油田抽油机节能控制系统的应用

张忠民 （大庆油田有限责任公司第三采油厂）

目前，油田上广泛运用的抽油机有以下几个方面的弊端：抽油机承受的功率有限；对电能的使用过于依赖并且使用量巨大；单位时间内消耗1 kWh电所生产的原油量较少。相关数据表明，电能的消耗占全部原油消耗费用的50%左右。自1990年以来，一些国家研发了多种降低抽油机电能损耗的系统与装置。如功率因数补偿器、软启动器、调速电动机、变频调速装置、双功率电动机、 Y-Δ 切换装置，以及可控硅调压装置和间抽设备[1]。

1 抽油机节能控制系统

为了使电动机既处于高速平稳的工作状态，又能达到降低电能损耗的目标，应该掌握以下几点：

1）抽油机属于任何降压启动方式都无法替代的重载启动，在反复试验后得出结论：只有三角形全压启动才是唯一的解决办法。

2）抽油机在正常运行时的平均输出功率只有电动机额定功率的1/3 左右，输出转矩仅为额定转矩的30%左右。

3）抽油机遇突发事件而导致负载波动较大时，转换器应快速地将电动机改为Δ 接法运行。

抽油机节能控制装置采用单片机控制继电接触器切换Δ-Y 控制装置对电动机正常工作时的电流与电压进行监测。电动机荷载较小时，单片机控制接触器将电动机切换为Y 运行模式，这样电动机自身损耗大大降低；反之，如果电动机荷载较大，单片机将切换为Δ 运行模式。为了确保节能控制装置稳定运行，该装置还具有短路、缺相、过载等保护功能。

2 节能控制系统的结构设计

2.1 硬件设计

抽油机节能控制装置包括：中央控制器、继电器接触调压电路、负载检测装置、有功功率电度表等。主要通过以下流程进行运转：检测装置（信号采集）→微处理机（计算平均有功功率及接收和发出指令）→交流机电基础器（Y/Δ）→异步电动机（图1）。

图1 抽油机节能控制装置系统框图

装置接通电源30 s 后，报警装置自动启动，并且提示在场的工作人员不能接近操作现场，紧接着检测装置开始对异步电动机的负载电流和电压进行采样，并将数据传输给单片机，软件通过系统处理显示抽油机的平均有功功率，与此同时将此数据与临界值进行比较从而做出判断进行切换，借助继电接触器控制输出电路对电动机进行调压。

2.2 软件设计

系统主要运用模块化设计，将辅程序划分为多个小模块，与主程序紧密结合起来。这种系统初始化的辅程序的主要功能是设置运行的基本参数，对于设置不完整或需要修改的，不仅可以通过主模块修改设置，也可以通过其他模块登陆修改。单片机传输来的平均功率和Y-Δ 功率临界值进行比较，继电接触器根据计算结果对电动机进行Y-Δ 转换，从而达到降压的目的。

3 节能控制系统的主要功能

抽油机节能控制系统通过远程控制，降低电能损耗，在单片机检测的同时操作电动机接线端子，调整电动机的工作路径，完成抽油机在不同电压下设备的正常运行。控制系统具有三种工作模式，即手控、时控、自控。除此之外还需要把电动机控制、信号检测和嵌入式控制等技术进行综合的运用。

1）自控是由电脑远程操作确保电动机在良好的工作状态下工作。

2）手控是在自控模式出现问题时，利用人工进行控制的一种方式。

3）时控适应于抽油机间抽工作状态。近年来由于间抽井、低液井、稠油井的出现，尤其是高见聚井产出液黏稠度的增加，原油液面恢复需要间抽控制。

4 现场应用

表1 是某井安装节能控制系统后所得出的数据，为了确保抽油机在相同的运行条件下，采用控制变量法，该井配备的抽油机驱动电动机额定功率为30 kW。

表1 节能监测数据对比

从检测数据可知，抽油机节能控制装置可以降低电能损耗20%左右。节能控制柜能够平稳运转，实现了通过调整电压来降低电能损耗的的目标。装置对电网污染较少，故障发生率较低，安全可靠，并且完成了过电流、过电压、欠电压和过载保护、手动与自动转换的功能操作[2]。

5 结束语

抽油机节能控制系统采用软件和硬件结合，可以确保抽油机驱动电动机运行在低损耗状态，不仅能够降低电能的损耗，而且增加了原油的开采量，提高了效率。抽油机的一个运行循环系统中，控制装置不会影响它的采油效果，即工作冲速不发生改变，有效地减少和防止电动机在承受过大的负载时遭受损害。抽油机节能控制装置不仅可以依据每台机器荷载功率的不同做出选择最大效益的方案，而且大大地减少了设备的投资成本，节约资源。

接收站首次接收来自北美的LNG

[1]郑钢锐,梁士军.节能型抽油机控制箱的现状和发展[J].应用能源技术,2000,17(3):5-7.

[2]白连平,马文忠,杨艳.关于游梁抽油机用电动机节能的讨论[J].石油机械,1999,27(3):41-44.