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臺達C2000變頻器在游梁式抽油機上的應用
  • 企業:中達電通股份有限公司     領域:變頻器與軟啟動器     行業:電力    
  • 點擊數:1880     發布時間:2014-01-14 09:04:06
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   【摘要】游梁式抽油機以其結構合理、噪音小、使用方便、維修方便等特點,是油田應用最廣泛的機械采油設備。本文以臺達C2000變頻器為控制中心,詳細介紹了變頻器在游梁式抽油機上運行和停止過程中的應用方法,同時結合電氣控制原理,使得控制系統運行更加可靠穩定。

  【關鍵字】游梁式抽油機;C2000變頻器;三相異步電機;工變頻自動切換

   目前國內最常用的抽油機種類有游梁式抽油機、塔架式抽油機和螺桿泵式抽油機三種,其中游梁式抽油機作為一種簡單、高效、操作方便的抽油設備,在各種含砂、含氣、含水原油的開采中得到了廣泛的應用。

   某油田約有7萬口采油井,其中游梁式抽油機數量高達近6萬口,新建的采油廠作為油田的試驗型井田配備了臺達C2000高階磁束向量通用型變頻器,采用工變頻自動切換的方式,使整個控制系統簡單緊湊,運行可靠,達到了很好的節能效果。

  1 游梁式抽油機的組成與工作原理

   游梁式抽油機俗稱“磕頭機”,通過加壓的辦法使石油出井,其作為一種廣泛的采油方式,在富油井、貧油井、稀油井、稠油井上都體現出了卓越的性能。

  1.1 系統組成

  游梁式抽油機主要由游梁—連桿—曲柄機構、減速箱、動力設備和輔助裝備等四大部分組成。 

   工作時,電動機的傳動經變速箱、曲柄連桿機構變成驢頭的上下運動,驢頭經光桿、抽油桿帶動井下深井泵的柱塞作上下運動,從而不斷地把井中的原油抽出井筒,再通過地面管線輸送至計量站。

  1.2 工作原理

  當抽油機上沖程時,油管彈性收縮向上運動,帶動機械解堵采油器向上運動,撞擊滑套產生振動;同時,正向單流閥關閉,變徑活塞總成封堵油,當抽油機下沖程時,油管彈性伸長向下運動,帶動機械解堵采油器向下運動,撞擊滑套產生振動;同時,反向單流閥部分關閉,變徑活塞總成仍然封堵油套環形油道,使反向單流閥下方區域形成高壓區,這一運動又對地層內的油流通道產生一種反向的沖擊力。 
  
                   
                                圖1 抽油機工作原理示意圖

  2 游梁式抽油機的節電技術

  抽油機的節電技術通常采用變頻調速控制,這樣可以改變抽油機長期處于低效做功的狀態,使其工作方式與油井實際負荷相匹配,保證每次都抽油,減少低效甚至無效抽取,從而降低電費開支,減少維護成本,提高運行效率。
變頻器具有軟起動功能,起動時電流較小,對電網沖擊小,起動時能耗大為降低,同時減少了對電動機、變速箱、抽油機等大機械的沖擊,延長了相關設備的使用壽命。

  引進變頻器控制可實現對設備上、下行程運行頻率可調,以改變抽油機上、下行程的運行速度,達到了滿足泵效的情況下耗用最少的電能。

  由于抽油機下行時負載性質為位勢負載,變頻器加裝制動電阻后恰能適應其工況。
  
                 
                                 圖2抽油機

  3 系統設計

  臺達C2000變頻器通過VF模式控制三相異步電動機,當變頻器出現故障停機時,變頻器結合控制柜電氣結構會自動將控制狀態從變頻切為工頻,保證抽油機不停機。同時,在抽油機下行沖程時,變頻器結合外部制動電阻,將回生能量合理釋放。

  C2000變頻器與國產某品牌數據采集遠傳器相連接,將電機的運行工況、電流、轉矩等數據遠傳到中控室內。

  3.1 C2000變頻器特點

  臺達C2000高階磁束向量通用型變頻器集驅動(IM/PM)、控制(PLC)、顯示(文本)、以及多種協議現場總線技術于一體,內建CANOpen可做主站,具有高性能、易維護、多語言操作等特點:

異步及同步電機控制一體化,具有多種控制模式,對電機可實現開閉環控制;
啟動轉矩在0.5Hz時可達150%以上,并支持重載模式;
過載能力最大200%轉矩電流;
內置PLC功能,程序容量10K步;
強大的面板編輯功能,相當于文本使用,并且面板參數設定有文字提示,使用簡便;
模塊化設計,控制端子及風扇可拆卸,并支持穿墻式安裝;
豐富的網絡擴展功能,內建CANOpen,可擴展Profibus、DeviceNet、MODBUS TCP、EtherNet-IP現場總線及以太網絡卡;
-50℃至+50℃超寬環境溫度,全球安規兼容于CE/UL/CUL。

  3.2 C2000的基本參數設置

  變頻器的參數設置主要分為兩部分,一為基本參數,二為通訊參數。

      表1 變頻器主要參數設置
   
               
  3.3電氣控制原理

   游梁式抽油機在變頻柜門板上進行操作,變頻控制柜門板上有啟動、停止、故障復位、工變頻轉換按鈕,并有運轉指示燈、工變頻指示燈和電位計調整電機轉速旋鈕,可以在現場或遠程對變頻柜進行實時操作。

   當變頻器在運轉中出現故障時,變頻器會利用繼電器輸出功能自動將變頻狀態切為工頻狀態,保證了抽油機不停機,同時,C2000變頻器通過RS485與北京安控CPU相連接,可以遠程上傳數據和遠程修改相關參數。
  
                     
                                  圖3 抽油機控制柜
  
                
                         圖4 控制柜正面與背面(安控模塊)

  4 系統節能

  采油井在開采過程中,油況可能隨時發生變化,C2000變頻器可以實時將負載情況送到北京安控CPU內進行分析計算,從而得到合理的轉速控制。同時,還可以根據采油廠的采油量指標,由采油工人自行或定時改變輸出頻率,滿足了手動與自動控制的二合一功能,不僅節約了電能,還節省了人力物力,深受用戶好評。

  5 結束語

  臺達C2000變頻器(18.5~30KW)自2012年10月份在華北某油田多個游梁式抽油機井口投運,運行效果穩定,節能明顯,并且操作簡便易懂,在客戶處取得了良好反響。

  作者簡介:

  趙成亮,男,出生于1984年7月,畢業于佳木斯大學,自動化專業。現任中達電通東北大區業務支援處高級應用工程師,從事中達機電產品在黑龍江區域的技術支持和推廣工作,有著豐富的業界經驗。
 

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