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英威腾CHV100系列变频器在游梁式抽油机上的应用-深圳市英威腾电气股份有限公司-中国传动网应用案例

信息来源:chuandong.biz  时间:2009-07-01  浏览次数:66

  【摘 要】本文结合游梁式抽油机生产应用的实际情况,介绍了变频调速设备在该类负载的应用情况。详细分析变频改造原理及应用可行性。
  【关键词】变频 抽油机 节能
  Abstract:The paper introduce a real application of variable frequency speed regulation with load oil beam pumping unit, Detailed analyse the frequency inverter restructure principle and applicational feasibility.
  key words:variable frequency、 oil pump、energy saving
  1 引言
  进入21世纪,变频调速技术得益于其优异的节能特性和调速特性,在我国油田中得到广泛应用,中国产值能耗是世界上最高的国家之一。要解决产品能耗问题,除其它相关的技术问题需要改进外,变频调速技术已成为节能及提高产品质量的有效措施。油田作为一个特殊行业,有其独特的背景, 目前,抽油机是应用最普遍的石油开采机械之一,也是油田耗电大户,其用电量约占油田总用电量的40%,且总体效率很低,据调查一般在30%左右。油田抽油机负载是独具特点的时变负载:有动、静负载特性之分。起动初始状态要求拖动电机的起动力矩是抽油机实际负载的3-4倍,甚至更大,起动力矩是抽油机选配电机的第一要素。当起动力矩适用则负载功率必然匹配不佳,运行负载功率都远小于电机的额定功率,即所谓“大马拉小车”现象。过剩的抽油能力令抽油机的无功抽取时间增加,造成油井开采的电费成本居高不下,能源浪费十分严重。可见抽油机的节能潜力非常可观。本文主要介绍变频器在游梁式抽油机上的应用。
  2 CHV100变频器在石化行业中的应用
  2.1游梁式抽油机工作原理
  游梁式抽油机结构简图如图1所示
  游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构,其整机结构特点像一架天平:一端是抽油载荷,另一端是平衡配重载荷。对于支架来说,如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致,那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在平衡率为100%时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等,平衡率越低,则需要电动机提供的动力越大。因为,抽油载荷是每时每刻都在变化的,而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化,才使得游梁式抽油机的节能技术变得十分复杂。因此,可以说游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术。
  工作时,驴头悬点上作用的载荷是变化的。上冲程时,驴头悬点提起与悬绳器相连的抽油杆柱和液柱,在抽油机未进行平衡的条件下,电动机就要付出很大的能量。在下冲程时,抽油机杆柱反转而对电动机做功,使电动机处于发电机的运行状态。抽油机未进行平衡时,上、下冲程的载荷极度不均匀,这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和电动机的效率和寿命,恶化抽油杆的工作条件,增加它的断裂次数。为了消除这些缺点,一般在抽油机的游梁尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重,这样一来,在悬点下冲程时,平衡重从低处上升至高处,平衡重位能增加。平衡重所增加的位能由两部分构成:油杆柱下落所释放的位能与电动机产生的能量。在上冲程时,平衡重由高处下落,把下冲程时储存的位能释放出来,帮助电动机提升抽油杆和液柱,减少电动机在上冲程时所需给出的能量。目前使用较多的游梁式抽油机,都采用了加平衡配重的工作方式,因此在抽油机的一个工作循环中,有两个电动机运行状态和两个发电机运行状态。当平衡配重调节较好时,其发电运行状态的时间和产生的能量都较小。
  2.2改造方案对比
  (1)无变频改造。
  此方案利用抽油机本身配置的平衡装置,实现电机的运行耗能最小化。由于原油的稠度等是时刻变化的,但是配置不能实时调节,所以势 必造成大部分能量的浪费,及设备寿命的缩短。另外,上冲程时,电动机处于电动状态时,从电网吸收电能;下冲程时,电动机处于发电状态时,释放能量,电能直接回馈给电网,造成抽油机供电系统功率因数降低,对电网质量影响较大。
  (2)变频改造,加装制动单元
  如图2所示。在变频器主回路直流母线两端加制动电阻和制动单元。在加装变频器后,电动机进入再生发电状态时,其产生的电能没有逆向流回电网的通路,所以势必引起主变频器主回路直流母线电压升高。此时必须用电阻来就地消耗,这就是我们在变频器上必须使用制动单元和制动电阻的原因,。CHV100(18.5KW以下机型内置制动单元)系列可以选配制动单元,完全可以达到理想中的控制效果。
  对于变频器加装制动单元的情况,发电产生的能量不能回馈至电网而是就地消耗,所以还是会造成能量的浪费。但加装变频装置后,网侧功率因数大大提高(由原来的0.25~0.5提高到0.9以上),大大减小了供电视在电流,从而减轻了电网及变压器的负担,降低了线损,可省去大量的“增容”开支。CHV100内置的AVR功能可根据负载特性,智能调节输出。一方面可达到节能目的,同时还可以增加原油产量。避免电网质量的下降,减小抽油机工作过程对电网的影响。此方式的缺点是必须解决制动电阻散热及寿命问题。
  应用实例:
  CHV100-055G-6在江汉油田游梁式抽油机上成功应用。
  根据江汉油田采油工况,采用变频器加装制动单元对其部分油井抽油机进行变频节能改造。江汉油田原油稠度不大,负载率比较低。采用再生能量就地耗散方案方能达到预期效果。且制动电阻散热问题仅通过加装柜顶风扇便可顺利解决。

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