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              vacon變頻器在油田抽油機上的應用
              引言

              游梁式抽油機是目前各個油田所普遍采用抽油機,但是目前的抽油機系統普遍存在著效率低、能耗大、沖程和沖次調節不方便等明顯的缺點。

               

              我單位針對傳統游梁式抽油機的特點和油田的實際應用情況所設計的新型智能化電氣油田抽油機多功能控制柜。該控制柜采用Vacon可編程變頻器為核心,采用VACON變頻器開發出的專用抽油機軟件,根據游梁式抽油機的機械結構和油田采油井的實際情況,自主開發設計的游梁式抽油機多功能控制柜。該控制柜可以適用于目前常見的游梁平衡、曲柄平衡和復合平衡的三種游梁式油田抽油機。實際應用時,當輸入必須的抽油機參數后,控制器將對抽油機進行靜態建模;實際運行時,控制器將根據抽油機的實際運行情況,實時修改抽油機的數學模型,達到增產節能的目的。

               

              2 游梁式抽油機的工作原理

               當游梁式抽油機工作時,驢頭懸點上作用的載荷是變化的。上沖程時,驢頭懸點需提起抽油桿柱和液柱,在抽油機未進行平衡的條件下,電動機就要付出很大的能量。在下沖程時,抽油機桿柱轉而對電動機做功,使電動機處于發電機的運行狀態。抽油機未進行平衡時,上、下沖程的載荷極度不均勻,這樣將嚴重地影響抽油機的四連桿機構、減速箱和電動機的效率和壽命,惡化抽油桿的工作條件,增加它的斷裂次數。為了消除這些缺點,一般在抽油機的游梁尾部或曲柄上或兩處都加上了平衡重,如圖1所示。這樣一來,在懸點下沖程時,要把平衡重從低處抬到高處,增加平衡重的位能。為了抬高平衡配重,除了依靠抽油桿柱下落所釋放的位能外,還要電動機付出部分能量。在上沖程時,平衡重由高處下落,把下沖程時儲存的位能釋放出來,幫助電動機提升抽油桿和液柱,減少了電動機在上沖程時所需給出的能量。

               

              目前使用較多的游梁式抽油機,都采用了加平衡配重的工作方式,因此在抽油機的一個工作循環中,有兩個電動機運行狀態和兩個發電機運行狀態。當平衡配重調節較好時,其發電機運行狀態的時間和產生的能量都較小。

               

              3 抽油機控制器設計原理

              VACON變頻器具有可編程功能,其編程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一個符合IEC1131-3標準的圖形化的編程工具,它可以用來設計Vacon NX特殊的控制邏輯和參數。它包含了基本功能模塊和高級功能模塊,如各種濾波器,PI控制器和積分器。VACON NC1131-3可以創建參數,故障信息和其他與應用相關的特性。

               

              在本系統中,如采用普通變頻器,為防止變頻器過壓報警,必須加制動電阻,制動電阻消耗能量,達不到系統節能要求,利用VACON變頻器具有可編程功能,利用抽油機工作時,驢頭懸點載荷是非線性變化的。設計變頻器應用程序,根據電動機負載轉矩的變化情況,變頻器將實時計算抽油機此時應該運行的速度,實時計算上、下沖程的時間,使下沖程速度加快,而上沖程速度變慢,達到增產的目的,同時當抽油機處于發電機運行狀態時,變頻器將控制電機采用抽油機的慣性運行,而不輸出任何的轉矩。采用這樣的計算方法后,抽油機工作所需的轉矩和電流將明顯減小,由于抽油機速度快時,其輸出的轉矩小,速度慢時,其輸出的轉矩也比工頻時小,達到節能的目的,同時也避免了控制器的過壓故障。

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