楚世雨(大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠)
喇嘛甸油田上在用抽油機井受油井載荷變化影響,在選配電動機時,經(jīng)常不能滿載運行,使抽油機處于低負載率、低功率因數(shù)等,造成極大的電力浪費。同時,隨著油田的不斷開發(fā),電泵井產(chǎn)液量有較大的階段性變化,導(dǎo)致多數(shù)井揚程偏大,與實際需要不相匹配;功率匹配不合理,存在“大馬拉小車”現(xiàn)象,能耗偏高。因此,從節(jié)能降耗角度出發(fā),以負載變化為基礎(chǔ),合理調(diào)控電動機設(shè)備電壓,對油田深入開展節(jié)能減排具有極其重要的意義。
目前在用的抽油機井電動機調(diào)壓技術(shù)可以實時檢測電動機的運行狀態(tài),依據(jù)電動機的負載率高低來調(diào)整電動機的定子工作電壓,從而可有效減少電動機定子鐵損與銅損,從而降低電動機的功率損耗[1]。
抽油機井電動機輸出端接線可分為星接和角接兩種,其中角接電壓380 V,星接電壓220 V。通過應(yīng)用內(nèi)置單片機自動控制的星角調(diào)壓技術(shù),抽油機可由全壓啟動自動切換至星接的節(jié)能降壓啟動,同時為達到最佳控制和節(jié)電的目的,該方法可以在調(diào)壓的同時通過電力電容器的無觸點投切進行補充,降低有功功率,提高功率因數(shù),且不會對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波。該技術(shù)的優(yōu)勢在于性能可靠,操作簡便,易于維護。不足在于該方法屬于有級調(diào)壓,更適合輕載電動機的調(diào)整,當油井負載較重時,接觸器觸點容易損壞[2-3]。
應(yīng)用Y-Δ轉(zhuǎn)換控制技術(shù),平均有功節(jié)電率達到8.8%,平均無功節(jié)電率達到76.7%,綜合節(jié)電率達到21.1%,單井年節(jié)電1.78×104kWh?,F(xiàn)場試驗表明,星角轉(zhuǎn)換調(diào)壓方法在電動機負載率較低時效果更好,當電動機負載率大于20%,有功節(jié)電率呈下降趨勢(圖1),調(diào)壓現(xiàn)場效果見表1。
圖1 星角轉(zhuǎn)換控制器節(jié)電效果-負載率關(guān)系
與角形連接改為星形連接的降壓方法相比,可控硅調(diào)壓更適應(yīng)對抽油機井負載變化的在線檢測跟蹤。負載轉(zhuǎn)矩大時,通過調(diào)整可控硅導(dǎo)通角,可以輸出較高電壓;負載扭矩較小時,通過調(diào)控可控硅,輸出較低電壓,且可無級調(diào)節(jié)電動機端的輸出電壓,確保輸出電壓能實現(xiàn)實時動態(tài)調(diào)整、滿足抽油機井交變載荷運行工況,達到節(jié)能降耗的目的。
以10-1702、10-1666 井為例,措施后有功節(jié)電率達到22.87%,無功節(jié)電率達到81%,綜合節(jié)電率達到37.86%,效果顯著抽油機井可控硅調(diào)壓測試效果對比見表2。該技術(shù)的不足在于可控硅調(diào)壓過程中,由于電壓和電流波形產(chǎn)生畸變,易產(chǎn)生諧波,因此必須對調(diào)壓范圍進行控制住,以此保證諧波低于限值。
表1 抽油機井調(diào)壓現(xiàn)場效果
表2 抽油機井可控硅調(diào)壓測試效果對比
合理調(diào)整電泵井電動機的工作電壓,能夠保證電動機在合理的功率范圍內(nèi)工作,從而達到降低電泵井能耗的目的。
電泵井電動機的功率因數(shù)能夠反映工作電壓的合理性,為進一步確定電泵井合理功率因數(shù)范圍,開展電泵井在線的連續(xù)調(diào)壓試驗。室內(nèi)實驗表明,當電泵井電動機的功率因數(shù)在0.82~0.85,電動機的有功功率最低,而電壓在800~900 V 時,此時電流存在拐點,處于較低水平,說明電壓設(shè)計不宜一直降低[4]。電壓過高或過低,都將導(dǎo)致電動機功率損增大,確定電泵井經(jīng)濟運行電壓可將功率損失降到最低[5](圖2)。
圖2 電泵井電參隨電壓變化關(guān)系曲線
現(xiàn)場根據(jù)確定的電泵井合理功率因數(shù)范圍,對90 口電泵井進行了現(xiàn)場測試,其中功率因數(shù)處于0.80~0.86 的共有51 口井,功率因數(shù)大于0.86 的有9 口井,功率因數(shù)小于0.80 的有30 口井。選取功率因數(shù)小于0.80 的5 口井進行手動電壓調(diào)整,調(diào)前功率因數(shù)在0.65~0.78,調(diào)后功率因數(shù)在0.81~0.84,調(diào)后平均有功功率降低3.07 kW,無功功率降低15.19 kVar,年節(jié)電16.5×104kWh 技術(shù)應(yīng)用效果見表3。
應(yīng)用電泵井自動調(diào)壓技術(shù)實現(xiàn)電泵井生產(chǎn)運行過程中軟啟停。電泵井啟動時電流沖擊大,經(jīng)常會對控制設(shè)備及井下電泵機組設(shè)備造成沖擊損傷[6]。軟啟停技術(shù)通過單片機,以可控硅導(dǎo)通角方式對輸出電壓實現(xiàn)智能控制,在電泵井啟動前設(shè)定啟動時間,啟停過程中,保證電動機工作電壓從0 開始,逐步無級攀升至機組額定電壓值,從而可減少啟動瞬間高電流對電泵機組以及井下電纜的沖擊傷害,同時也進一步降低了啟動過程中的瞬時高能耗。
表3 電泵井手動調(diào)壓技術(shù)應(yīng)用效果
現(xiàn)場試驗28 口井,升壓降壓緩慢,避免了明顯的沖擊電流,尤其是有效保護了低絕緣的電泵機組。以1#井為例(圖3),正常工作電流48 A,正常全壓啟動時高峰電流276 A,降壓軟啟后高峰電流108 A,是全壓啟動時的39.1%。
圖3 全壓啟動與軟啟降壓啟動電流測試曲線
1)對于輕載運行的抽油機井電動機,通過運用Y-Δ 轉(zhuǎn)換以及可控硅調(diào)壓技術(shù)能有效解決機電能浪費比較嚴重的問題,節(jié)能效果明顯。
2)抽油機井調(diào)壓控制需考慮負載率范圍變化以及諧波的產(chǎn)生,注重發(fā)展電動機負載變化的自動檢測與跟蹤饋電,通過自動調(diào)節(jié)電壓,有助于提高電動機的效率,提升節(jié)電效果。
3)合理調(diào)整電泵井電動機的工作電壓,能夠保證電動機在合理的功率范圍內(nèi)工作,從而達到降低電泵井能耗的目的。