臺達(dá)C2000變頻器在游梁式抽油機(jī)上的應(yīng)用

       目前國內(nèi)最常用的抽油機(jī)種類有游梁式抽油機(jī)、塔架式抽油機(jī)和螺桿泵式抽油機(jī)三種，其中游梁式抽油機(jī)作為一種簡單、高效、操作方便的抽油設(shè)備，在各種含砂、含氣、含水原油的開采中得到了廣泛的應(yīng)用。

        某油田約有7萬口采油井，其中游梁式抽油機(jī)數(shù)量高達(dá)近6萬口，新建的采油廠作為油田的試驗型井田配備了臺達(dá)C2000高階磁束向量通用型變頻器，采用工變頻自動切換的方式，使整個控制系統(tǒng)簡單緊湊，運行可靠，達(dá)到了很好的節(jié)能效果。

1  游梁式抽油機(jī)的組成與工作原理

       游梁式抽油機(jī)俗稱“磕頭機(jī)”，通過加壓的辦法使石油出井，其作為一種廣泛的采油方式，在富油井、貧油井、稀油井、稠油井上都體現(xiàn)出了卓越的性能。

1.1 系統(tǒng)組成

       游梁式抽油機(jī)主要由游梁—連桿—曲柄機(jī)構(gòu)、減速箱、動力設(shè)備和輔助裝備等四大部分組成。
工作時，電動機(jī)的傳動經(jīng)變速箱、曲柄連桿機(jī)構(gòu)變成驢頭的上下運動，驢頭經(jīng)光桿、抽油桿帶動井下深井泵的柱塞作上下運動，從而不斷地把井中的原油抽出井筒，再通過地面管線輸送至計量站。

1.2 工作原理

       當(dāng)抽油機(jī)上沖程時，油管彈性收縮向上運動，帶動機(jī)械解堵采油器向上運動，撞擊滑套產(chǎn)生振動；同時，正向單流閥關(guān)閉，變徑活塞總成封堵油，當(dāng)抽油機(jī)下沖程時，油管彈性伸長向下運動，帶動機(jī)械解堵采油器向下運動，撞擊滑套產(chǎn)生振動；同時，反向單流閥部分關(guān)閉，變徑活塞總成仍然封堵油套環(huán)形油道，使反向單流閥下方區(qū)域形成高壓區(qū)，這一運動又對地層內(nèi)的油流通道產(chǎn)生一種反向的沖擊力。 

圖1 抽油機(jī)工作原理示意圖

2  游梁式抽油機(jī)的節(jié)電技術(shù)

       抽油機(jī)的節(jié)電技術(shù)通常采用變頻調(diào)速控制，這樣可以改變抽油機(jī)長期處于低效做功的狀態(tài)，使其工作方式與油井實際負(fù)荷相匹配，保證每次都抽油，減少低效甚至無效抽取，從而降低電費開支，減少維護(hù)成本，提高運行效率。

       變頻器具有軟起動功能，起動時電流較小，對電網(wǎng)沖擊小，起動時能耗大為降低，同時減少了對電動機(jī)、變速箱、抽油機(jī)等大機(jī)械的沖擊，延長了相關(guān)設(shè)備的使用壽命。

       引進(jìn)變頻器控制可實現(xiàn)對設(shè)備上、下行程運行頻率可調(diào)，以改變抽油機(jī)上、下行程的運行速度，達(dá)到了滿足泵效的情況下耗用最少的電能。

       由于抽油機(jī)下行時負(fù)載性質(zhì)為位勢負(fù)載，變頻器加裝制動電阻后恰能適應(yīng)其工況。

圖2抽油機(jī)

3  系統(tǒng)設(shè)計

       臺達(dá)C2000變頻器通過VF模式控制三相異步電動機(jī)，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障停機(jī)時，變頻器結(jié)合控制柜電氣結(jié)構(gòu)會自動將控制狀態(tài)從變頻切為工頻，保證抽油機(jī)不停機(jī)。同時，在抽油機(jī)下行沖程時，變頻器結(jié)合外部制動電阻，將回生能量合理釋放。

