英威騰Goodrive300-29四象限變頻器在塔式抽油設(shè)備上的應(yīng)用

　　目前，塔式抽油機(jī)是石油開采機(jī)械之一，作為近幾年來迅速發(fā)展的一種節(jié)能、高效的新型機(jī)械采油設(shè)備，與節(jié)能型游梁式抽油機(jī)對比節(jié)電率可達(dá)30-70%，但目前油井上普遍使用的異步電機(jī)驅(qū)動的游梁式抽油機(jī)，仍存在系統(tǒng)冗余、電機(jī)效率不高、功率因數(shù)低等缺陷。因此，在節(jié)能減排要求越來越高的情況下，尋找更環(huán)保、更節(jié)能的驅(qū)動裝置成為了重中之重。

　　利用英威騰Goodrive300-29四象限能量回饋型變頻器+編碼器閉環(huán)矢量控制與永磁同步電機(jī)一起構(gòu)成的直驅(qū)式抽油機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)便是兩者結(jié)合目前理想高效的控制方式。通過該系統(tǒng)，可以實現(xiàn)運(yùn)行速度更穩(wěn)定，低速出力扭矩好，自動定位往復(fù)運(yùn)動，上下行程控制更準(zhǔn)確。此外，該系統(tǒng)相對于使用交流異步電機(jī)作為驅(qū)動裝置，降低了抽油機(jī)系統(tǒng)的工作損耗，提升了抽油的工作效率和功率因數(shù)，節(jié)能效果顯著。

　　1.塔式抽油機(jī)介紹

　　塔式抽油機(jī)是根據(jù)抽油機(jī)外形命名的，也叫做往復(fù)式抽油機(jī)(根據(jù)運(yùn)動軌跡命名)，又根據(jù)傳動方式不同，分出皮帶抽油機(jī)、鏈條抽油機(jī)等等。近年來，塔式抽油機(jī)發(fā)展較快，且種類繁多。其大致上由支架、鏈條、鏈條滾筒、滾子軸承、制動裝置、動力裝置、換向裝置、平衡裝置、智能控制系統(tǒng)組成。

　　塔式抽油機(jī)適合稠油井、高含蠟井、中高含水期大排量井和低滲透井重載強(qiáng)抽和間抽的采油要求，并具有適合抗風(fēng)、灘涂、低溫、高溫等多種復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的使用要求，擴(kuò)展了抽油機(jī)的應(yīng)用范圍?！　?/p>

　　塔式抽油機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)包括：

　　(1)沖程大，如20噸抽油機(jī)最大沖程可達(dá)8米以上，能滿足產(chǎn)液量高，需要靠長沖程排液的油井;

　　(2)動載負(fù)荷小，運(yùn)行平穩(wěn)，對管桿系統(tǒng)沖擊小;

　　(3)省電節(jié)能，節(jié)電率在30-70%左右;

　　(4)占地面積小，節(jié)約土地;

　　(5)節(jié)約鋼材。

　　2.塔式抽油機(jī)工作原理及應(yīng)用環(huán)境分析

　　2.1 傳動原理

　　拖動系統(tǒng)在英威騰Goodrive300-29四象限能量回饋型變頻器控制下驅(qū)動繩輪正反轉(zhuǎn)換向、往復(fù)運(yùn)行，帶動復(fù)繞在繩輪上的由抽油桿及配重塊組成的平衡系統(tǒng)對稱上下運(yùn)動，完成抽油動作。

　　2.2 節(jié)能原理

　　塔式抽油機(jī)的機(jī)械傳動系統(tǒng)效率較四連桿結(jié)構(gòu)提高42%以上抽油桿與配重塊之間平衡率可達(dá)96%以上，運(yùn)行過程中勢能近似守恒，系統(tǒng)做功僅為克服阻力及平衡差，運(yùn)行功率顯著降低。與節(jié)能型游梁式抽油機(jī)對比節(jié)電率可達(dá)30-70%。

　　2.3 塔式抽油機(jī)系統(tǒng)組成

　　塔式抽油機(jī)系統(tǒng)核心在于永磁同步電動機(jī)。永磁同步電機(jī)具有低速啟動力矩大、寬調(diào)速、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點(diǎn)?？梢酝ㄟ^匹配Goodrive300-29四象限能量回饋型變頻器實現(xiàn)平滑調(diào)速，在額定電壓下，轉(zhuǎn)速在0-500r/min之間可調(diào)。電動機(jī)的勵磁來源于永磁體，使功率因素達(dá)0.98以上。

