抽油機井節能電控箱的綜合評價

王薇（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

抽油機井節能電控箱的綜合評價

王薇（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

抽油機井是大慶油田主要的采油方式，也是油田能耗的重要部分。抽油機配電箱是重要部件，目前電控箱種類較多，經現場使用和技術部門的檢測，還存在一些問題，有必要對抽油機井配電箱進行綜合評價，為今后節能配電箱的應用選擇提供依據。根據目前節能電控箱使用情況，可以從適應性、節能效果、效益分析等幾方面對節能電控箱進行綜合評價。通過綜合評價得出各節能電控箱適應性，進行優化選擇以達到節能的目的。

抽油機井 配電箱 綜合評價

隨著油田開發的深入、生產規模的不斷擴大，采油三廠抽油機井已達2334口，年耗電約1.9729×108k W h，占機采井年耗電的57.14%。抽油機配電箱是抽油機運行的重要部件，目前在用電控箱種類較多，經現場使用和檢測表明，部分井還存在一些問題，歸納起來主要有以下幾點：存在安全隱患，主要包括部件嚴重銹蝕，線路老化，滲漏風雨等；部分元器件質量較差，使用壽命短，故障率高，日常維修工作量大，影響油井開井運行時間；隨著油田用電負荷的迅猛增加，使得油田電力負荷的無功功率增大，加之抽油機電動機基本上沒有配置無功補償裝置，難以滿足電動機的無功需要，無功損耗大，不僅給生產管理帶來困難，還對機采井的節能降耗工作十分不利。因此，很有必要對在用抽油機井的配電箱進行綜合評價，為今后節能配電箱的更新選擇提供依據。

1 幾種節能配電箱技術介紹

1.1 調壓節能

供給抽油機配套電動機運行的電網電壓是一定的，它是由專門的10k V或6k V高壓架空線路經降壓變壓器后提供的，在這種情況下，電動機的勵磁電流基本恒定。在輕載條件下，電動機的輸出轉矩與負載轉矩相平衡，定子電流中的有功分量減少，導致功率因數降低；而與定子電壓有關的各種損耗基本不變，致使效率也降低。此時，若能應用抽油機調壓節電器，適當降低電動機的定子電壓，在保證正常運轉的情況下，可使勵磁電流和有功損耗都能降低，從而使功率因數和效率都得到提高。目前采油三廠應用的抽油機調壓節電器主要是Y-Δ轉換調壓和微電腦控制自動調壓。

1.1.1 Y-Δ轉換調壓

1）工作原理：ZJK型智能節電控制器采用Y-Δ轉換調壓節電技術，其電動機輸入電壓是在三角和星形（即380V和220V電壓）兩種模式下運行，相當于有級調壓，用繼電接觸器對抽油機電動機定子繞組進行切換來實現有級的調壓。當負載率低于30%時，繼電接觸器可將原來為Δ形接法的抽油機配套電動機的定子繞組切換為Y形接法，使定子電壓由380V降為220V，從而達到調壓節電的目的。

2）技術優缺點。優點：抽油機啟動后正常工作時，通過繼電接觸器，將抽油機定子繞組由三角形接成延邊三角形，即三角形-星形混和繞組，降低了相電壓及輸入功率，使電動機在220V電壓運轉。缺點：啟動電壓不能按實際調節，只適用于正常運轉時定子繞組按Y接線的異步電動機；防盜性能差。

3）適用范圍。只適用于負載較輕的抽油機井。

1.1.2 微電腦控制電動機節電器

1）工作原理：微電腦控制電動機節電器是一個微電子相位、電流閉環跟蹤檢測、電子模塊自動調壓變流供電的全自動控制系統，能隨時自動跟蹤負載的變化，并通過閉環反饋系統控制電子模塊的導通角自動控制供電系統的電壓和電流，使電動機在最小電耗下運行，大大提高了電動機的效率，達到節電效果。

