一,、引言

　　我國(guó)的油田絕大部分為低能、低產(chǎn)油田,，不像國(guó)外的油田有很強(qiáng)的自噴能力,，大部分油要靠注水來(lái)壓油入井，靠抽油機(jī)(磕頭機(jī))把油從地層中提升上來(lái),。在我國(guó),，以水換油、以電換油是目前油田的現(xiàn)實(shí),，耗電費(fèi)用在我國(guó)的石油開(kāi)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，節(jié)省電耗就是直接降低石油的開(kāi)采成本,。

　　抽油機(jī)節(jié)能,，其首選方案是采用變頻器對(duì)其電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造,，抽油機(jī)改用變頻器拖動(dòng)后有以下幾個(gè)好處：

　　(1) 提高功率因數(shù)：輸入側(cè)功率因數(shù)可由原來(lái)的0.25～0.5提高到0.9以上,，大大減小了供電電流，從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān),，降低了線損,，可省去大量的“增容”開(kāi)支。

　　(2) 提高運(yùn)行效率：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,，系統(tǒng)效率大大提高。

　　(3) 實(shí)現(xiàn)了真正的“軟起動(dòng)”：對(duì)電動(dòng)機(jī),、變速箱,、抽油機(jī)都避免了過(guò)大的機(jī)械沖擊,，大大延長(zhǎng)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,。

　　但是，變頻器用于抽油機(jī)電機(jī)時(shí),，也有幾個(gè)問(wèn)題需要解決,，主要是沖擊電流問(wèn)題和再生能量的處理問(wèn)題，下面分別加以分析,。

　　二、懸梁式抽油機(jī)現(xiàn)狀介紹

　　2.1 懸梁式抽油機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)介紹

　　游梁式抽油機(jī)主要是由四大部分組成的：

　　(1)游梁部分：驢頭,、游梁,、橫梁、尾梁,、連桿,、平衡塊(復(fù)合平衡抽油機(jī))

　　(2)支架部分：橫梁軸承座、工作梯,、護(hù)圈,、操作臺(tái),、支架

　　(3)減速器部分：底座、減速器筒座,、減速器,、曲柄、配重塊,、剎車(chē)等部件

　　(4)配電部分：電機(jī)座、電機(jī),、配電箱等

　　2.2 懸梁式變頻改造現(xiàn)狀介紹

　　就實(shí)際的變頻改造情況來(lái)看,，絕大部分抽油機(jī)的配重實(shí)際上是嚴(yán)重不平衡的，從而造成過(guò)大的沖擊電流,，不僅無(wú)謂浪費(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(lái)選配的,，過(guò)大的沖擊電流會(huì)引起變頻器的過(guò)載保護(hù)，不能正常工作,。

　　此外,，在油井開(kāi)采前期儲(chǔ)油量大，儲(chǔ)油量大,，供液足,，為提高才有效率可采用固定頻率運(yùn)行，保證較高的產(chǎn)油量,。但是在中,、后期，由于石油儲(chǔ)油量減少,，易造成供液不足,，電機(jī)若仍然工作在當(dāng)前頻率狀態(tài)勢(shì)必浪費(fèi)電能造成不必要的損耗，這時(shí)需要考慮實(shí)際工作情況,，適當(dāng)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速減少?zèng)_程有效提高充盈率,。

　　三、傳統(tǒng)的變頻解決方案介紹

　　變頻技術(shù)引入到游梁式抽油機(jī)控制中去是大勢(shì)所趨,。變頻調(diào)速屬于無(wú)極調(diào)速,，根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電流的大小確定電動(dòng)機(jī)的工作頻率，這樣可以根據(jù)井況的變化,，方便的調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程,，達(dá)到節(jié)能和提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的。而矢量變頻控制技術(shù)的應(yīng)用可保證低速大轉(zhuǎn)矩輸出,，轉(zhuǎn)速可以平滑地大范圍調(diào)節(jié),。同時(shí),，變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能齊全，如短路,、過(guò)載,、過(guò)壓、欠壓及失速等,，可有效地保護(hù)電機(jī)及機(jī)械設(shè)備,，保證設(shè)備在安全的電壓下工作，具有運(yùn)行平穩(wěn),、可靠,，提高功率因數(shù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，是采油設(shè)備改造的理想方案,。目前主流的解決方案有以下幾種：

