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抽油機智能DTC節電裝置應用研究

時間：2013-11-13 14:04:19來源：李小川王明姚國生

導語：?近幾年隨著長慶油田原油產量的不斷提高，生產耗電越來越大，電費支出已占原油生產成本的25%-30%。如何節能，已是原油生產企業不得不考慮的一項重要的降低生產成本的指標。本文介紹了抽油機智能DTC（直接轉矩控制）節電裝置控制原理、特點，并對應用效果進行分析。

摘要：近幾年隨著長慶油田原油產量的不斷提高，生產耗電越來越大，電費支出已占原油生產成本的25%-30%。如何節能，已是原油生產企業不得不考慮的一項重要的降低生產成本的指標。本文介紹了抽油機智能DTC（直接轉矩控制）節電裝置控制原理、特點，并對應用效果進行分析。

關鍵詞：抽油機；直接轉矩控制；節能

Abstract：Inrecentyears,theChangqingOilfieldcrudeoilproductioncontinuestoimprove,thepowerconsumptionofproductionismoreandmorebig,electricitycostsaccountforthecostofproducingcrudeoil25%-30%.Howtosaveenergyistheoilproductionenterpriseshavetoconsideranimportanttoreducethecostofproductionindex.ThispaperintroducestheintelligentpumpingunitsDTC(directtorquecontrol)power-savingdevicecontrolprinciple,characteristics,andtoanalyzetheapplicationeffect.

Keywords:pumpingunits;directtorquecontrol;energysaving

一、項目概要

隨著近幾年長慶油田的快速發展，原油生產耗電越來越大，電費支出已占原油生產成本的25%~30%。而抽油機是油田上的主要用電設備，每天需要消耗大量的電能，其電費開支占采油系統費用支出的60%以上。由于其負載是以抽油機沖程為周期連續變化的周期性負載，在這種負載條件下，存在效率低、能耗大、沖程和沖次調節不方便等明顯的缺點。抽油機如何節能，已是原油生產單位不得不考慮的一項重要的降低生產成本的指標。

油田的油井井下的儲油量是發生變化的，在油量不能使抽油機設備滿負荷運行時，就必須采用控制裝置，將抽油機的沖次降低，調整到油量能滿足的速度，使每一口油井都能根據油量的多少設定速度。這種方式可以省去因不滿負荷而多耗的電能，可稱為是一種省時省力節能高效的方式。將大大減少采油成本，增加產量。

在不影響油井產量的前提下，如何控制和降低開采成本、提高經濟效益始終是油田普遍關心的問題，尤其是中低產井檢泵時間短、耗電量大、機械設備（抽油機、油管、油桿等）磨損折舊嚴重，導致噸油成本居高不下。利用智能節電控制裝置，可以提高采油系統的效率、降低噸油成本、提高產量，使抽油機的工作參數更適合地下工況，調整更方便容易，有效解決起動沖擊大，運行耗電多，大馬拉小車、效率低下等。

對于中、低粘度原油，高含水量的開采井,抽油機理想工作方式應為“慢上快下”、“慢上”有利于提高抽油泵的充滿程度,有利于提高每一沖次的排液量，同時“慢上”能有效減小懸點的附加動載荷，從而減小沖程損失，改善采油設備的工作條件，延長設備的使用壽命。“快下”有利于抽油泵固定閥的及時關閉，提高泵效，節省時間，提高單位時間的采油量。對于高產井、高含水井，適當增加沖次，以實現“快上快下”增加產液量30%左右。對于低產井，在現實實驗中發現如果提高沖次，排液量不增反降，而降低沖次則排液量反而增加20-30%左右，同時節省了電能，延長了抽油機、油管、油桿的壽命，其經濟效益是驚人的。總之，對于不同的工況，合理的選取運行參數，使油井的供采關系達到平衡，達到增產節能的目的。

二、國內外技術現狀

目前，國內主要應用的技術為兩類，采用軟起調壓節能技術，這類產品由于調整電機電壓不能滿足抽油機電機的負載特性力矩動態大范圍周期變化要求,節能不明顯。另一類為變頻器，只是單一調整頻率，不能完全滿足抽油機實際需要及抽油機的工作參數不能適合井下工況。

三、抽油機智能DTC節電裝置

一、直接轉矩控制

電機直接轉矩控制技術（DTC）是交流傳動領域電機控制方式的一次革命。直接轉矩控制與傳統控制方式不同，它不是通過控制電機電流、磁鏈等量來間接控制轉矩，而是把轉矩直接作為被控量來控制，在準確觀測定子磁鏈的空間位置和大小并保持其幅值基本恒定以及準確計算負載轉矩的條件下，通過控制電動機的瞬時輸入電壓來控制電機定子磁鏈的瞬時旋轉速度，來改變它對轉子的瞬時轉差率，可以實現電機速度與轉矩的精確控制，通俗講可以作到使電機按需出力。

二、控制原理

從抽油機電機的負載特性分析，主要是力矩動態大范圍周期變化，頻率控制處于第二位，這就要求控制器具有力矩快速響應能力、高力矩輸出能力。而只有運用DTC技術的智能裝置才具有此功能。抽油機專用智能節能驅動解決方案主要是根據油田實際情況，以及梁式抽油機的機械結構，開發出HPL380型抽油機電機節電控制器，它能自主判斷抽油機運行的上下沖程，根據油井的實際情況，實時調節上下沖程的速度，從而在實際抽油時，不更改每分鐘的抽油次數，但增加每次抽油時的采油量，提高抽油機的產量。智能節能方案通過調整裝置內部的頻率參考值，保證抽油時間（SPM）恒定。所有的參考指令都將折算為每分鐘的抽油次數。控制的原理是：對正常工作給出合適的電流限制，在電動狀態下，電機實際速度低于參考值；在發電狀態下，允許電機速度高于參考值，從而保持平均的恒定抽油時間。當使用平衡負載應用時對上下沖程使用兩種不同的參考頻率值。

三、節電裝置優點

1、高效節能，增產

當抽油機處于發電運行狀態時，智能裝置自動提高電機的運行速度，并儲存發電運行產生的能量，與傳統設計方案相比，減少了不必要的能量損失。節能40%---20%傳統設計發電運行產生的能量消耗在電阻上。

2、操作簡單

用戶可根據油井地層供液能力

的變化很方便的調整電機的轉速，使抽油機的沖次與地層供液能力達到合理的匹配，提高系統效率，達到了節電的效果。智能裝置的顯示面板可以直接顯示輸出電壓，輸出電流，輸出頻率沖程等。變頻器的運行頻率參考值可隨時設置，修改抽油機的抽油次數十分便利。

3、對電源和負荷變化的快速響應

DTC可以產生小于5毫秒的轉矩階躍上升時間，而其它無傳感器電機控制方式則需要100毫秒以上。這一超乎尋常的轉矩階躍響應意味著HPL380能夠對控制過程和電源側的瞬態變化做出極其快速的響應。這對掉電、負載突變和過壓等情況的處理變得非常容易。

4、完整的電機保護及自檢功能

HPL380具有完整的自檢功能，可以即時的檢測到電機運行過程中所有重要的信息，對異常變化會及時作出反應。在輸入斷相，輸出斷相、輸出短路、過流、過壓等非正常情況下對電機提供全面完整的保護，可完全替代抽油自帶控制箱。

5、運行安全，性能可靠

驅動控制無需任何PLC，而是基于變頻器的專用控制程序實現，并且具有工頻和智能操作方式，這兩種操作方式互鎖，并相互獨立，智能裝置具有寬廣的輸入電壓范圍，因此使系統的運行更安全，性能更加可靠。