變頻遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)在油田中研究

　　一、 前言

　　目前據(jù)統(tǒng)計(jì)我國抽油機(jī)的保有量在10萬臺(tái)以上，電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘吭?500MW，年耗電逾百億KW·h。抽油機(jī)的運(yùn)行效率特別低，在我國平均運(yùn)行效率為 25.96%，國外平均水平為30.05%，年節(jié)能潛力可達(dá)幾十億KW·h。除了抽油機(jī)之外，油田還有大量的注水泵、輸油泵、潛油泵等設(shè)備，總耗電量超過油田總用電量的80%，?？梢姡托袠I(yè)也是推廣“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能”的重點(diǎn)行業(yè)。

　　(1) 沖擊電流問題

　　如圖1所示，游梁式抽油機(jī)是一種變形的四連桿機(jī)構(gòu)，其整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對(duì)于支架來說，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致，那么用很小的動(dòng)力就可以使抽油機(jī)連續(xù)不間斷地工作。也就是說抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)取決于平衡的好壞。在平衡率為100%時(shí)電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，則需要電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力越大。因?yàn)?，抽油載荷是每時(shí)每刻都在變化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，才使得游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)變得十分復(fù)雜。因此，可以說游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)就是平衡技術(shù)

　　(2)電磁干擾(EMI)問題，即變頻器對(duì)微電腦控制器，傳感(變送)器及通信設(shè)備的干擾問題。因?yàn)樽冾l器是一個(gè)很強(qiáng)的電磁干擾源，變頻器中的開關(guān)器件，以及產(chǎn)生的SPWM電壓波形，會(huì)對(duì)控制及通信系統(tǒng)造成很大的干擾。干擾的途徑，除了感應(yīng)，輻射之外，也包括傳導(dǎo)干擾。

　　(3)諧波干擾問題，變頻器對(duì)輸入側(cè)產(chǎn)生諧波對(duì)變頻器而言只要有整流回路就將產(chǎn)生非線性引起的諧波，按傅氏級(jí)數(shù)可分解基波和各次諧波，通常含有 6m+1(m=1，2，3，……。)次。在變頻器逆變輸出回路中輸出電壓輸出電流均有諧波。由于變頻器是通過CPU產(chǎn)生6組脈寬可調(diào)的SPWM波控制三相 6組功率元件導(dǎo)通/關(guān)斷，從而形成電壓、頻率可調(diào)三相輸出電壓。其輸出電壓和輸出電流是由SPWM波和三角波的交點(diǎn)產(chǎn)生的，不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波用傅氏級(jí)數(shù)分解電壓方波和電流正弦鋸齒波可分析出包含較強(qiáng)的高次諧波成分。

　　因此變頻器的諧波產(chǎn)生危害不可忽視對(duì)容量大的電力系統(tǒng)影響不是十分明顯，但對(duì)于電力系統(tǒng)容量小的系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生不可忽視。它對(duì)公用電網(wǎng)是一種污染，使電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，給周圍的通信系統(tǒng)和公用網(wǎng)以外的設(shè)備帶來危害。主要表現(xiàn)在一下幾點(diǎn)：1、諧波使電網(wǎng)中電器元件產(chǎn)生附件的諧波損耗，降低輸變電及用電設(shè)備的效率。2、諧波會(huì)引起電網(wǎng)中局部串聯(lián)或并聯(lián)諧振，3、電流諧波將增加變壓器銅損。4、諧波引起電動(dòng)機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)額外溫升并影響電機(jī)絕緣。

　　(4)可靠性和環(huán)境適應(yīng)性問題

　　由于抽油機(jī)都在環(huán)境惡劣的野外工作，并且很多油井是無人值守的，所以，對(duì)變頻器的可靠性和環(huán)境適應(yīng)能力提出了很高的要求：既要選用可靠性指標(biāo)高的變頻器品牌，又要給變頻器在野外惡劣環(huán)境下工作創(chuàng)造必要的條件，如設(shè)計(jì)防護(hù)等級(jí)高的雙層密閉隔墊(保溫)控制柜，對(duì)晝夜溫差大的地區(qū)，柜內(nèi)設(shè)計(jì)強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)，可以將柜內(nèi)的熱量排出，并在柜底設(shè)計(jì)有冷空氣入口，使之適合在夏季沙漠高溫環(huán)境中使用。并使控制柜避免陽光直接照射及雨淋。