　　方案1：變頻器加能耗制動(dòng)單元

　　這種方式比較簡(jiǎn)單,，但運(yùn)行效率低。這主要是因?yàn)楹闼龠\(yùn)行時(shí)下沖程狀態(tài)下電機(jī)發(fā)電能量回饋導(dǎo)致的,。在使用普通變頻器時(shí),，普通變頻器的輸入是二極管整流，能量不可反方向流動(dòng),。上述這部分電能沒(méi)有流回電網(wǎng)的通路,，必須用電阻來(lái)就地消耗，這就是必須使用能耗制動(dòng)單元的原因,，也直接導(dǎo)致了能耗較大,，整體效率偏低。

　　缺點(diǎn)：能效偏低,，且需加裝制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻,。

　　方案2：變頻器加回饋單元控制

　　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)。這樣一來(lái),，系統(tǒng)就更復(fù)雜,，投資也更高了。所謂能量回饋裝置,，其實(shí)就是一臺(tái)有源逆變器,。加裝能量回饋單元的變頻器，用戶可根據(jù)油井的液位,、壓力確定抽油機(jī)的沖機(jī),、速度和產(chǎn)液量，降耗節(jié)能,，提高泵效,；使設(shè)備減少磨損,，延長(zhǎng)使用壽命，高效節(jié)能低成本,，實(shí)現(xiàn)在最大節(jié)能狀態(tài)下的自動(dòng)化運(yùn)行,。但由于變頻器和回饋裝置的工作模式，使用能量回饋的方案對(duì)于電源端諧波污染很大,，電網(wǎng)質(zhì)量下降明顯,。

　　缺點(diǎn)：需要加裝回饋裝置，成本較高,，且對(duì)電網(wǎng)污染很大,。

　　四、雷諾爾RNB2000-U系列變頻解決方案介紹

　　鑒于傳統(tǒng)的變頻改造方案的種種弊端,，上海雷諾爾科技股份有限公司通過(guò)對(duì)懸梁式抽油機(jī)工藝的深入探究,，采用基于懸梁式抽油機(jī)控制工藝的專(zhuān)用軟件邏輯,，采用能量與功率的雙閉環(huán)控制,，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出頻率的連續(xù)平滑調(diào)整，實(shí)現(xiàn)消除負(fù)轉(zhuǎn)矩控制,，來(lái)避免電機(jī)動(dòng)能的回饋,、避免母線電壓過(guò)高。進(jìn)而達(dá)到省去制動(dòng)單元,、省去能量回饋裝置的目的,，避免了傳統(tǒng)變頻改造方案的種種弊端。

　　本方案的核心控制思想是恒輸出功率控制,，變頻器基于輸出功率環(huán)恒定的PID控制模式,，通過(guò)調(diào)整輸出頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)恒輸出功率控制，可以在滿足沖次的前提下,，有效降低平均輸出功率,，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能，以及保護(hù)抽油機(jī)機(jī)構(gòu)裝置,。也就是說(shuō),，變頻器不需要設(shè)定特定的運(yùn)行頻率，實(shí)際輸出頻率通過(guò)PID閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié),。下沖程時(shí),，由于負(fù)載由于慣量較大，同步轉(zhuǎn)速低于電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)發(fā)電,，變頻器輸出轉(zhuǎn)矩為負(fù),，此時(shí)變頻器自動(dòng)提高輸出頻率消除負(fù)轉(zhuǎn)矩避免電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。上沖程時(shí),，位能完全轉(zhuǎn)換成動(dòng)能,，此時(shí)轉(zhuǎn)速最高,，慣量最大，電機(jī)減速進(jìn)行上沖程動(dòng)作,，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí),，變頻器工作于恒輸出功率的PID調(diào)節(jié)模式，此時(shí)變頻器自動(dòng)提高上沖程轉(zhuǎn)速,，完成上沖程動(dòng)作,。

