(jī)；當(dāng)液面降到泵的吸入口處時(shí)，就關(guān)閉抽油機(jī)，避免空抽的 發(fā)生。早期的方法是使用永久式的井下壓力傳感器來檢測液面，現(xiàn)代則是利用聲波裝置從地 面上自動(dòng)監(jiān)測井下液面深度，但是，由于裝置復(fù)雜，維修費(fèi)用高而沒有得到普及。流量傳感器：在井口通過流量傳感器檢測油井的出液量，是實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)控制最直接，也 是最有效的方法。但是，由于國內(nèi)的油井產(chǎn)量太低，有些油井的產(chǎn)量每天只有幾m3，甚至 不足 1m

6、3，合 10cm3/s。這么小的流量檢測，對于各種類型的流量傳感器來講都是一個(gè) 難題，再加上井中采出的油液中含有大量的泥沙和蠟塊，經(jīng)常會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象，因而也未能獲得推廣應(yīng)用。電流傳感器：應(yīng)當(dāng)說，電機(jī)電流的檢測是最方便、最可靠，也是最為廉價(jià)的方法。當(dāng)發(fā) 生空抽時(shí)，下沖程開始時(shí)游動(dòng)閥并沒有打開，光桿載荷為桿柱重量及游動(dòng)閥上部液柱的重量 之和，可平衡掉大部分的配重的重量，電動(dòng)機(jī)只要用很小的能量就可將桿柱送入井底，電機(jī) 電流較??；當(dāng)油井中泵的充滿度較高時(shí)，下沖程開始不久，游動(dòng)閥即打開，泵中液面托住了 游動(dòng)閥上部的液柱重量，并且使抽油桿柱也浸沒在液體中，因而光桿載荷只是桿柱在液體中 的浮重，這也就意味著

7、電機(jī)將用較大的能量來舉起曲柄或游梁尾部的平衡塊的重量才能將桿 柱送入井底，因而電流就較大。抽油桿載荷傳感器：普遍采用的方法是通過特制的傳感器，對抽油機(jī)的光桿載荷進(jìn)行檢 測，因?yàn)楣鈼U載荷是井下泵運(yùn)行情況的最好監(jiān)視器，并且它不受平衡配重的影響。泵的充盈 系數(shù)（包括空抽）通過對抽油桿載荷的分析可以很容易地被檢測出來。另外，更重要的是抽 油桿載荷數(shù)據(jù)，加上抽油桿位置的信息，正是分析井下工況的“示功圖”的必備數(shù)據(jù)，利用這 些信息可對抽油機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行全面的分析。在光桿或游梁上安裝測力傳感器可以測出抽 油桿的載荷數(shù)據(jù)。光桿測力傳感器比較準(zhǔn)確，但易于損壞；安裝在游梁上的傳感器準(zhǔn)確度比 較低，但比較耐用。三

8、、電動(dòng)機(jī)星三角轉(zhuǎn)換節(jié)能由于抽油機(jī)的功率檔次有限，而每一口油井的參數(shù)都不一樣，在選配抽油機(jī)時(shí)，不可能 做到量體裁衣，剛好和抽油機(jī)的功率檔次相匹配，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 2030之間，最高也不 會(huì)超過 50，形成大馬拉小車的現(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

9、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。由于低壓電動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)，定子三相繞組是接法，這樣每相繞組承受 380v 的 線電壓，電動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生額定的輸出機(jī)械功率。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是與電壓的平方成正比的，當(dāng)電 動(dòng)機(jī)輕載（負(fù)載率33時(shí)，再將電 動(dòng)機(jī)繞組改為接法運(yùn)行，否則，會(huì)因電流過大而燒毀電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行 轉(zhuǎn)換時(shí) 會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。y/接法轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)一般采用交流接觸器實(shí)現(xiàn)，也可以通過晶閘管開關(guān)實(shí)現(xiàn)，兩種方 法在節(jié)能效果上并無差異，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)對節(jié)能效果產(chǎn) 生較大的影響。當(dāng)負(fù)載率 33時(shí)，不能及時(shí)進(jìn)行 y

