1 項目背景
油田是產(chǎn)能大戶，同時也是耗能大戶，消耗的主要能源是天然氣、煤、電，以及渣油等。針對能耗高的特點，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
抽油機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。通過對抽油機電控技術(shù)研究分析，提升抽油機功率因數(shù)、降低諧波含量、高效回饋發(fā)電狀態(tài)時的電能，是實現(xiàn)抽油機提升電力品質(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 項目方案
臺達為該油田抽油機配置37kW的AFE2000有源前端，此油井采用6kV/0.4kV的50KVA變壓器供電，抽油機采用ZYCYT-280M-8/12高起動力矩多速電動機，電機功率為30/20kW，采油過程工作在30kW轉(zhuǎn)速模式。臺達AFE2000有源前端針對四象限運行負載，具備提升負載功率因數(shù)、降低諧波干擾、回饋電能的獨特優(yōu)勢。
3 項目配置
項目配置如圖2所示。
圖2 臺達AFE2000（37KW）+標(biāo)配進線電抗器
4 項目效果
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的沖程頻次之外， 還可以根據(jù)實際需要把轉(zhuǎn)速控制細化為上行程轉(zhuǎn)速控制和下行程轉(zhuǎn)速控制，使抽油機工作在運行狀態(tài)。在下行程時， 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， 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。
抽油機的負載是交變的， 工作周期中時大時小。而在選用電動機時， 通常是根據(jù)工作周期中的載荷（例如啟動轉(zhuǎn)矩）來選配。電機的額定功率都是恒定的，以不變的功率拖動時刻變化的載荷， 勢必造成大馬拉小車之類的浪費。 這一現(xiàn)象會使電動機的電能利用率很低， 功率因數(shù)下降很多， 相應(yīng)多占很多無功功率。抽油機采用AFE2000控制系統(tǒng)后，電動機平均功率因數(shù)由工頻運行狀態(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)和變壓器的負擔(dān)，降低了線損。
圖3 加裝AFE2000前抽油電機的無功功率及功率因數(shù)
圖4 加裝AFE2000后抽油電機的無功功率及功率因數(shù)
減小電網(wǎng)沖擊， 實現(xiàn)軟啟動。
當(dāng)電機在工頻狀態(tài)下啟動時，啟動電流相當(dāng)于3～7倍額定電流，所以通常在電機帶載啟動時，會對設(shè)備和供電電網(wǎng)造成很大的沖擊，導(dǎo)致對電網(wǎng)容量要求過高，且在啟動瞬間產(chǎn)生大電流和震動，對設(shè)備極為不利。使用AFE2000控制系統(tǒng)后實現(xiàn)了電機真正意義上的柔性啟動，使啟動電流大大降低，既減少了對電網(wǎng)的沖擊，也避免了對電動機、變速箱、抽油機等大機械的沖擊，延長了設(shè)備使用壽命。
圖5 加裝AFE2000前后抽油電機運行電流
解決倒發(fā)電產(chǎn)生的供電污染，高效回饋綠色電能。
抽油機下行時電機轉(zhuǎn)子超過電機同步轉(zhuǎn)速時（曲柄凈扭矩為負），交流電機變成交流發(fā)電機，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前后抽油電機諧波電流含量
5 項目總結(jié)
AFE2000控制技術(shù)在抽油機上應(yīng)用，對抽油生產(chǎn)設(shè)備來說是一個很大技術(shù)進步，它從根本上改變了抽油機的運動特性和動力特性，使抽油機、抽油桿、抽油泵達到動態(tài)協(xié)調(diào)，有桿抽油系統(tǒng)和油井供液系統(tǒng)達到動態(tài)協(xié)調(diào)。抽油機應(yīng)用AFE2000，既可以提高工效，增加采油量，又可以節(jié)約電能，保護電機及設(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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