　　2.4 塔式抽油機(jī)負(fù)載分析

　　塔式抽油機(jī)所帶負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，啟動時需要超過額定轉(zhuǎn)矩值的轉(zhuǎn)矩。工作狀態(tài)與電梯工作工況比較接近，分上升和下降兩個過程，支持懸停，對變頻器轉(zhuǎn)矩控制特性要求較高，由于永磁同步電機(jī)特性決定，在塔式抽油機(jī)配重不平衡時會出現(xiàn)能量回饋，因此需要通過反饋裝置反送給電網(wǎng)或者消耗在制動電阻上，以防止母線電壓過沖，采用英威騰Goodrive300-29四象限能量回饋型變頻器可以使由于機(jī)械原因?qū)е掠来磐诫姍C(jī)產(chǎn)生的電能超過母線電壓范圍時回饋到電網(wǎng)，實現(xiàn)節(jié)能綠式運(yùn)行，取消了制動電阻，降低能耗制動電阻高溫風(fēng)險。

　　3.英威騰Goodrive300-29四象限能量回饋型變頻器應(yīng)用方案

　　3.1控制方案示意如圖(圖3)

　　方案說明：

　　1. 塔式抽油機(jī)最核心需求是電氣往復(fù)運(yùn)動;

　　2. 非標(biāo)Goodrive300-29內(nèi)置換向及保護(hù)邏輯;

　　3. 節(jié)能、取消制動電阻，降低能耗制動電阻高溫風(fēng)險。

　　3.2現(xiàn)場電控柜如圖4所示?！?/p>

　　4.變頻器應(yīng)用優(yōu)勢及使用效果

　　4.1應(yīng)用優(yōu)勢

　　(1)支持物聯(lián)網(wǎng)或手機(jī)APP操作接口;

　　(2)變頻器集成塔式抽油機(jī)專用工藝控制邏輯，內(nèi)置換向及保護(hù)邏輯;

　　(3)運(yùn)行自動搜索原點(diǎn);

　　(4)支持自動往復(fù)運(yùn)動及間抽功能;

　　(5)自動檢測皮帶打滑并修正累積偏差;

　　(6)沖程及沖次靈活可調(diào);

　　(7)靈活手動修井操控模式，支持懸停;

　　(8)簡化安全保護(hù)措施，具備斷繩、打滑、卡井等機(jī)械故障報警功能;

　　(9)節(jié)能、取消制動電阻，降低能耗制動電阻高溫風(fēng)險。

　　4.2 使用效果

　　使用英威騰 Goodrive300-29四象限能量回饋型變頻器很好的滿足了塔式抽油機(jī)的工作需求，無論在加減速時間、力矩、轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)速度、運(yùn)行電流、電機(jī)噪聲、穩(wěn)速精度等方面均有出色表現(xiàn)。該系統(tǒng)相對于使用交流異步電機(jī)作為驅(qū)動裝置，降低了抽油機(jī)系統(tǒng)的工作損耗，提升了抽油的工作效率。

　　5.結(jié)束語

　　英威騰Goodrive300-29四象限變頻器應(yīng)用在數(shù)字化抽油機(jī)除了具備井口數(shù)據(jù)采集、傳輸和遠(yuǎn)程啟停外，還實現(xiàn)了抽油機(jī)的遠(yuǎn)程調(diào)參數(shù)，比如遠(yuǎn)程手機(jī)APP實現(xiàn)電機(jī)參數(shù)(磁極角度)自學(xué)習(xí)、故障復(fù)位等，最大限度地降低員工的勞動強(qiáng)度和減少用工總量，使井場設(shè)備達(dá)到無人值守。

　　英威騰Goodrive300-29四象限變頻器作為抽油機(jī)的動力驅(qū)動設(shè)備，以其高效、低噪聲、大啟動轉(zhuǎn)矩、高可靠性、良好的調(diào)速性能、免維護(hù)、塔式抽油機(jī)電氣往復(fù)運(yùn)動、節(jié)能，降低能耗制動電阻高溫風(fēng)險等優(yōu)越性在數(shù)字化抽油機(jī)中有著良好的應(yīng)用，經(jīng)實際運(yùn)行證明：Goodrive300-29運(yùn)行穩(wěn)定、進(jìn)一步提高抽油機(jī)采油系統(tǒng)效率，節(jié)約能源，降低開采成本，實現(xiàn)油田經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)，實現(xiàn)真正意義上的數(shù)字化管理和智能控制，值得推廣。