1 項(xiàng)目背景
油田是產(chǎn)能大戶，同時(shí)也是耗能大戶，消耗的主要能源是天然氣、煤、電，以及渣油等。針對(duì)能耗高的特點(diǎn)，某油田確立“產(chǎn)能不忘節(jié)能低碳”的發(fā)展理念，全面推行“立體化”節(jié)能方式，把節(jié)能減排納入企業(yè)總體發(fā)展戰(zhàn)略，綜合考慮產(chǎn)量、效益和節(jié)能的關(guān)系，編制并組織實(shí)施了《某油田“十一五”節(jié)能規(guī)劃》和《某油田2009年-2020年節(jié)能規(guī)劃》，讓節(jié)能減排深入人心。
圖1 抽油機(jī)
抽油機(jī)為該油田主要的采油設(shè)備，數(shù)量多、耗電高，存在功率因數(shù)低、諧波含量高、能耗大的典型電能質(zhì)量問題。通過對(duì)抽油機(jī)電控技術(shù)研究分析，提升抽油機(jī)功率因數(shù)、降低諧波含量、高效回饋發(fā)電狀態(tài)時(shí)的電能，是實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)提升電力品質(zhì)、節(jié)能降耗的有力手段。電控節(jié)能主要從調(diào)壓節(jié)能、變頻節(jié)能、自適應(yīng)節(jié)能、合理間抽等領(lǐng)域發(fā)展。
2 項(xiàng)目方案
臺(tái)達(dá)為該油田抽油機(jī)配置37kW的AFE2000有源前端，此油井采用6kV/0.4kV的50KVA變壓器供電，抽油機(jī)采用ZYCYT-280M-8/12高起動(dòng)力矩多速電動(dòng)機(jī)，電機(jī)功率為30/20kW，采油過程工作在30kW轉(zhuǎn)速模式。臺(tái)達(dá)AFE2000有源前端針對(duì)四象限運(yùn)行負(fù)載，具備提升負(fù)載功率因數(shù)、降低諧波干擾、回饋電能的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
3 項(xiàng)目配置
項(xiàng)目配置如圖2所示。
圖2 臺(tái)達(dá)AFE2000（37KW）+標(biāo)配進(jìn)線電抗器
4 項(xiàng)目效果
調(diào)整上下行程速度， 提高產(chǎn)液量。
采用AFE2000技術(shù)， 除了可以改變抽油機(jī)的沖程頻次之外， 還可以根據(jù)實(shí)際需要把轉(zhuǎn)速控制細(xì)化為上行程轉(zhuǎn)速控制和下行程轉(zhuǎn)速控制，使抽油機(jī)工作在運(yùn)行狀態(tài)。在下行程時(shí)， 適當(dāng)降低下行程的速度， 可以減小抽油桿的彎曲度， 從而減小偏磨程度，提高原油在泵內(nèi)的充滿度；在上行程時(shí)， 適當(dāng)提高上行程的速度， 則可減少在提升中的漏失系數(shù)， 有效的提高單位時(shí)間內(nèi)原油產(chǎn)量。改造后平均產(chǎn)液量提高了10%左右。
提高功率因數(shù)， 減少無功損耗。
抽油機(jī)的負(fù)載是交變的， 工作周期中時(shí)大時(shí)小。而在選用電動(dòng)機(jī)時(shí)， 通常是根據(jù)工作周期中的載荷（例如啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩）來選配。電機(jī)的額定功率都是恒定的，以不變的功率拖動(dòng)時(shí)刻變化的載荷， 勢(shì)必造成大馬拉小車之類的浪費(fèi)。 這一現(xiàn)象會(huì)使電動(dòng)機(jī)的電能利用率很低， 功率因數(shù)下降很多， 相應(yīng)多占很多無功功率。抽油機(jī)采用AFE2000控制系統(tǒng)后，電動(dòng)機(jī)平均功率因數(shù)由工頻運(yùn)行狀態(tài)的（-0.3）0.7提高到（-1）1 ，減少了無功損耗。從而大大減小了供電電流，減輕了電網(wǎng)和變壓器的負(fù)擔(dān)，降低了線損。
圖3 加裝AFE2000前抽油電機(jī)的無功功率及功率因數(shù)
圖4 加裝AFE2000后抽油電機(jī)的無功功率及功率因數(shù)
減小電網(wǎng)沖擊， 實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。
當(dāng)電機(jī)在工頻狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流相當(dāng)于3～7倍額定電流，所以通常在電機(jī)帶載啟動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)設(shè)備和供電電網(wǎng)造成很大的沖擊，導(dǎo)致對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，且在啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生大電流和震動(dòng)，對(duì)設(shè)備極為不利。使用AFE2000控制系統(tǒng)后實(shí)現(xiàn)了電機(jī)真正意義上的柔性啟動(dòng)，使啟動(dòng)電流大大降低，既減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，也避免了對(duì)電動(dòng)機(jī)、變速箱、抽油機(jī)等大機(jī)械的沖擊，延長了設(shè)備使用壽命。
圖5 加裝AFE2000前后抽油電機(jī)運(yùn)行電流
解決倒發(fā)電產(chǎn)生的供電污染，高效回饋綠色電能。
抽油機(jī)下行時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子超過電機(jī)同步轉(zhuǎn)速時(shí)（曲柄凈扭矩為負(fù)），交流電機(jī)變成交流發(fā)電機(jī)，引起主回路母線電壓的升高，稱為“泵升電壓”，過高的泵升電壓使變壓器不能正常工作。采用AFE2000后可以將原倒送的電能轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的正弦電源回饋系統(tǒng)，回饋電能節(jié)電率在30%-50%左右。
降低諧波危害，提升電力品質(zhì)。
抽油機(jī)改裝AFE2000控制系統(tǒng)后，原變頻控制電源諧波電流含量從53.1%降至3%，典型諧波5、7、11、13、17次消除到幾乎可以忽略程度，綠化抽油機(jī)的配電系統(tǒng)，保證了供電質(zhì)量。
圖6 加裝AFE2000前后抽油電機(jī)諧波電流含量
5 項(xiàng)目總結(jié)
AFE2000控制技術(shù)在抽油機(jī)上應(yīng)用，對(duì)抽油生產(chǎn)設(shè)備來說是一個(gè)很大技術(shù)進(jìn)步，它從根本上改變了抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性，使抽油機(jī)、抽油桿、抽油泵達(dá)到動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，有桿抽油系統(tǒng)和油井供液系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)。抽油機(jī)應(yīng)用AFE2000，既可以提高工效，增加采油量，又可以節(jié)約電能，保護(hù)電機(jī)及設(shè)備，其應(yīng)用前景是十分廣泛。在能源日益緊張的今天， 相信AFE2000控制系統(tǒng)在抽油機(jī)提升電力品質(zhì)節(jié)能降耗方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
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