變頻調(diào)速器在油田抽油設(shè)備上的應(yīng)用
時間:2009-04-02 19:02:44來源:hesp
導(dǎo)語:?在油田抽油設(shè)備中,以游梁式磕頭抽油機(jī)應(yīng)用最為普遍,數(shù)量也最多。但是,傳統(tǒng)的磕頭機(jī)普遍存在著起動沖擊大,運(yùn)行耗電多,大馬拉小車、效率低下等諸多問題,
1 引言
目前,在油田抽油設(shè)備中,以游梁式磕頭抽油機(jī)應(yīng)用最為普遍,數(shù)量也最多。但是,傳統(tǒng)的磕頭機(jī)普遍存在著起動沖擊大,運(yùn)行耗電多,大馬拉小車、效率低下等諸多問題,加之油井情況復(fù)雜,稠油、結(jié)蠟、沙卡現(xiàn)象較多,斷桿、燒電機(jī)等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,對電動機(jī)沒有可靠的保護(hù)功能,設(shè)備維修量大,為此,急需對現(xiàn)有的抽油機(jī)設(shè)備進(jìn)行改造。
變頻調(diào)速器具有低速軟啟動,轉(zhuǎn)速可以平滑地大范圍調(diào)節(jié),對電動機(jī)保護(hù)功能齊全,如短路、過載、過壓、欠壓及失速等,可有效地保護(hù)電機(jī)及機(jī)械設(shè)備,具有運(yùn)行平穩(wěn)、可靠,提高功效等諸多優(yōu)點(diǎn),是抽油設(shè)備改造的理想方案。我們對遼河油田、勝利油田近40口井進(jìn)行了變頻改造,其應(yīng)用效果十分明顯。
[b]2 變頻器的基本原理
[/b] 由電機(jī)理論可知,其轉(zhuǎn)速公式為
n=60f(1-s)/p
其中 P—電動機(jī)的極對數(shù)
s—轉(zhuǎn)差率
f—供電電源的頻率
n—電動機(jī)的轉(zhuǎn)速
由上式可看出,電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比,改變頻率即可以平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,而對于變頻器而言,其頻率的調(diào)節(jié)范圍是很寬的,可在0~400Hz之間任意調(diào)節(jié),因此電機(jī)轉(zhuǎn)速即可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
當(dāng)然,轉(zhuǎn)速提高后,還應(yīng)考慮到對其軸承及繞組的影響,防止電機(jī)過分磨損及過熱,一般最高頻率設(shè)在50Hz或65Hz。
現(xiàn)在我們應(yīng)用的變頻器都是交-直-交電壓源型變頻器,其電路如圖1示:
功率器件為西門子的IGBT,控制器的核心是87C196MC單片機(jī)。
[b]3 抽油機(jī)變頻器的難點(diǎn)
[/b] 作為抽油設(shè)備,其運(yùn)動為反復(fù)地上下提升,一個沖程提升一次,其動力來自于電動機(jī)帶動的兩個重量相當(dāng)大的鋼質(zhì)滑塊,當(dāng)滑塊舉升時,類似于杠桿的作用,將抽油機(jī)桿送入井中,滑塊下降時,抽油桿提出帶油至井口,由于電機(jī)轉(zhuǎn)速一定,在滑塊下降過程中,負(fù)荷減輕,電機(jī)拖動產(chǎn)生的能量無地方施放,勢必進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài),造成主回路母線電壓升高,頻繁的高壓沖擊會損壞變頻器的主器件,包括電解電容及功率模塊,因此增加制動回路,讓再生電壓能及時地釋放掉,以保證設(shè)備在安全的電壓下工作。
再生制動電路即通常所說的剎車電路,如圖1中的虛線框內(nèi)所示,包括比較電路、剎車模塊及剎車電阻等,其控制框圖如圖2所示。
我們從主回路通過取樣放大,與基準(zhǔn)電壓相比較,通過調(diào)整電位器,使剎車單元在1.1Ue(Ue為額定母線電壓值)時導(dǎo)通,在1.05 Ue時斷開,即可控制主回路的電壓,保證其工作在允許的范圍內(nèi)。
由于剎車模塊是以單純控制主回路的電壓,其可靠地工作是很關(guān)鍵的,這里吸收電路要作好,由于剎車電阻引線都比較長,其引線電感、尖峰電壓相應(yīng)加大,為此采用了R、C、D吸收電路,圖2中R3、C4用以吸收引線電感而產(chǎn)生的尖峰電壓,所加的快恢復(fù)二極管用以在剎車單元截止時在剎車電阻兩端產(chǎn)生的逆反電壓提供通路。在剎車單元頻繁地工作中,勢必會產(chǎn)生干擾電壓,造成模塊不應(yīng)有的導(dǎo)通而損壞,在信號的輸入端加一抗干擾電容是必要的,以吸收由于干擾信號造成的模塊誤導(dǎo)通,一般選0.01uF左右的無感電容較適宜。
制動單元由于剎車電阻的限流一般不大,選100A左右即足夠,剎車電阻由于在每個沖程內(nèi)都工作一次,其功率要足夠,以保證長期可靠地使用,一般選用10kW/80的電爐絲。
[b]4 現(xiàn)場應(yīng)用
[/b] 我們分別選前期井、中后期井進(jìn)行了變頻改造。
在前期井中,由于剛開采,儲油量大,供液足,為提高功效,我們采用提高轉(zhuǎn)速的方式,讓變頻器運(yùn)行至65Hz,頻率提高了1/3倍,相應(yīng)地電機(jī)轉(zhuǎn)速提高了30%,其采油量也相應(yīng)提高,其綜合采油率可比工頻情況下多采油20%,工效提高了1.2倍,很受油田采油工的歡迎。
在中、后期井中,由于井儲量減少,供液不足,電機(jī)若仍工頻運(yùn)行,勢必浪費(fèi)電能,造成不必要的損耗,因而我們采用降低轉(zhuǎn)速的方式,減少沖程,一般將變頻器的頻率運(yùn)行至35~40Hz之間,這樣電機(jī)轉(zhuǎn)速下降了30%,加之采油設(shè)備一般負(fù)荷較輕,其節(jié)電率可達(dá)25%左右,而且提高了功率因數(shù),減少了無功損耗。
變頻器同時具有軟啟/軟停功能,在電機(jī)啟動時,減少了對抽油桿的機(jī)械沖擊,對稠油、結(jié)蠟、沙卡、等都能有效地進(jìn)行保護(hù)停機(jī),以保護(hù)電機(jī)及機(jī)械設(shè)備,減少維修量,防止斷桿,變頻器對過壓、欠壓、過載、短路及電機(jī)失速都能可靠地保護(hù),對延長電機(jī)的壽命,減少機(jī)械設(shè)備的磨損等,都具有很好的作用。
總之,抽油機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速器,即可以提高工效,增加采油量,又可以節(jié)約電能,保護(hù)電機(jī)及設(shè)備,其應(yīng)用前景是十分廣泛的。我們國家的抽油機(jī)設(shè)備相當(dāng)多,相信變頻調(diào)速器在這方面是可以大有作為的。
[b]參考文獻(xiàn)
[/b] [1] 礦山提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)
[2] 風(fēng)光變頻調(diào)速器使用手冊
作者簡介
周佳勝 男 工程師 1990年畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)應(yīng)用電子學(xué)專業(yè),畢業(yè)后一直在山東風(fēng)光電子有限公司,致力于變頻器的開發(fā)和制造。
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