浅谈三垦变频器在螺杆泵井上的应用

赵春文(大庆油田有限责任公司第三采油厂第一油矿208 队 黑龙江大庆 163000)

一、前言

地面驱动螺杆泵投资少、维护简单、管理方便，与其他采油方式相比耗能更低，但螺杆泵在实际生产中也存在许多问题，如起动时，其转速瞬间提高，抽油杆产生很大的惯性扭矩，导致抽油杆承受的扭矩大于额定扭矩，易抽油杆断脱；停机时，在油管内液柱的作用下对抽油杆产生较大的卸扣扭矩， 造成抽油杆脱扣； 调参需要换轮， 同时由于固定直径的皮带轮限制了调参范围。 变频器的应用解决了螺杆泵生产的这些问题，但基层队技术人员对变频器的了解有限， 本文就是通过作者在变频器应用的实践中所产生的一点认识，现介绍给大家（以三垦变频器为例）：

二、变频器的工作、节能原理

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p 分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。 变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。 电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。 采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同，为125%～200%)。 用工频电源直接起动时，起动电流为6～7 倍，因此，将产生机械电气上的冲击。 采用变频器传动可以平滑地起动。 因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案，其节能原理是随着转差率的降低，使功率因数获得提高。 转矩是相对恒定的，因此，功率与转速成正比，降低转速即可实现节能。

三、应用变频器后的节能情况

油田开发后期，成本大幅上升，如何在保证产量的情况下降低能耗是我们工作重点， 目前我们变频器在螺杆泵井的使用上过多的注重的是其调控性能，忽视了其节电作用，如何提高变频器的节能效果， 就需要我们根据螺杆泵的负载特性与变频器相结合，既要保证螺杆泵的良好工况，又要确保电机运行时具有的最佳节能效果。

从节能上考虑， 变频器功率要于负载功率相匹配才能保证起节能效果。 对于负载来说大容量的变频器确保了负载运行控制的稳定性，但大容量的变频器的价格与小容量的相差很大，从成本上考虑存在浪费，从变频器本身耗能看，在变频器工作时，通过变频器的电流是很大的， 变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响， 我们所使用的变频器都是安装在控制柜中。 我们要了解一台变频器的发热量大概是多少.可以用以下公式估算：发热量的近似值＝变频器容量（KW）×55 [W]。

投用变频器前，要确保螺杆泵驱动装置的最大变比，亦即将驱动头的转速放到最大，才能确保变频器具有的节能空间。 对于额定频率为50Hz 的电机来说，在50Hz 以下运行是省电的，且频率越低省电越多，达到或超过额定频率时，电机是在恒功率状况下工作的，此时频率越高，输出的力矩就越小，但功率都是额定功率，所以是不能省电的，同时变频器本身的功耗也计算在内的话就比额定功率大了， 使用变频器实现的无级调速是目前最理想的调速方法。

四、变频器功能设置在生产上的实际应用

三垦变频器有254 条指令功能， 可以对变频器进行高端设置， 这些高端的功能应用对我们提高螺杆泵的管理水平具很大的意义。

如跳频功能： 螺杆泵驱动装置在起停时， 当运行通过低频时，个别井发生机械共振现象，当共振发生时，整个井口颤动的特别厉害，这样巨大的振幅对整套设备的危害是严重的，对井口设备，特别是驱动头，电机，井下管柱具有强烈的冲击，缩短了这些设备的使用寿命，在与油管内液柱的共同作用下，甚至能造成抽油杆的断脱或者脱扣故障，造成检泵作业。 转矩补偿应用：螺杆泵由于结蜡等原因引起负载增加，这时通过变频器无法起动，原因是在低频区域中，电机转矩过小。 我们可以运用功能码004的指令来提高起动时的转矩。 操作功能锁定的应用：由于螺杆泵井变频器都安装在野外，为了防止员工误操作或者他人破坏，就需要有此功能来确保变频器设置不被胡乱改动， 只有对操作功能进行解锁才可以重新设置。

五、完善变频器应用的几点建议

5.1 由于变频器与电机具有同样广泛的应用性，并且其价格也较为昂贵，在油井野外使用环境下要考虑其防盗问题，通过给控制规加锁并不能完全防止被盗现象， 建议厂家升级其控制软件，通过软件给变频器加密，每断电后再次通电使用时输入密码方可运转，使偷盗者无法使用。

5.2 在控制箱里侧应贴有报警一览表，变频器报警显示都是英文字母加数字， 除了变频器专家外要想知道内容就要查找手册，因此将手册上的报警一览表贴到控制箱里，将极大地提高我们处理变频器报警停机故障的效率。

5.3 普及变频器的使用知识，提高变频器的开发、使用水平。虽然制造商在开发、制造变频器时充分考虑了用户的需要，设计了多种可供用户选择的设定、保护和显示功能。 但如何充分发挥这些功能，合理使用变频器，仍是用户需要注意的问题，一些项目的设定值仍需摸索，以便用好变频器，充分发挥其在生产中的作用， 如变频器的参数输入项目中有一些是电机基本参数的输入，如电机的功率、额定电压、额定电流、额定转速、极数等。 这些参数的输入非常重要， 将直接影响变频器中一些保护功能的正常发挥，一定要根据电机的实际参数正确输入，以确保变频器的正常使用综上所述， 这些设置一般都是厂家的出厂时的初始数据，就需要我们根据现场的实际情况来重新设置这些参数了。

六、结论

变频器在螺杆泵井上应用的时间还是很短， 其负载特性与变频器功能如何更好的结合仍需我们进一步的钻研， 保证其良好的调控效果和最佳的节能效果。 同时，随着变频器在油田应用的越来越广泛， 也要求我们不断的研究不同负载下变频器应用的最佳效果，从而创造更高的使用效率和经济效益。