王薇（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

抽油機井節(jié)能電控箱的綜合評價

王薇（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

抽油機井是大慶油田主要的采油方式，也是油田能耗的重要部分。抽油機配電箱是重要部件，目前電控箱種類較多，經(jīng)現(xiàn)場使用和技術(shù)部門的檢測，還存在一些問題，有必要對抽油機井配電箱進行綜合評價，為今后節(jié)能配電箱的應用選擇提供依據(jù)。根據(jù)目前節(jié)能電控箱使用情況，可以從適應性、節(jié)能效果、效益分析等幾方面對節(jié)能電控箱進行綜合評價。通過綜合評價得出各節(jié)能電控箱適應性，進行優(yōu)化選擇以達到節(jié)能的目的。

抽油機井 配電箱 綜合評價

隨著油田開發(fā)的深入、生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，采油三廠抽油機井已達2334口，年耗電約1.9729×108k W h，占機采井年耗電的57.14%。抽油機配電箱是抽油機運行的重要部件，目前在用電控箱種類較多，經(jīng)現(xiàn)場使用和檢測表明，部分井還存在一些問題，歸納起來主要有以下幾點：存在安全隱患，主要包括部件嚴重銹蝕，線路老化，滲漏風雨等；部分元器件質(zhì)量較差，使用壽命短，故障率高，日常維修工作量大，影響油井開井運行時間；隨著油田用電負荷的迅猛增加，使得油田電力負荷的無功功率增大，加之抽油機電動機基本上沒有配置無功補償裝置，難以滿足電動機的無功需要，無功損耗大，不僅給生產(chǎn)管理帶來困難，還對機采井的節(jié)能降耗工作十分不利。因此，很有必要對在用抽油機井的配電箱進行綜合評價，為今后節(jié)能配電箱的更新選擇提供依據(jù)。

1 幾種節(jié)能配電箱技術(shù)介紹

1.1 調(diào)壓節(jié)能

供給抽油機配套電動機運行的電網(wǎng)電壓是一定的，它是由專門的10k V或6k V高壓架空線路經(jīng)降壓變壓器后提供的，在這種情況下，電動機的勵磁電流基本恒定。在輕載條件下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相平衡，定子電流中的有功分量減少，導致功率因數(shù)降低；而與定子電壓有關(guān)的各種損耗基本不變，致使效率也降低。此時，若能應用抽油機調(diào)壓節(jié)電器，適當降低電動機的定子電壓，在保證正常運轉(zhuǎn)的情況下，可使勵磁電流和有功損耗都能降低，從而使功率因數(shù)和效率都得到提高。目前采油三廠應用的抽油機調(diào)壓節(jié)電器主要是Y-Δ轉(zhuǎn)換調(diào)壓和微電腦控制自動調(diào)壓。

1.1.1 Y-Δ轉(zhuǎn)換調(diào)壓

1）工作原理：ZJK型智能節(jié)電控制器采用Y-Δ轉(zhuǎn)換調(diào)壓節(jié)電技術(shù)，其電動機輸入電壓是在三角和星形（即380V和220V電壓）兩種模式下運行，相當于有級調(diào)壓，用繼電接觸器對抽油機電動機定子繞組進行切換來實現(xiàn)有級的調(diào)壓。當負載率低于30%時，繼電接觸器可將原來為Δ形接法的抽油機配套電動機的定子繞組切換為Y形接法，使定子電壓由380V降為220V，從而達到調(diào)壓節(jié)電的目的。

2）技術(shù)優(yōu)缺點。優(yōu)點：抽油機啟動后正常工作時，通過繼電接觸器，將抽油機定子繞組由三角形接成延邊三角形，即三角形-星形混和繞組，降低了相電壓及輸入功率，使電動機在220V電壓運轉(zhuǎn)。缺點：啟動電壓不能按實際調(diào)節(jié)，只適用于正常運轉(zhuǎn)時定子繞組按Y接線的異步電動機；防盜性能差。

3）適用范圍。只適用于負載較輕的抽油機井。

1.1.2 微電腦控制電動機節(jié)電器

1）工作原理：微電腦控制電動機節(jié)電器是一個微電子相位、電流閉環(huán)跟蹤檢測、電子模塊自動調(diào)壓變流供電的全自動控制系統(tǒng)，能隨時自動跟蹤負載的變化，并通過閉環(huán)反饋系統(tǒng)控制電子模塊的導通角自動控制供電系統(tǒng)的電壓和電流，使電動機在最小電耗下運行，大大提高了電動機的效率，達到節(jié)電效果。

