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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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MR500變頻器在石油行業(yè)的應(yīng)用

MR500變頻器在石油行業(yè)的應(yīng)用

邁信MR500系列是一款高性能矢量控制變頻器:采用全新硬件平臺(tái),端子功能靈活多樣化,獨(dú)立風(fēng)道設(shè)計(jì),運(yùn)行更穩(wěn)定,產(chǎn)品具有完善的制動(dòng)回路方案,內(nèi)置自適應(yīng)PID功能模塊,配置全面的保護(hù)功能及振蕩抑制功能。

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1、引言

磕頭機(jī)電量約占油田總用電量的40%,運(yùn)行效率非常低,平均運(yùn)行效率只有25%,功率因數(shù)低,電能浪費(fèi)大。因此,磕頭機(jī)節(jié)能潛力非常巨大,石油行業(yè)也是推廣“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能”的重點(diǎn)行業(yè)。

本文介紹了采用變頻調(diào)速技術(shù),使磕頭機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律適應(yīng)油井的變化工況,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的提高,達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的目的。

2、方案優(yōu)勢(shì)

·  大大提高功率因數(shù)(0.25~0.5提高0.9以上),減小了供電電流,從而減小了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)荷。 ·  動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度,一方面節(jié)能,同時(shí)增加原油產(chǎn)量。 ·  實(shí)現(xiàn)真正“軟起動(dòng)”對(duì)電機(jī)變速箱磕頭機(jī),避免過(guò)大機(jī)械沖擊,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

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3、負(fù)載分析

(1) 國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的是游梁式豎井磕頭機(jī),它有三部分組成:

地面部分:由電動(dòng)機(jī)、減速器和四連桿構(gòu)成; 井下部分:抽油泵(吸入閥、泵筒、柱塞和排油閥),它懸掛在套管中的下端; 抽油桿柱:連接地面磕頭機(jī)和井下抽油泵的中間部分。

(2) 磕頭機(jī)的電機(jī)負(fù)荷是按周期變化 開(kāi)始起動(dòng)時(shí),負(fù)荷很大,要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大。正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率很低,一般在20%左右,高時(shí)負(fù)荷率只有30%。電機(jī)的負(fù)荷曲線有2個(gè)峰值,分別為磕頭機(jī)上、下沖程的“死點(diǎn)”。

未進(jìn)行平衡的條件下,上、下沖程的負(fù)載極度不均衡,在上沖程時(shí),需要提起抽油桿柱和液柱,電機(jī)需付出很大能量。在下沖程時(shí),抽油桿柱對(duì)電機(jī)作功,使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。通常在磕頭機(jī)的曲柄上加上平衡塊,消除上下沖沖程負(fù)載不平衡度。平衡塊調(diào)節(jié)較好,其發(fā)電狀態(tài)的時(shí)間和產(chǎn)生的能量就小,由于抽油載荷是每時(shí)每刻在變化,平衡配重,不可能隨抽油負(fù)荷作完全一致的變化,絕大部分磕頭機(jī)配重嚴(yán)重不平衡,從而造成過(guò)大的沖擊電流,沖擊電流最大可是5倍的工作電流,甚至達(dá)到額定電流的3倍。調(diào)整好平衡配重,可降低沖擊電流是正常工作電流的1.5倍。

(3) 負(fù)載特性 是恒速運(yùn)行,由于配重,是變轉(zhuǎn)矩,變功率負(fù)載在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)有兩次發(fā)電狀態(tài),起動(dòng)力矩大、慣性大。

(4) 國(guó)內(nèi)油田使用的磕頭機(jī)普遍存在的問(wèn)題

運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),“大馬拉小車(chē)”,效率低,耗能大,沖程和沖次調(diào)節(jié)不方便,有時(shí)空抽現(xiàn)象。

4、改造難點(diǎn)

磕頭機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中,有兩次發(fā)電狀態(tài),尤其當(dāng)配重不平衡時(shí),產(chǎn)生的“泵升電壓”很高,靠加大變頻器直流側(cè)電解電容和減小制動(dòng)電阻值,不能完全解決問(wèn)題,并且隨著油層的變化,“泵升電壓”也在變化。

磕頭機(jī)起動(dòng)需要較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,如變頻器參數(shù)設(shè)置不當(dāng),易造成過(guò)流或不能起動(dòng)。 以往的變頻節(jié)能改造設(shè)計(jì)方案很少考慮油井的油面、油濃度的變化等情況。在提高產(chǎn)量方面,效果不佳。

5、解決方案

(1) 采用變頻調(diào)速技術(shù),使電機(jī)轉(zhuǎn)速與磕頭機(jī)負(fù)載匹配 在前期井中由于剛開(kāi)采,油量大,讓變頻器運(yùn)行到65Hz,電機(jī)轉(zhuǎn)速提高30%,采油率比工頻提高20%,工效提高1.2倍。在中、后期井中,油量減小,降低轉(zhuǎn)速,減少?zèng)_程,一般頻率運(yùn)行至35~40Hz之間,電機(jī)轉(zhuǎn)速下降30%。節(jié)電率可達(dá)25%,而且提高了功率因數(shù)。

(2) 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)磕頭機(jī)的沖程頻次

隨著油井由淺入深的抽取,油量逐漸減小,出現(xiàn)泵充滿度不足,泵效下降,當(dāng)油井的供油能力小于抽油泵排量時(shí),就造成泵抽空和液擊現(xiàn)象。降低頻率,電機(jī)轉(zhuǎn)速下降,提高充滿度,不僅節(jié)能而且增加原油產(chǎn)量。

(3) 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)磕頭機(jī)上下行程的速度

適當(dāng)降低下行程速度,提高泵內(nèi)的充滿度,適當(dāng)提高上行程速度,可減小提升中漏失系數(shù),使磕頭機(jī)工作在最佳運(yùn)行狀態(tài)。

(4) 起動(dòng)力矩大,運(yùn)行中負(fù)荷低,沖擊電流大

要從根本上解決問(wèn)題,加大電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)或增大減速箱速比,增大輸出力矩。變頻器正常運(yùn)行80~90HZ。這也有利于減少發(fā)電狀態(tài)的能量,減少“泵升電壓”。

(5) 再生能量的處理問(wèn)題

增大變頻器直流側(cè)濾波電容的容量;減少制動(dòng)電阻值,提高制動(dòng)系統(tǒng)的耗電能力,或直接使用回饋制動(dòng),減小能量損失。

(6) 防空抽,增產(chǎn)

動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)磕頭機(jī)沖程頻次和上、下行程速度。設(shè)定電機(jī)的輸出功率標(biāo)準(zhǔn)值,實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)輸出功率,控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,大于標(biāo)準(zhǔn)值,加速。反之減速,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

6、變頻控制方案

·  系統(tǒng)有變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行兩種方式,當(dāng)變頻出現(xiàn)故障時(shí),可切換到工頻運(yùn)行;

·  采用能耗制動(dòng)來(lái)消耗“泵升電壓”;

·  采用PLC+變頻器控制系統(tǒng)。

接線圖.png

7、參數(shù)設(shè)置

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8、應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)圖片

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審核編輯(
王靜
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