　　通過(guò)整個(gè)控制過(guò)程可知，電機(jī)一直沒(méi)有處于發(fā)電狀態(tài),，因此無(wú)需加裝制動(dòng)單元和RBU回饋裝置,。同時(shí)，整個(gè)沖程過(guò)程中,，下沖程慢,，可以浸入更多的油；上沖程快,，減少漏油量：大大提高了產(chǎn)油量,。

　　優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需加裝能量消耗或回饋裝置，成本更低,；且優(yōu)化了采油工藝,，整機(jī)效率大幅提高；變頻器母線電壓穩(wěn)定,，整機(jī)熱耗低,，整機(jī)穩(wěn)定性更好。

　　關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置如下：

　　五,、雷諾爾RNB2000-U系列變頻介紹

　　上海雷諾爾科技股份有限公司以RNB2000-U變頻器DSP控制系統(tǒng)為平臺(tái),，采用國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的無(wú)PG矢量控制技術(shù)，并配合多種保護(hù)方式,，可應(yīng)用于異步電機(jī),，提供優(yōu)異的驅(qū)動(dòng)性能。產(chǎn)品在風(fēng)道設(shè)計(jì),，硬件配置,，軟件功能方面都極大的提升了客戶易用性及環(huán)境適應(yīng)性。

　　技術(shù)特點(diǎn)：

　　◆行業(yè)專(zhuān)用：基于游梁式抽油機(jī)控制工藝的軟件邏輯,，真正做到行業(yè)專(zhuān)用,，方案領(lǐng)先。

　　◆高可靠性選型：關(guān)鍵器件均采用國(guó)內(nèi)外知名品牌,，元器件穩(wěn)定性可靠有保障,。

　　◆大冗余設(shè)計(jì)：通過(guò)嚴(yán)格計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，關(guān)鍵元器件采用大裕量設(shè)計(jì)，以保證整機(jī)在油田惡劣環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,。

　　◆優(yōu)化的矢量控制：國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的無(wú)速度反饋矢量控制,，低頻扭矩大，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快,。

　　◆軟件限流限壓功能：良好的電壓,、電流限制，有效進(jìn)行關(guān)鍵控制參數(shù)限幅以降低變頻器的故障風(fēng)險(xiǎn),。

　　◆環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：較高的整機(jī)過(guò)溫點(diǎn),，獨(dú)立的風(fēng)道設(shè)計(jì)，加厚三防漆處理,，更適合長(zhǎng)期運(yùn)行在油田戶外場(chǎng)合,。

　　◆轉(zhuǎn)速追蹤再起動(dòng)功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)中的電機(jī)的無(wú)沖擊平滑起動(dòng)

　　◆自動(dòng)電壓調(diào)整功能：當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，能自動(dòng)保持輸出電壓恒

　　◆全面的故障保護(hù)：過(guò)流,、過(guò)壓,、欠壓、過(guò)溫,、缺相,、過(guò)載等保護(hù)功能

　　六、結(jié)束語(yǔ)

　　游梁式抽油機(jī)傳統(tǒng)的變頻應(yīng)用模式因?yàn)榉N種弊端的存在,，變頻改造控制方案持續(xù)改進(jìn)在所難免,。上海雷諾爾科技股份有限公司以其獨(dú)創(chuàng)性的控制方案必將引領(lǐng)行業(yè)方案的變革,。同時(shí),，RNB2000-U系列變頻器可靠的軟硬件穩(wěn)定性也注定了其必將為客戶提供極具性價(jià)比的用戶體驗(yàn)。