2）技術優缺點。優點：采用電流閉環反饋系統，可以在低電壓、小電流下頻繁啟動，可根據負載轉距的大小適當調節啟動電流和啟動時間，使電動機啟動電流始終維持在設定范圍內，避免了啟動瞬間的電流沖擊和機械沖擊，完全可以取代自偶降壓和星角變換啟動器；對電動機的缺相、斷相、過流、過熱、過壓等均具有準確可靠的保護功能，可取代電動機綜合保護器。缺點：電路板、繼電器、可控硅等元件易燒壞，嚴重時導致電動機燒毀；該電控箱有節電和旁路兩種狀態，設計理念為在節能電路故障情況下可用旁路啟動，即非節能狀態運行。但實際上即使啟用旁路，仍有電路問題出現。若再出現故障，因無配件只能更換電動機保護器。

3）適用范圍。適用于電動機裝機功率大、功率利用率低的抽油機井。

1.2 斷續供電

1.2.1 工作原理

A D EC型抽油機電動機自適應動態節能控制器采用斷續供電技術，通過在不同時段控制通電或斷電，來達到節能的目的。在抽油機需要功率的時間段，電動機通電；在輕載或發電的時間段，電動機斷電。斷電后，抽油機并不停機，而是憑慣性及勢能釋放繼續運行[1]。

1.2.2 技術優缺點

優點：解決了斷電后再通電時的電流沖擊問題，使得斷電后在通電時沒有沖擊電流；實時自動跟蹤工況的變化，根據不同的工況采取不同的節電方式，設計不同的節能控制策略，包括斷續供電，斷續供電和星角轉換相結合，斷續供電、星角轉換和電容動態補償相結合，電容的動態補償，電動機星角自動辨識切換五種控制方式。

缺點：防盜性能差。

1.2.3 適用范圍

適用于戶內和各種戶外環境。對低溫有很高的適應力，可在零下45℃的環境溫度內安全可靠地使用。在油田戶外正常使用條件下，電動機額定功率為75 k W及以下的游梁式抽油機電動機都能使用這種節能控制器。

1.3 智能軟起動控制箱

1.3.1 工作原理

該控制箱采用目前最先進的智能負載檢測與跟蹤技術，結合G SM/G PRS和藍牙油井數據處理技術和優化匹配技術，實時監測抽油機工況的變化，動態調整電動機的輸出功率，使電動機的輸出功率與實時負載相匹配，即增寬電動機運行的高效區間，使電動機始終處于高效運行狀態，從而有效減低銅損、鐵損；并改善電動機起動、停機性能，達到最佳有功節電效果。

1.3.2 技術優缺點

優點：

1）自動檢測負載狀態，經過微處理器進行比較和運算，改變其輸出電壓和電流，和負載的狀態相平衡，而不改變電動機的轉速，達到節能的效果。

2）可保證電動機連續平滑地啟動，減少電耗和啟動轉矩對電動機及傳動部分的損害，延長了電動機及傳動設備的使用壽命，同時減少啟動電流對電網的沖擊。

3）通過紅外線遙控器來控制抽油機啟停，遙控距離在10∶1內，同時具有手動/自動開機、關機功能，可實現遠程防盜及報警。

缺點：出現故障后電控箱箱門打不開，無法正常控制停機維修。

1.3.3 適用范圍

從節能角度出發，該設備可以應用到所有非機電一體化的抽油機上。

1.4 變頻調速

目前采油三廠應用的抽油機井變頻裝置廠家、種類較多，節能原理及使用方法基本上大同小異，因此，在評價抽油機變頻時僅以直控式抽油機柔性拖動控制器為例，介紹油田抽油機井變頻的應用情況。

1.4.1 工作原理

直控式抽油機柔性拖動控制器變頻器采用IG BT模塊作為輸出的關鍵器件，采用交-直-交電壓型電路結構，控制電路采用高性能的微處理器，實現快速和高精度的性能。變頻裝置具有“工頻、變頻、柔性拖動”可選運行功能，可以通過調節變頻裝置的頻率，改變抽油機井的電動機轉數，從而調整抽油機井的抽汲參數及輸出功率，在滿足地層供液變化需要的同時，達到節能降耗的目的[2]。

