基于直流母线的抽油机井群控系统技术的探讨

王崇仁（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

油田生产是一个综合系统耗能过程，目前节能潜力巨大，仅仅依靠常规技术和局部改造难以突破，进一步深入挖潜是有限度的[1]。基于直流母线的抽油机井群控系统解决了现有设备功效差、成本高等问题，具有节能效率高，造价低，可防止直流母线电压的大幅度波动和过压，并且能够实现“一拖多”抽油机井的不升压输电的优点。

1 目前现状

目前大庆油田使用抽油机大多数采用的是“一机一变”交流供电模式，存在几个明显的缺点。变压器容量大，不能有效利用，造成“大马拉小车”现象；功率因数低，需要增加无功补偿装置；电路中谐波较大，线路损耗高，安全隐患较多；抽油机的倒发电能量不能得到有效利用，造成能源浪费；部分抽油机毗邻村落，不能从根本上解决偷电现象，在实际生产及管理中存在诸多隐患。

2 技术原理

应用抽油机井的直流母线群控系统，形成“一变多井”的配电模式，变压器数量减少90%，有效地降低了变压器容量的70%～80%，无需增加无功补偿，功率因数可达0.9 以上，消除电路中有害谐波对电网的污染，充分利用倒发电反馈的能量，从根本上杜绝偷电形象，预防“晃电”的影响，实现了直流母线输送、减容、亏能合理利用、单井工况变频调速的特点，满足油田生产的机采能耗特点和节能降耗形式的需要。

2.1 直流母线群控配置组态结构设计

进行整流滤波环节的选配方案。通过比较PWM 可逆整流（四象限变流器）与不可逆整流器的优缺点（图1），群控系统的整流滤波环节选用了不可控整流方案，选配直流侧LC 滤波参数，改善交流侧电流谐波影响[2]。

图1 不可控整流器内部电路

2.2 抽油机专用逆变控制终端

逆变控制终端目的是实现抽油机调速、控制、检测与保护的功能，根据要实现的功能设计逆变终端的主电路（图2），馈能二极管独特设计：群控模式特需，实现直流母线馈能；三相整流器备用于现场单井电控模式[3]。

图2 逆变终端的主电路

巧妙利用整流桥二极管：一管多用，单井模式时用作整流，群控模式时兼作馈能二极管。仅需改接一条短线：将输入端T 和直流侧P1端加接一条短路线即可简单实现。

2.3 馈能利用及优化控制技术

群控系统是一种简单的直流微电网，抽油机电动状态时作微网负载，馈能状态时相当于直流微电网上的一个特殊微源。使直流母线上各抽油机倒发电馈能与电动消耗能量保持平衡，提高直流母线能量的互馈共享和循环利用效率。

3 群控系统技术创新点和技术方案

3.1 技术创新点

基于直流母线的抽油机井群控系统主要涉及三项技术：直流群控整流滤波控制技术；直流群控系统专用逆变终端；直流互馈群控系统控制方法。群控系统配置方案见图3。在优化抽油机运行性能的同时，吸收、回馈利用负发电，节约能源，降低抽油机运行成本，同时利用数字调参功能，探寻抽油机最佳运行参数，有效提高抽油机泵效和系统效率。实现了直流母线输送、减容、馈能合理利用、单井工况变频调速[4]。

图3 基于直流母线的抽油机井群控系统配置方案

3.2 技术方案

1）多口油井共用1 台变压器，变压器数量减少90%，低压侧盗电点减少90%。

2）整流滤波器将380 V（660 V）三相交流电变成540 V（930 V）两相直流电，完成“交-直”变化，吸收和隔离谐波对电网的冲击；直流侧选配LC 滤波参数，改善交流侧电流谐波影响，达到直流侧馈能互馈共享循环利用，无需馈网。

3）540 V（930 V）两相直流电以一条共用直流母线的形式输送到单井，输电线路全部为直流输送，无盗电点。

4）每口单井配备专用的“直-交”逆变器，并联挂接在母线上完成电动机拖动，逆变交流输出为0～50 Hz 的变频，不能用于日常生活用电，无盗电点。倒发电馈能经逆变器续流模块可馈入直流母线，被其它油井电动机利用[5]。

4 应用效果

以大庆油田某一平台应用的10 口抽油机井为例，在正常生产工况，应用抽油机井的直流母线群控系统技术后，节约变压器容量费、减少设备费用：经与另外一种节能装置进行对比（表1），在油井产液量、动液面基本一致的情况下，安装“一拖多”直流母线群控系统装置的10 口试验井日耗电由903 kWh 降到821 kWh，日节电82 kWh，节电率9.1%。变压器的平均输出有功功率分别为34.24 kW、37.64 kW；有功产液量单耗分别为6.58 kWh/t、7.39 kWh/t，有功产液单耗减少了0.81 kWh/t，按大庆油田内部电价0.637 元/kWh 计算，每日可节电81.6 kW，年可节电29 784 kWh，年节约电费1.89 万元。变压器减少14 台，变压器总容量减少440 kVA；日耗电节约1 314 kWh，有功功率降低26.603 kW，无功功率降低121.578 kVar。

表1 两种装置应用效果对比

5 结束语

应用“一拖多”直流母线群控系统，实现了一套整流滤波装置控制下带动同一平台上的油井运转、调速，完成正常生产，通过逆变器实现多台电动机的能量回馈，在优化抽油机运行性能的同时，完全吸收、回馈利用负发电，节约能源，该系统具有智能调控功能，可以实现系统内抽油机井“错峰交替”，大大降低系统的总容量，同时为其它大平台井提供借鉴，具有较好的推广前景。