       C2000變頻器與國產(chǎn)某品牌數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)傳器相連接，將電機(jī)的運行工況、電流、轉(zhuǎn)矩等數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到中控室內(nèi)。

3.1 C2000變頻器特點

       臺達(dá)C2000高階磁束向量通用型變頻器集驅(qū)動（IM/PM）、控制（PLC）、顯示（文本）、以及多種協(xié)議現(xiàn)場總線技術(shù)于一體，內(nèi)建CANOpen可做主站，具有高性能、易維護(hù)、多語言操作等特點：

       異步及同步電機(jī)控制一體化，具有多種控制模式，對電機(jī)可實現(xiàn)開閉環(huán)控制；
       啟動轉(zhuǎn)矩在0.5Hz時可達(dá)150%以上，并支持重載模式；
       過載能力最大200%轉(zhuǎn)矩電流；
       內(nèi)置PLC功能，程序容量10K步；
       強(qiáng)大的面板編輯功能，相當(dāng)于文本使用，并且面板參數(shù)設(shè)定有文字提示，使用簡便；
       模塊化設(shè)計，控制端子及風(fēng)扇可拆卸，并支持穿墻式安裝；
       豐富的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能，內(nèi)建CANOpen，可擴(kuò)展Profibus、DeviceNet、MODBUS TCP、EtherNet-IP現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)絡(luò)卡；
       -50℃至+50℃超寬環(huán)境溫度，全球安規(guī)兼容于CE/UL/CUL。

3.2 C2000的基本參數(shù)設(shè)置

       變頻器的參數(shù)設(shè)置主要分為兩部分，一為基本參數(shù)，二為通訊參數(shù)。

表1 變頻器主要參數(shù)設(shè)置

3.3電氣控制原理

       游梁式抽油機(jī)在變頻柜門板上進(jìn)行操作，變頻控制柜門板上有啟動、停止、故障復(fù)位、工變頻轉(zhuǎn)換按鈕，并有運轉(zhuǎn)指示燈、工變頻指示燈和電位計調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速旋鈕，可以在現(xiàn)場或遠(yuǎn)程對變頻柜進(jìn)行實時操作。

       當(dāng)變頻器在運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)故障時，變頻器會利用繼電器輸出功能自動將變頻狀態(tài)切為工頻狀態(tài)，保證了抽油機(jī)不停機(jī)，同時，C2000變頻器通過RS485與北京安控CPU相連接，可以遠(yuǎn)程上傳數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程修改相關(guān)參數(shù)。

圖3 抽油機(jī)控制柜
  
圖4 控制柜正面與背面（安控模塊）

4  系統(tǒng)節(jié)能

       采油井在開采過程中，油況可能隨時發(fā)生變化，C2000變頻器可以實時將負(fù)載情況送到北京安控CPU內(nèi)進(jìn)行分析計算，從而得到合理的轉(zhuǎn)速控制。同時，還可以根據(jù)采油廠的采油量指標(biāo)，由采油工人自行或定時改變輸出頻率，滿足了手動與自動控制的二合一功能，不僅節(jié)約了電能，還節(jié)省了人力物力，深受用戶好評。

5  結(jié)束語

       臺達(dá)C2000變頻器（18.5～30KW）自2012年10月份在華北某油田多個游梁式抽油機(jī)井口投運，運行效果穩(wěn)定，節(jié)能明顯，并且操作簡便易懂，在客戶處取得了良好反響。

作者簡介：

       趙成亮，男，出生于1984年7月，畢業(yè)于佳木斯大學(xué)，自動化專業(yè)。現(xiàn)任中達(dá)電通東北大區(qū)業(yè)務(wù)支援處高級應(yīng)用工程師，從事中達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在黑龍江區(qū)域的技術(shù)支持和推廣工作，有著豐富的業(yè)界經(jīng)驗。