10、切換，則會(huì)使電流過大，銅耗增加，反而費(fèi)電，同 樣影響節(jié)能效果。為了不使轉(zhuǎn)換頻繁發(fā)生，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 35，進(jìn)行 y換。四、晶閘管相控調(diào)壓節(jié)能(std)一般而言，磕頭式抽油機(jī)均普遍存在抽取能力大于油井實(shí)際負(fù)荷的問題。因此，泵空或 空撈現(xiàn)象便相伴而生。泵空增加無效行程，浪費(fèi)大量電能，同時(shí)也使抽油設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用提 高。std 內(nèi)部主要由相控電機(jī)節(jié)電器及保護(hù)單元、控制回路等部分組成，其核心部分是相 控電機(jī)節(jié)電器，相控電機(jī)節(jié)電器將最新智能可編程軟件固化在微處理器上，通過先進(jìn)的電子 線路對負(fù)載電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測與跟蹤，實(shí)時(shí)控制晶閘管（可控硅）的導(dǎo)通角，在百分之一秒

11、以內(nèi)提供電機(jī)最適宜的工作電壓與電流，使電機(jī)的輸出功率與實(shí)時(shí)負(fù)載剛好匹配，從而有效地降低電機(jī)的功率損耗，改善電機(jī)起動(dòng)、停機(jī)性能，達(dá)到節(jié)電的效果。std 相控調(diào)壓節(jié)電器適用于各類處于輕載或變負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下抽油機(jī)電機(jī)節(jié)能控制， 不改變抽油機(jī)的上下行程和運(yùn)行速度，在不減少抽油量的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。相控節(jié)電器 配備了軟啟動(dòng)功能，可以大大降低電機(jī)的啟動(dòng)電流，減少?zèng)_擊電流對電機(jī)絕緣的破壞、降低 電機(jī)運(yùn)行溫度、減少電機(jī)的維護(hù)量、延長使用壽命。相控節(jié)電器對抽油機(jī)電機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控負(fù)載 變化、匹配輸入電機(jī)所需電能，大大減少電機(jī)本體的發(fā)熱、振動(dòng)、噪音和鐵磁損耗，有效改 善電機(jī)的運(yùn)行條件?；谙嗫毓?jié)電技術(shù)的電機(jī)節(jié)電器全自

12、動(dòng)智能化節(jié)電，無需人工調(diào)節(jié)，節(jié)電率效果比較明 顯，不改變電機(jī)原有轉(zhuǎn)速，不影響抽油機(jī)采油量，串聯(lián)于抽油機(jī)電機(jī)前端，安裝使用簡捷易 用，具有軟啟動(dòng)，動(dòng)態(tài)跟蹤負(fù)載，調(diào)節(jié)用電設(shè)備輸入功率，提高用功功率等功能，可有效地 保護(hù)電機(jī)及機(jī)械設(shè)備，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，是抽油機(jī)節(jié)能改造的最佳方案。std 油田抽 油機(jī)節(jié)能控制柜就是基于相控節(jié)電技術(shù)，專門針對油田抽油機(jī)運(yùn)行效率低、能源浪費(fèi)嚴(yán)重而 推出的新一代油田節(jié)能產(chǎn)品，目前在國內(nèi)許多油田已經(jīng)得到認(rèn)可和廣泛應(yīng)用。五、無功就地補(bǔ)償節(jié)能交流異步電動(dòng)機(jī)的無功就地補(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)所需的無功功率由電容器提供，有功功率則仍由電網(wǎng)提

13、供，因而可以最大限度地 減少拖動(dòng)系統(tǒng)對無功功率的需求，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。無功就地補(bǔ)償只對長期空載或輕載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)有用，對于重載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)槠?本身功率因數(shù)較高，沒有補(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，本身功率因數(shù)又偏低，無功就地補(bǔ)償?shù)男Ч^好。對于抽油機(jī)這 樣的負(fù)載，負(fù)載頻繁變化，沒有必要采用自動(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)

14、又實(shí)用。目前，由于市售的補(bǔ)償電容器質(zhì)量都不好，壽命都不長，因 此，應(yīng)當(dāng)選用質(zhì)量較好的自愈式電容器，并有自放電電路的產(chǎn)品。六、超高轉(zhuǎn)差率多速電動(dòng)機(jī)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，還須具有足夠的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，以克服抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí) 嚴(yán)重的靜態(tài)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)國外超高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)和超高轉(zhuǎn)差多極電動(dòng)機(jī)技術(shù)，對抽油機(jī)拖動(dòng)裝置進(jìn)行了大量的科學(xué)實(shí) 驗(yàn)，測試和分析，

