油田抽油機節能控制系統的應用

張忠民 （大慶油田有限責任公司第三采油廠）

目前，油田上廣泛運用的抽油機有以下幾個方面的弊端：抽油機承受的功率有限；對電能的使用過于依賴并且使用量巨大；單位時間內消耗1 kWh電所生產的原油量較少。相關數據表明，電能的消耗占全部原油消耗費用的50%左右。自1990年以來，一些國家研發了多種降低抽油機電能損耗的系統與裝置。如功率因數補償器、軟啟動器、調速電動機、變頻調速裝置、雙功率電動機、 Y-Δ 切換裝置，以及可控硅調壓裝置和間抽設備[1]。

1 抽油機節能控制系統

為了使電動機既處于高速平穩的工作狀態，又能達到降低電能損耗的目標，應該掌握以下幾點：

1）抽油機屬于任何降壓啟動方式都無法替代的重載啟動，在反復試驗后得出結論：只有三角形全壓啟動才是唯一的解決辦法。

2）抽油機在正常運行時的平均輸出功率只有電動機額定功率的1/3 左右，輸出轉矩僅為額定轉矩的30%左右。

3）抽油機遇突發事件而導致負載波動較大時，轉換器應快速地將電動機改為Δ 接法運行。

抽油機節能控制裝置采用單片機控制繼電接觸器切換Δ-Y 控制裝置對電動機正常工作時的電流與電壓進行監測。電動機荷載較小時，單片機控制接觸器將電動機切換為Y 運行模式，這樣電動機自身損耗大大降低；反之，如果電動機荷載較大，單片機將切換為Δ 運行模式。為了確保節能控制裝置穩定運行，該裝置還具有短路、缺相、過載等保護功能。

2 節能控制系統的結構設計

2.1 硬件設計

抽油機節能控制裝置包括：中央控制器、繼電器接觸調壓電路、負載檢測裝置、有功功率電度表等。主要通過以下流程進行運轉：檢測裝置（信號采集）→微處理機（計算平均有功功率及接收和發出指令）→交流機電基礎器（Y/Δ）→異步電動機（圖1）。

圖1 抽油機節能控制裝置系統框圖

裝置接通電源30 s 后，報警裝置自動啟動，并且提示在場的工作人員不能接近操作現場，緊接著檢測裝置開始對異步電動機的負載電流和電壓進行采樣，并將數據傳輸給單片機，軟件通過系統處理顯示抽油機的平均有功功率，與此同時將此數據與臨界值進行比較從而做出判斷進行切換，借助繼電接觸器控制輸出電路對電動機進行調壓。

2.2 軟件設計

系統主要運用模塊化設計，將輔程序劃分為多個小模塊，與主程序緊密結合起來。這種系統初始化的輔程序的主要功能是設置運行的基本參數，對于設置不完整或需要修改的，不僅可以通過主模塊修改設置，也可以通過其他模塊登陸修改。單片機傳輸來的平均功率和Y-Δ 功率臨界值進行比較，繼電接觸器根據計算結果對電動機進行Y-Δ 轉換，從而達到降壓的目的。

3 節能控制系統的主要功能

抽油機節能控制系統通過遠程控制，降低電能損耗，在單片機檢測的同時操作電動機接線端子，調整電動機的工作路徑，完成抽油機在不同電壓下設備的正常運行。控制系統具有三種工作模式，即手控、時控、自控。除此之外還需要把電動機控制、信號檢測和嵌入式控制等技術進行綜合的運用。

1）自控是由電腦遠程操作確保電動機在良好的工作狀態下工作。

2）手控是在自控模式出現問題時，利用人工進行控制的一種方式。

3）時控適應于抽油機間抽工作狀態。近年來由于間抽井、低液井、稠油井的出現，尤其是高見聚井產出液黏稠度的增加，原油液面恢復需要間抽控制。

4 現場應用

表1 是某井安裝節能控制系統后所得出的數據，為了確保抽油機在相同的運行條件下，采用控制變量法，該井配備的抽油機驅動電動機額定功率為30 kW。

表1 節能監測數據對比

從檢測數據可知，抽油機節能控制裝置可以降低電能損耗20%左右。節能控制柜能夠平穩運轉，實現了通過調整電壓來降低電能損耗的的目標。裝置對電網污染較少，故障發生率較低，安全可靠，并且完成了過電流、過電壓、欠電壓和過載保護、手動與自動轉換的功能操作[2]。

5 結束語

抽油機節能控制系統采用軟件和硬件結合，可以確保抽油機驅動電動機運行在低損耗狀態，不僅能夠降低電能的損耗，而且增加了原油的開采量，提高了效率。抽油機的一個運行循環系統中，控制裝置不會影響它的采油效果，即工作沖速不發生改變，有效地減少和防止電動機在承受過大的負載時遭受損害。抽油機節能控制裝置不僅可以依據每臺機器荷載功率的不同做出選擇最大效益的方案，而且大大地減少了設備的投資成本，節約資源。

接收站首次接收來自北美的LNG

[1]鄭鋼銳,梁士軍.節能型抽油機控制箱的現狀和發展[J].應用能源技術,2000,17(3):5-7.

[2]白連平,馬文忠,楊艷.關于游梁抽油機用電動機節能的討論[J].石油機械,1999,27(3):41-44.