抽油机专用变频节能技术应用研究
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作者: 张春海
摘要：介绍了抽油机专用变频器在抽油机节能改造中的应用情况。通过改造，实现了抽油机高效运行，达到了节能降耗和提高产量的目的。
关键词：变频器；抽油机；节能
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1672-3198(2011)04-0289-01
石油行业是高利润的行业，但也是高耗能行业，目前国外在使用变频驱动方式来改进抽油机的效率，达到节能作用，而国内也仅从事相关的研究，大庆、胜利等油田都试验了部分设备，反映效果比较好。
1、变频电动机的设计特点
1.1电磁设计
变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下：
①尽可能的减小定子和转子电阻。减小定子电阻即可降低基波铜耗。以弥补高次谐波引起的铜耗增。
②为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。
③变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。
1.2结构设计
在结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题：
①绝缘等级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。
②对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。
③冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。
④防止轴电流措施，对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。
⑤对恒功率变频电动机，当转速超过3000/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。
2、抽油机专用变频器工作原理
根据抽油机是交变工作载荷的特点，抽油机专用变频器内置了专用的运动控制程序。抽油机专用变频器，可以根据油井的实际情况，由操作设置油井工作参数和工作方式，经过运算处理后，变频器自行调整抽油井工作制度，改变抽油机的冲程频次，达到上、下冲程间的平稳过渡。变频器本身具有抽油机所需的各种保护功能及相应的放电回馈电路，而且风机可以有温度自动控制，也节约相应的能源消耗。
针对抽油机载荷的特殊性和野外工作特点，按照严格的工业标准设计把制动电路、回馈电路、无线滤波器、线路电抗器和防雷击装置集成到专用变频器中，增强整机的可靠性。
3、抽油机专用变频器改进后的功能介绍
一种改进后的抽油机专用变频节能控制装置，其主要作用是将抽油机所急需的6个方面的重要功能有机结合为一体，再附之以常规的电机保护功能，不仅功能完善，而且可以有效的降低成本。这6个方面的功能包括：
(1)负载动态跟踪优化控制，节电效果显著。针对抽油机”大马拉小车”而带来的功率因数和效率很低的问题，通过实时检测抽油机的负载状况和特定的动态跟踪优化控制算法，改善电机的工作状态，提高工作效率，实现抽油机节能的动态跟踪控制。
(2)上、下冲程自动变频切换和恒频设定两种模式选择，增产效果明显。为了提高采收率，根据现场的实际需要，既可以采用抽油机上、下冲程速度的变频独立控制自动切换模式，实现抽油机光杆的快提慢放或者慢提快放，也可以通过键盘设定选择普通的恒频设定控制模式。
(3)不平衡馈能处理简捷可靠。吸收抽油机电机在倒发电期间所产生的不平衡馈能，抑制和防止这部分电能被馈入电网，从而避免对电网的扰动冲击影响。
(4)抽油机的软启停控制。实现抽油机电机的软起动和软停止控制，既可以减小起动电流，又能加大起到转矩，降低抽油机对驱动电机额定容量的较高要求。
(5)提高抽油机的网侧功率因数。
(6)方便灵活的变频/工频运行方式的自动和手动切换控制功能。
4、结 语
变频器具有软起、停功能，减少了对抽油机杆的机械冲击，保护了电机及机械设备，减少维修量，变频器对过压、欠压、过载、短路及电路失速都能可靠地保护。总之，变频控制技术在抽油机上应用，对抽油生产设备来说是一个很大进步，它从根本上改变了抽油机的运动特性和动力特性，使抽油机一抽油杆一抽油泵达到动态协调，使有杆抽油系统和油井供液系统达到动态协调。抽油机应用变频器，即可以提高工效，增加采油量，又可以节约电能，保护电机及设备，其应用前景是十分广泛的。在能源日益紧张的今天。相信变频器在抽油机这方面可以大有作为的。
参考文献：
[1]周佳胜，变频调速器在油田设备上的应用[J]，变频器世界，2003
[2]张书利，抽油机电机节能改造技术的应用，科技信息，2010
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