　　二、PL-ZNCY系列變頻監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

　　PL-ZNCY系列變頻監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)是保利深遠(yuǎn)(北京)新能源科技有限公司依靠自身研發(fā)，技術(shù)力量為打造人性化，智能化，數(shù)字化油田而設(shè)計(jì)的高科技變頻監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。本公司以綠色能源科技產(chǎn)品和工業(yè)自動(dòng)化控制產(chǎn)品為核心的高科技產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及服務(wù)為一體，產(chǎn)品包括高性能矢量型變頻器、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，抽油機(jī)(螺桿泵)變頻智能監(jiān)測(cè)控制柜、太陽能、風(fēng)能及互補(bǔ)系統(tǒng)、便攜式電源、野外照明系統(tǒng)等。公司秉承：“為社會(huì)創(chuàng)造效益，為用戶創(chuàng)造價(jià)值，為員工創(chuàng)造機(jī)會(huì)”的企業(yè)文化和“誠信務(wù)實(shí)，專業(yè)服務(wù)”的企業(yè)精神，以“創(chuàng)新，設(shè)計(jì)，開發(fā)”為理念吸納了大批專業(yè)人才的加盟。雄厚的技術(shù)力量，專業(yè)的方案設(shè)計(jì)，先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備，快捷的信息交流，現(xiàn)代化的管理體制，使公司迅速成為研究開發(fā)、生產(chǎn)制造、市場(chǎng)營銷、工程設(shè)計(jì)、安裝施工和售后維護(hù)服務(wù)于一體的高新技術(shù)企業(yè)。

　　PL-ZNCY系列變頻監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)代表著當(dāng)今抽油機(jī)節(jié)能控制技術(shù)的一項(xiàng)革命性突破。盡量使抽油機(jī)的工作方式與油井的實(shí)際負(fù)荷及環(huán)境條件相匹配，提高抽油機(jī)的充滿度，從而提高電動(dòng)機(jī)的效率與功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的目的。

　　1、PL-ZNCY系列抽油機(jī)變頻監(jiān)視控制系統(tǒng)是綜合國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，針對(duì)抽油機(jī)的特殊負(fù)載情況專門設(shè)計(jì)的具有變頻控制，遠(yuǎn)程監(jiān)視等高科技產(chǎn)品。

　　該系統(tǒng)保留了游梁式抽油機(jī)諸多優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合先進(jìn)的采油工藝，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電力電子等技術(shù)實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的智能控制：抽油機(jī)沖次和上下沖程速比無級(jí)調(diào)節(jié)，優(yōu)化抽汲參數(shù)，達(dá)到增產(chǎn)、節(jié)能、自控的目標(biāo)，最終提高抽油系統(tǒng)的系統(tǒng)效率。系統(tǒng)的人機(jī)接口界面設(shè)計(jì)極其簡(jiǎn)單，為現(xiàn)場(chǎng)人員的使用及維護(hù)帶來極大方便。特別適用工作環(huán)境特別惡劣的油井，需要間歇工作的油井，經(jīng)常斷桿的油井，經(jīng)常結(jié)臘的油井，經(jīng)常改變井況的油井。

　　1.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理：

　　該系統(tǒng)使用的關(guān)鍵設(shè)備變頻器符合歐洲CE低壓電器標(biāo)準(zhǔn)，符合國際UL508C電力轉(zhuǎn)換設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，以及符合國際EN50081/2電磁兼容性EMC標(biāo)準(zhǔn)，

　　且有為抽油機(jī)專門設(shè)計(jì)的功能，內(nèi)含直流電抗器，輸入電抗器，輸出電抗器，減少了對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾，提高了電網(wǎng)質(zhì)量;諧波符合國際標(biāo)準(zhǔn) IEC61000-2-2各次諧波電壓含有的THDV低于8%，內(nèi)含RFI無線電射頻干擾濾波器，極大改進(jìn)了抗干擾和抗雷擊功能;內(nèi)含制動(dòng)單元，能夠有效地釋放制動(dòng)能量，形成集成控制，適應(yīng)抽油機(jī)的特殊應(yīng)用。抽油機(jī)變頻監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)是以“以人為本”設(shè)計(jì)理念使產(chǎn)品更具人性化。能進(jìn)行遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)視。根據(jù)各種功能模塊和相應(yīng)的傳感器的檢測(cè)，將油井實(shí)測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)、參數(shù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)控中心進(jìn)行運(yùn)算比對(duì)，并通過矢量變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)控制，以達(dá)到高效節(jié)能的自動(dòng)化、數(shù)字化的控制目的。人性化的設(shè)計(jì)能進(jìn)行通過HMI(人機(jī)交換界面)完成遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、 運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)顯示、功圖、日產(chǎn)油量等參數(shù)。