15、證明抽油機(jī)匹配超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)裝置具有一定的節(jié)能效果。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)。由于所匹配功率下降，其對應(yīng) 的額定電流相應(yīng)下降。網(wǎng)絡(luò)及電機(jī)繞組的銅耗與電流平方成正，電流的下降自然帶來了損耗 的降低而達(dá)到節(jié)能。拖動(dòng)裝置軟的機(jī)械特性造就了抽油機(jī)運(yùn)行過程中電動(dòng)機(jī)功率的有功分量 和無功分量的變化，促使輸入功率的降低。抽油機(jī)固有的設(shè)計(jì)及運(yùn)行特點(diǎn)與現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行工況相比，不可避免地出現(xiàn)了大馬拉小車 的不合理匹配。抽油機(jī)維持在 ph 點(diǎn)的負(fù)載，在現(xiàn)場從未出現(xiàn)過，絕大部分負(fù)載在電動(dòng)機(jī)額 定功率（指輸出功率）2030左右。對普通電動(dòng)機(jī)而言，如此運(yùn)行，其效率和功率因 數(shù)特低。對超

16、高轉(zhuǎn)差率多速電動(dòng)機(jī)來講，由于曲線平坦， 及 cos 在負(fù)載變化情況下，其 值變化不大，從而相對來講其 及 cos 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？對于這一問題，我們認(rèn)為新技術(shù)的成立與否是通過 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，否則對其實(shí)用性、可靠性帶來不利影響。超高轉(zhuǎn)差率多速電動(dòng)機(jī)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，每沖次來油量 增加，使單位液耗電能降低，具有一

17、定的節(jié)能效果。七、變頻器調(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)使油井無法再開啟。這是 因?yàn)椋汉灹扛呋蚝}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，使油井無法再開啟；對于注水油井，如果停止抽取，勢 必會(huì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí) 現(xiàn)。抽油泵

18、是一種柱塞泵，對電動(dòng)機(jī)來講是一種恒轉(zhuǎn)矩性的負(fù)載，也即電動(dòng)機(jī)的電功率與其 轉(zhuǎn)速成正比。這里要提醒注意的一點(diǎn)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(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，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(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 600700 元/kw。國產(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

19、改造已經(jīng)成為可能。抽油機(jī)改用變頻器拖 動(dòng)以后有幾個(gè)好處：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；由于實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動(dòng)，對電動(dòng)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(shí)間，提高了生產(chǎn)效率；大大提 高了功率因數(shù)（可由原來的 0.250.5 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)問題需要解決，主要是沖擊電流問題和再生能量的處理問題，以下加 以分析。1、沖擊電流問題游梁式抽油機(jī)是一種變形的四連桿

20、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(dòng)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(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，有 6 口井配重偏大，從而造成過大的沖擊電流

21、，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(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)的額定功率來選配的，過大的沖擊電流會(huì)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(dòng)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(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，一般為

22、3050s，才不致在起動(dòng)時(shí)引起過載保護(hù)。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(shí)，在抽油機(jī)工作的一個(gè)沖程中，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(shí)將會(huì)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)置了直流

23、母線電壓高保護(hù)停機(jī)功能。第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(chǔ)存起來，等電動(dòng) 狀態(tài)時(shí)再釋放給電動(dòng)機(jī)作功。這種方法對節(jié)能有利，但是電容器的儲(chǔ)能作用是有限的，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限制泵升電壓。第二種辦法是采用“放”的辦法，可以采用由分流電阻器 rp 和開關(guān)管 s11 組成的泵升 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。第三、對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，而 對井口回油管進(jìn)行電加熱，如采用中頻加熱裝置。這時(shí)也可將變

24、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。第四、對于同一井場上有多口油井的場所，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他變頻器的動(dòng)力。這樣即節(jié)約了 能量，又防止了泵升電壓的產(chǎn)生。第五、對于更大功率的系統(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，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。3、

25、電磁兼容性問題這里主要講電磁干擾（emi）問題，即變頻器對微電腦控制器，傳感（變送）器及通信 設(shè)備的干擾問題。變頻器是一個(gè)很強(qiáng)的電磁騷擾源，變頻器中的開關(guān)器件，以及spwm 電 壓波形，會(huì)對控制及通信系統(tǒng)造成很大的干擾。干擾的途徑，除了感應(yīng)、輻射之外，還包括 傳導(dǎo)干擾，即通過連接導(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）指令由控制器通過對油井液量等信號(hào)的控制運(yùn)算后給予，變頻器就通過控制 信號(hào)線，給微電腦控制器造成了很大的干擾，以致使控制器無法正常工作。因?yàn)槭莻鲗?dǎo)性干 擾，采用屏蔽線是不解決問題的，要從信號(hào)線上的共模及差模干擾入手，采用共模與差模濾 波器，才能解決干擾問題。4、閉環(huán)控制的采樣問題抽油機(jī)利用