1.4.2 技術優缺點

優點：可使電動機拖動功率趨于平穩，節能效果明顯；無沖擊運行，降低峰值負荷；大幅度降低抽油機裝機功率；具有PI跟蹤功能，減少或抑制反沖電，實現能量的存儲及再利用。

缺點：變頻調速控制柜在一定功率范圍內可以起到節能作用，在抽油機的負載率超過80%，變頻調速系統非但起不到節能作用反而浪費電能；變頻器產生的高次諧波對電網的污染嚴重，影響其他電器設備的安全運行。

1.4.3 適用范圍

1）機泵工作參數已調到最小，仍然供液不足。2）電動機功率利用率低于50%的抽油機井。

2 節能電控箱綜合評價

根據目前采油三廠節能電控箱使用情況（見表1），我們從適應性、節能效果、效益分析等幾方面對節能電控箱進行綜合評價（每千瓦時電按0.57元計算，電控箱預計使用壽命10年）。

表1 節能電控箱使用情況對比表

2.1 適應性

由于ZJK型智能節電控制器和A D EC型斷續供電節能控制器節能關鍵元件及銅線易丟失，造成節能產品失效，微電腦控制電動機節電器和Y FRJ-I-200A型智能軟起動控制箱存在易燒電動機、出現故障后電控箱箱門打不開、無法正常控制停機維修的問題。因此，在適應性方面，直控式抽油機柔性拖動控制器＞A D EC型斷續供電節能控制器＞Y FRJ-I-200A型智能軟起動控制箱＞ZJK型智能節電控制器＞微電腦控制電動機節電器。

2.2 節能效果

從表1可以看出，在節能效果方面，Y FRJ-I-200A型智能軟起動控制箱＞直控式抽油機柔性拖動控制器＞微電腦控制電動機節電器＞A D EC型斷續供電節能控制器＞ZJK型智能節電控制器。

2.3 效益分析

從表1可以看出，在效益方面，ZJK型智能節電控制器＞直控式抽油機柔性拖動控制器＞Y FRJ-I-200A型智能軟起動控制箱＞微電腦控制電動機節電器＞A D EC型斷續供電節能控制器。

綜合上述各方面分析，可以得出結論：直控式抽油機柔性拖動控制器＞Y FRJ-I-200A型智能軟起動控制箱＞A D EC型斷續供電節能控制器＞ZJK型智能節電控制器＞微電腦控制電動機節電器。

3 認識及建議

1）抽油機節能電控箱的安裝必須做到具體問題具體分析，每口抽油機井安裝什么樣的節能電控箱或補償多大容量的電容，必須在測試基礎上才能決定，否則節電效果不理想。

2）安裝抽油機節能電控箱后，抽油機井的平衡度將發生變化，平衡度有所降低。因此，安裝抽油機節能電控箱后，抽油機井必須調平衡。

3）當抽油機井的平衡度小于50%且電動機的瞬時最大電流達到或超過額定電流時，所有調壓節電技術都達不到節電的目的。

4）從目前油田的管理水平和工人的技術素質考慮，抽油機節能電控箱愈簡單愈好。

5）采用變頻調速控制抽油機電動機是最理想的節能方式，隨著大功率半導體器件的發展，針對抽油機電動機的特殊運行情況，研制具有較高性價比的抽油機電動機專用變頻控制器是最有發展前途的油田節能產品。

[1]朱益飛.C D K A J遙控節能控制箱的研制與應用[J].油氣田地面工程,1999(1):50-51.

[2]王鴻勛.采油工藝原理[M].北京:石油工業出版社,1989.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.03.015

王薇，2007年畢業于黑龍江大學，從事油田聚驅采出動態分析工作，E-mail：weiwang001@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田采油三廠工程技術大隊三采室，163000。

2011-12-15)