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    vacon变频器在油田抽油机上的应用
    引言

    游梁式抽油机是目前各个油田所普遍采用抽油机,但是目前的抽油机系统普遍存在着效率低、能耗大、冲程和冲次调节不方便等明显的缺点。

     

    我单位针对传统游梁式抽油机的特点和油田的实际应用情况所设计的新型智能化电气油田抽油机多功能控制柜。该控制柜采用Vacon可编程变频器为核心,采用VACON变频器开发出的专用抽油机软件,根据游梁式抽油机的机械结构和油田采油井的实际情况,自主开发设计的游梁式抽油机多功能控制柜。该控制柜可以适用于目前常见的游梁平衡、曲柄平衡和复合平衡的三种游梁式油田抽油机。实际应用时,当输入必须的抽油机参数后,控制器将对抽油机进行静态建模;实际运行时,控制器将根据抽油机的实际运行情况,实时修改抽油机的数学模型,达到增产节能的目的。

     

    2 游梁式抽油机的工作原理

     当游梁式抽油机工作时,驴头悬点上作用的载荷是变化的。上冲程时,驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱,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,如图1所示。这样一来,在悬点下冲程时,要把平衡重从低处抬到高处,增加平衡重的位能。为了抬高平衡配重,除了依靠抽油杆柱下落所释放的位能外,还要电动机付出部分能量。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,减少了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,其发电机运行状态的时间和产生的能量都较小。

     

    3 抽油机控制器设计原理

    VACON变频器具有可编程功能,其编程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一个符合IEC1131-3标准的图形化的编程工具,它可以用来设计Vacon NX特殊的控制逻辑和参数。它包含了基本功能模块和高级功能模块,如各种滤波器,PI控制器和积分器。VACON NC1131-3可以创建参数,故障信息和其他与应用相关的特性。

     

    在本系统中,如采用普通变频器,为防止变频器过压报警,必须加制动电阻,制动电阻消耗能量,达不到系统节能要求,利用VACON变频器具有可编程功能,利用抽油机工作时,驴头悬点载荷是非线性变化的。设计变频器应用程序,根据电动机负载转矩的变化情况,变频器将实时计算抽油机此时应该运行的速度,实时计算上、下冲程的时间,使下冲程速度加快,而上冲程速度变慢,达到增产的目的,同时当抽油机处于发电机运行状态时,变频器将控制电机采用抽油机的惯性运行,而不输出任何的转矩。采用这样的计算方法后,抽油机工作所需的转矩和电流将明显减小,由于抽油机速度快时,其输出的转矩小,速度慢时,其输出的转矩也比工频时小,达到节能的目的,同时也避免了控制器的过压故障。

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