2）技術(shù)優(yōu)缺點。優(yōu)點：采用電流閉環(huán)反饋系統(tǒng)，可以在低電壓、小電流下頻繁啟動，可根據(jù)負載轉(zhuǎn)距的大小適當調(diào)節(jié)啟動電流和啟動時間，使電動機啟動電流始終維持在設定范圍內(nèi)，避免了啟動瞬間的電流沖擊和機械沖擊，完全可以取代自偶降壓和星角變換啟動器；對電動機的缺相、斷相、過流、過熱、過壓等均具有準確可靠的保護功能，可取代電動機綜合保護器。缺點：電路板、繼電器、可控硅等元件易燒壞，嚴重時導致電動機燒毀；該電控箱有節(jié)電和旁路兩種狀態(tài)，設計理念為在節(jié)能電路故障情況下可用旁路啟動，即非節(jié)能狀態(tài)運行。但實際上即使啟用旁路，仍有電路問題出現(xiàn)。若再出現(xiàn)故障，因無配件只能更換電動機保護器。

3）適用范圍。適用于電動機裝機功率大、功率利用率低的抽油機井。

1.2 斷續(xù)供電

1.2.1 工作原理

A D EC型抽油機電動機自適應動態(tài)節(jié)能控制器采用斷續(xù)供電技術(shù)，通過在不同時段控制通電或斷電，來達到節(jié)能的目的。在抽油機需要功率的時間段，電動機通電；在輕載或發(fā)電的時間段，電動機斷電。斷電后，抽油機并不停機，而是憑慣性及勢能釋放繼續(xù)運行[1]。

1.2.2 技術(shù)優(yōu)缺點

優(yōu)點：解決了斷電后再通電時的電流沖擊問題，使得斷電后在通電時沒有沖擊電流；實時自動跟蹤工況的變化，根據(jù)不同的工況采取不同的節(jié)電方式，設計不同的節(jié)能控制策略，包括斷續(xù)供電，斷續(xù)供電和星角轉(zhuǎn)換相結(jié)合，斷續(xù)供電、星角轉(zhuǎn)換和電容動態(tài)補償相結(jié)合，電容的動態(tài)補償，電動機星角自動辨識切換五種控制方式。

缺點：防盜性能差。

1.2.3 適用范圍

適用于戶內(nèi)和各種戶外環(huán)境。對低溫有很高的適應力，可在零下45℃的環(huán)境溫度內(nèi)安全可靠地使用。在油田戶外正常使用條件下，電動機額定功率為75 k W及以下的游梁式抽油機電動機都能使用這種節(jié)能控制器。

1.3 智能軟起動控制箱

1.3.1 工作原理

該控制箱采用目前最先進的智能負載檢測與跟蹤技術(shù)，結(jié)合G SM/G PRS和藍牙油井數(shù)據(jù)處理技術(shù)和優(yōu)化匹配技術(shù)，實時監(jiān)測抽油機工況的變化，動態(tài)調(diào)整電動機的輸出功率，使電動機的輸出功率與實時負載相匹配，即增寬電動機運行的高效區(qū)間，使電動機始終處于高效運行狀態(tài)，從而有效減低銅損、鐵損；并改善電動機起動、停機性能，達到最佳有功節(jié)電效果。

1.3.2 技術(shù)優(yōu)缺點

優(yōu)點：

1）自動檢測負載狀態(tài)，經(jīng)過微處理器進行比較和運算，改變其輸出電壓和電流，和負載的狀態(tài)相平衡，而不改變電動機的轉(zhuǎn)速，達到節(jié)能的效果。

2）可保證電動機連續(xù)平滑地啟動，減少電耗和啟動轉(zhuǎn)矩對電動機及傳動部分的損害，延長了電動機及傳動設備的使用壽命，同時減少啟動電流對電網(wǎng)的沖擊。

3）通過紅外線遙控器來控制抽油機啟停，遙控距離在10∶1內(nèi)，同時具有手動/自動開機、關(guān)機功能，可實現(xiàn)遠程防盜及報警。

缺點：出現(xiàn)故障后電控箱箱門打不開，無法正?？刂仆C維修。

1.3.3 適用范圍

從節(jié)能角度出發(fā)，該設備可以應用到所有非機電一體化的抽油機上。

1.4 變頻調(diào)速

目前采油三廠應用的抽油機井變頻裝置廠家、種類較多，節(jié)能原理及使用方法基本上大同小異，因此，在評價抽油機變頻時僅以直控式抽油機柔性拖動控制器為例，介紹油田抽油機井變頻的應用情況。

1.4.1 工作原理

直控式抽油機柔性拖動控制器變頻器采用IG BT模塊作為輸出的關(guān)鍵器件，采用交-直-交電壓型電路結(jié)構(gòu)，控制電路采用高性能的微處理器，實現(xiàn)快速和高精度的性能。變頻裝置具有“工頻、變頻、柔性拖動”可選運行功能，可以通過調(diào)節(jié)變頻裝置的頻率，改變抽油機井的電動機轉(zhuǎn)數(shù)，從而調(diào)整抽油機井的抽汲參數(shù)及輸出功率，在滿足地層供液變化需要的同時，達到節(jié)能降耗的目的[2]。

