抽油机动态无功补偿装置研究与应用

余冬

[摘 要]在油田开发后期，油井的产量急剧下降，抽油机在工作中存在不同程度的“泵空”和“干抽”情况，工作效率低、电能损耗大、无效行程增加；电动机的平均负荷率仅为20%～30%，部分电动机负荷率更低，造成能源的极大浪费。如何降低抽油机电机电能损耗、提高系统运行效率，对于油田节能降耗、降低开采成本具有重要的意义。

[关键词]抽油机；无功补偿；节能降耗

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.22.063

[中图分类号]F273；TM76 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2017）22-0-02

1 研究背景

目前，我國在油田开采机械中应用最广泛的是游梁式抽油机，电气部分主要由三相异步电动机和控制电路组成，电动机带动抽油杆作往复运行，将原油源源不断地从地下抽到地面。抽油机负载是以抽油机冲程为周期连续变化的周期性负载：抽油杆在下降时负载很轻，相当于空载；而在上升时由于要将原油抽出地面，故负载很重，相当于满载。随着油量减少，抽油机满载的次数逐渐减少，大部分时间是轻载或空载，而轻载和空载时的功率因数只有0.2～0.3，因而电动机的负载率低，功率因数更低，电能的浪费很严重。

另一方面，目前部分抽油机安装了普通变频器，来实现抽油机的调速功能。普通变频器大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电。这种变频装置针对游梁式抽油机由于运转不平衡而造成的电动机“倒发电”，通常采用耗能电阻消耗的方法，但这种方法不仅产生大量的谐波，给电力系统电网带来谐波污染，同时又造成大量的能源浪费。因此，如何提高抽油机电机的功率因数，消除谐波污染成为油田节能的关键。

2 抽油机动态无功补偿装置

抽油机动态无功补偿节能装置主要包括数据采集控制单元RTU、电压采集单元、电流采集单元、整流单元和逆变单元。

数据采集控制单元RTU中内置电压过零信号检测算法。电网电压通过滤波电路与整流单元的输入端连接，整流单元的输出端与逆变单元的输入端连接，逆变单元的输出端与抽油机电机的电源端连接，整流单元、逆变单元的信号控制端分别与数据采集控制单元的驱动信号输出端连接。

抽油机动态无功补偿节能装置的电压过零信号检测算法，在每一个电网过零信号到来时向数据采集控制单元和脉宽调制信号生成器，发送过零中断信号和过零逻辑信号。当数据采集控制单元响应过零中断请求后，数据采集控制单元进入中断服务程序，在该中断服务程序中数据采集控制单元首先判断信号的正误，然后启动每个工频周期的第一点采样，每个工频周期进行12次采样和计算。电压电流数据采集系统对数据进行计算处理后送至数据采集控制单元，数据采集控制单元根据采样到的信号分析出需要补偿的谐波和无功电流分量，然后数据采集控制单元对处理过后的数据进行分析处理，计算出控制IGBT的空间电压矢量。PWM控制信号至驱动单元控制整流单元和逆变单元的运行，通过向系统注入与需要补偿的谐波和无功电流相等的电流来实现补偿，调节控制参数输出所需波形，实时调节电压波形以跟踪电网，进而调节电流波形和相位以实现所需功率因数以及稳定直流电压。

抽油机动态无功补偿节能装置一方面可以调整输入的功率因数，实现功率因数可调节，通常保持在1左右。同时，当抽油机的电动机处于发电状态时，逆变模块和整流模块功能互换，实现能量的双向流动，完成实现功率因数为1的电能回馈，基本不产生谐波，消除对电网的谐波污染。该装置在基本解决了抽油机的无功功率补偿问题，实现了油田的无功就地补偿，基本消除线路上的损耗，以及无功引起线路上的电压降落，稳定了油田电网的末端电压，增大了抽油机电动机的有功功率。

3 抽油机动态无功补偿装置的应用效果

第X采油厂XX采油工区现有油井180余口，抽油机的供电方式主要为直接启动模式。直接启动的抽油机目前均没有配置无功补偿节能装置，主要存在抽油机功率因数低下，线路电流高，线路及变压器损耗大等问题。

为了达到节能降耗的目的，本文选取其中一条10kV支路，对该支路下的每一台抽油机加装无功补偿装置。经过测试，系统电流减小了25.04A，线路及变压器损耗降低了6%，现场的功率因数由原来的0.44提高到了0.95，如图1所示。

4 结 语

抽油机动态无功补偿装置可补偿冲击性负载的无功功率，平衡三相有功电流，自动动态调整抽油机冲次，实现智能间抽和调速，提高功率因数，降低电能损失。同时，该装置消除了电网的谐波污染，提高了电网质量，减少了线路及变压器损耗，对于油田节能降耗、降低开采成本具有重要的意义。

主要参考文献

[1]张炳成.混合式动态无功补偿装置在油田配电网中的应用[J].电力与能源，2015（4）.

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