油田抽油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的應(yīng)用

張忠民 （大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

目前，油田上廣泛運(yùn)用的抽油機(jī)有以下幾個(gè)方面的弊端：抽油機(jī)承受的功率有限；對(duì)電能的使用過(guò)于依賴(lài)并且使用量巨大；單位時(shí)間內(nèi)消耗1 kWh電所生產(chǎn)的原油量較少。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，電能的消耗占全部原油消耗費(fèi)用的50%左右。自1990年以來(lái)，一些國(guó)家研發(fā)了多種降低抽油機(jī)電能損耗的系統(tǒng)與裝置。如功率因數(shù)補(bǔ)償器、軟啟動(dòng)器、調(diào)速電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速裝置、雙功率電動(dòng)機(jī)、 Y-Δ 切換裝置，以及可控硅調(diào)壓裝置和間抽設(shè)備[1]。

1 抽油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)

為了使電動(dòng)機(jī)既處于高速平穩(wěn)的工作狀態(tài)，又能達(dá)到降低電能損耗的目標(biāo)，應(yīng)該掌握以下幾點(diǎn)：

1）抽油機(jī)屬于任何降壓?jiǎn)?dòng)方式都無(wú)法替代的重載啟動(dòng)，在反復(fù)試驗(yàn)后得出結(jié)論：只有三角形全壓?jiǎn)?dòng)才是唯一的解決辦法。

2）抽油機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)的平均輸出功率只有電動(dòng)機(jī)額定功率的1/3 左右，輸出轉(zhuǎn)矩僅為額定轉(zhuǎn)矩的30%左右。

3）抽油機(jī)遇突發(fā)事件而導(dǎo)致負(fù)載波動(dòng)較大時(shí)，轉(zhuǎn)換器應(yīng)快速地將電動(dòng)機(jī)改為Δ 接法運(yùn)行。

抽油機(jī)節(jié)能控制裝置采用單片機(jī)控制繼電接觸器切換Δ-Y 控制裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的電流與電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。電動(dòng)機(jī)荷載較小時(shí)，單片機(jī)控制接觸器將電動(dòng)機(jī)切換為Y 運(yùn)行模式，這樣電動(dòng)機(jī)自身?yè)p耗大大降低；反之，如果電動(dòng)機(jī)荷載較大，單片機(jī)將切換為Δ 運(yùn)行模式。為了確保節(jié)能控制裝置穩(wěn)定運(yùn)行，該裝置還具有短路、缺相、過(guò)載等保護(hù)功能。

2 節(jié)能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

抽油機(jī)節(jié)能控制裝置包括：中央控制器、繼電器接觸調(diào)壓電路、負(fù)載檢測(cè)裝置、有功功率電度表等。主要通過(guò)以下流程進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)：檢測(cè)裝置（信號(hào)采集）→微處理機(jī)（計(jì)算平均有功功率及接收和發(fā)出指令）→交流機(jī)電基礎(chǔ)器（Y/Δ）→異步電動(dòng)機(jī)（圖1）。

圖1 抽油機(jī)節(jié)能控制裝置系統(tǒng)框圖

裝置接通電源30 s 后，報(bào)警裝置自動(dòng)啟動(dòng)，并且提示在場(chǎng)的工作人員不能接近操作現(xiàn)場(chǎng)，緊接著檢測(cè)裝置開(kāi)始對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流和電壓進(jìn)行采樣，并將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，軟件通過(guò)系統(tǒng)處理顯示抽油機(jī)的平均有功功率，與此同時(shí)將此數(shù)據(jù)與臨界值進(jìn)行比較從而做出判斷進(jìn)行切換，借助繼電接觸器控制輸出電路對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)壓。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)，將輔程序劃分為多個(gè)小模塊，與主程序緊密結(jié)合起來(lái)。這種系統(tǒng)初始化的輔程序的主要功能是設(shè)置運(yùn)行的基本參數(shù)，對(duì)于設(shè)置不完整或需要修改的，不僅可以通過(guò)主模塊修改設(shè)置，也可以通過(guò)其他模塊登陸修改。單片機(jī)傳輸來(lái)的平均功率和Y-Δ 功率臨界值進(jìn)行比較，繼電接觸器根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行Y-Δ 轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到降壓的目的。

3 節(jié)能控制系統(tǒng)的主要功能

抽油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程控制，降低電能損耗，在單片機(jī)檢測(cè)的同時(shí)操作電動(dòng)機(jī)接線端子，調(diào)整電動(dòng)機(jī)的工作路徑，完成抽油機(jī)在不同電壓下設(shè)備的正常運(yùn)行。控制系統(tǒng)具有三種工作模式，即手控、時(shí)控、自控。除此之外還需要把電動(dòng)機(jī)控制、信號(hào)檢測(cè)和嵌入式控制等技術(shù)進(jìn)行綜合的運(yùn)用。

1）自控是由電腦遠(yuǎn)程操作確保電動(dòng)機(jī)在良好的工作狀態(tài)下工作。

2）手控是在自控模式出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，利用人工進(jìn)行控制的一種方式。

3）時(shí)控適應(yīng)于抽油機(jī)間抽工作狀態(tài)。近年來(lái)由于間抽井、低液井、稠油井的出現(xiàn)，尤其是高見(jiàn)聚井產(chǎn)出液黏稠度的增加，原油液面恢復(fù)需要間抽控制。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

表1 是某井安裝節(jié)能控制系統(tǒng)后所得出的數(shù)據(jù)，為了確保抽油機(jī)在相同的運(yùn)行條件下，采用控制變量法，該井配備的抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)額定功率為30 kW。

表1 節(jié)能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

從檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，抽油機(jī)節(jié)能控制裝置可以降低電能損耗20%左右。節(jié)能控制柜能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)調(diào)整電壓來(lái)降低電能損耗的的目標(biāo)。裝置對(duì)電網(wǎng)污染較少，故障發(fā)生率較低，安全可靠，并且完成了過(guò)電流、過(guò)電壓、欠電壓和過(guò)載保護(hù)、手動(dòng)與自動(dòng)轉(zhuǎn)換的功能操作[2]。

5 結(jié)束語(yǔ)

抽油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)采用軟件和硬件結(jié)合，可以確保抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低損耗狀態(tài)，不僅能夠降低電能的損耗，而且增加了原油的開(kāi)采量，提高了效率。抽油機(jī)的一個(gè)運(yùn)行循環(huán)系統(tǒng)中，控制裝置不會(huì)影響它的采油效果，即工作沖速不發(fā)生改變，有效地減少和防止電動(dòng)機(jī)在承受過(guò)大的負(fù)載時(shí)遭受損害。抽油機(jī)節(jié)能控制裝置不僅可以依據(jù)每臺(tái)機(jī)器荷載功率的不同做出選擇最大效益的方案，而且大大地減少了設(shè)備的投資成本，節(jié)約資源。

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[1]鄭鋼銳,梁士軍.節(jié)能型抽油機(jī)控制箱的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].應(yīng)用能源技術(shù),2000,17(3):5-7.

[2]白連平,馬文忠,楊艷.關(guān)于游梁抽油機(jī)用電動(dòng)機(jī)節(jié)能的討論[J].石油機(jī)械,1999,27(3):41-44.