1.4.2 技術(shù)優(yōu)缺點

優(yōu)點：可使電動機拖動功率趨于平穩(wěn)，節(jié)能效果明顯；無沖擊運行，降低峰值負荷；大幅度降低抽油機裝機功率；具有PI跟蹤功能，減少或抑制反沖電，實現(xiàn)能量的存儲及再利用。

缺點：變頻調(diào)速控制柜在一定功率范圍內(nèi)可以起到節(jié)能作用，在抽油機的負載率超過80%，變頻調(diào)速系統(tǒng)非但起不到節(jié)能作用反而浪費電能；變頻器產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)的污染嚴重，影響其他電器設備的安全運行。

1.4.3 適用范圍

1）機泵工作參數(shù)已調(diào)到最小，仍然供液不足。2）電動機功率利用率低于50%的抽油機井。

2 節(jié)能電控箱綜合評價

根據(jù)目前采油三廠節(jié)能電控箱使用情況（見表1），我們從適應性、節(jié)能效果、效益分析等幾方面對節(jié)能電控箱進行綜合評價（每千瓦時電按0.57元計算，電控箱預計使用壽命10年）。

表1 節(jié)能電控箱使用情況對比表

2.1 適應性

由于ZJK型智能節(jié)電控制器和A D EC型斷續(xù)供電節(jié)能控制器節(jié)能關(guān)鍵元件及銅線易丟失，造成節(jié)能產(chǎn)品失效，微電腦控制電動機節(jié)電器和Y FRJ-I-200A型智能軟起動控制箱存在易燒電動機、出現(xiàn)故障后電控箱箱門打不開、無法正?？刂仆C維修的問題。因此，在適應性方面，直控式抽油機柔性拖動控制器＞A D EC型斷續(xù)供電節(jié)能控制器＞Y FRJ-I-200A型智能軟起動控制箱＞ZJK型智能節(jié)電控制器＞微電腦控制電動機節(jié)電器。

2.2 節(jié)能效果

從表1可以看出，在節(jié)能效果方面，Y FRJ-I-200A型智能軟起動控制箱＞直控式抽油機柔性拖動控制器＞微電腦控制電動機節(jié)電器＞A D EC型斷續(xù)供電節(jié)能控制器＞ZJK型智能節(jié)電控制器。

2.3 效益分析

從表1可以看出，在效益方面，ZJK型智能節(jié)電控制器＞直控式抽油機柔性拖動控制器＞Y FRJ-I-200A型智能軟起動控制箱＞微電腦控制電動機節(jié)電器＞A D EC型斷續(xù)供電節(jié)能控制器。

綜合上述各方面分析，可以得出結(jié)論：直控式抽油機柔性拖動控制器＞Y FRJ-I-200A型智能軟起動控制箱＞A D EC型斷續(xù)供電節(jié)能控制器＞ZJK型智能節(jié)電控制器＞微電腦控制電動機節(jié)電器。

3 認識及建議

1）抽油機節(jié)能電控箱的安裝必須做到具體問題具體分析，每口抽油機井安裝什么樣的節(jié)能電控箱或補償多大容量的電容，必須在測試基礎上才能決定，否則節(jié)電效果不理想。

2）安裝抽油機節(jié)能電控箱后，抽油機井的平衡度將發(fā)生變化，平衡度有所降低。因此，安裝抽油機節(jié)能電控箱后，抽油機井必須調(diào)平衡。

3）當抽油機井的平衡度小于50%且電動機的瞬時最大電流達到或超過額定電流時，所有調(diào)壓節(jié)電技術(shù)都達不到節(jié)電的目的。

4）從目前油田的管理水平和工人的技術(shù)素質(zhì)考慮，抽油機節(jié)能電控箱愈簡單愈好。

5）采用變頻調(diào)速控制抽油機電動機是最理想的節(jié)能方式，隨著大功率半導體器件的發(fā)展，針對抽油機電動機的特殊運行情況，研制具有較高性價比的抽油機電動機專用變頻控制器是最有發(fā)展前途的油田節(jié)能產(chǎn)品。

[1]朱益飛.C D K A J遙控節(jié)能控制箱的研制與應用[J].油氣田地面工程,1999(1):50-51.

[2]王鴻勛.采油工藝原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1989.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.03.015

王薇，2007年畢業(yè)于黑龍江大學，從事油田聚驅(qū)采出動態(tài)分析工作，E-mail：weiwang001@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田采油三廠工程技術(shù)大隊三采室，163000。

2011-12-15)