陳霞 王炳剛 姜志宏

【摘要】本文針對(duì)油田油井電動(dòng)機(jī)負(fù)載特性，提出了集調(diào)壓節(jié)能技術(shù)、無(wú)功就地補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)和間歇式抽取節(jié)能技術(shù)一體的油田油井電動(dòng)機(jī)節(jié)能的方法，在此基礎(chǔ)上研制出獨(dú)具特色的油田油井電動(dòng)機(jī)節(jié)能裝置。試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，該節(jié)能裝置節(jié)能效果顯著。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；可控硅；調(diào)壓節(jié)能；間歇式抽取

1引言

油田抽油機(jī)是石油生產(chǎn)的主要設(shè)備，也是主要的耗能設(shè)備，據(jù)統(tǒng)計(jì)在油田生產(chǎn)成本中約有三分之一為電能消耗，目前在油田油井電動(dòng)機(jī)的供配電系統(tǒng)中，存在三方面的問(wèn)題。即：“大馬拉小車”的問(wèn)題、半抽甚至空抽的問(wèn)題、功率因數(shù)低的問(wèn)題。這三個(gè)問(wèn)題的存在，使拖動(dòng)系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的電能損耗，末端供電質(zhì)量降低，電動(dòng)機(jī)不能處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。

針對(duì)這三個(gè)問(wèn)題，我們分別采用了調(diào)壓節(jié)能技術(shù)、無(wú)功就地補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)、間歇式抽取節(jié)能技術(shù)，并利用電力電子技術(shù)和微電腦技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油田油井電動(dòng)機(jī)瞬態(tài)跟蹤，動(dòng)態(tài)調(diào)壓，時(shí)時(shí)保持電動(dòng)機(jī)在安全、經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行，有效地減少電動(dòng)機(jī)供電系統(tǒng)的電能浪費(fèi)。

2節(jié)能裝置的工作原理

2.1調(diào)壓節(jié)能技術(shù)

2.1.1最小電流理論

對(duì)任意一臺(tái)電動(dòng)機(jī)工作于不同負(fù)載時(shí)都存在其節(jié)能點(diǎn)，該節(jié)能點(diǎn)具有最小電流的特點(diǎn)。即：當(dāng)某一電動(dòng)機(jī)負(fù)載一定時(shí)，在一定范圍內(nèi)電壓降低電流呈現(xiàn)先降低后升高的現(xiàn)象，電流出現(xiàn)最小值的點(diǎn)為節(jié)能點(diǎn)。

2.1.2電動(dòng)機(jī)節(jié)能點(diǎn)處功率損耗分析

電動(dòng)機(jī)的主要損耗為銅損耗、鐵損耗、機(jī)械損耗和雜散損耗。機(jī)械損耗和雜散損耗與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，約占電動(dòng)機(jī)總損耗的20％；定子銅損耗和轉(zhuǎn)子銅損耗分別與定子電流和轉(zhuǎn)子電流的平方成正比；鐵損與定子電壓的平方成正比。顯然，在節(jié)能點(diǎn)處，銅損耗和鐵損耗之和具有最小值。

2.2間歇式抽取節(jié)能技術(shù)

根據(jù)油田油井實(shí)際原油產(chǎn)出量的多少，通過(guò)微電腦智能控制調(diào)整電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間和停止時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的間歇式抽取，保證油田油井電動(dòng)機(jī)的每一次抽取都是滿載，減少低效或無(wú)效抽取，達(dá)到節(jié)能的目的。

2.3無(wú)功就地補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)

針對(duì)功率因數(shù)低的情況，就地并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙荩瑸橛吞镉途妱?dòng)機(jī)直接進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)。

3節(jié)能裝置的實(shí)現(xiàn)

3.1 節(jié)能裝置的硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)電動(dòng)機(jī)在節(jié)能點(diǎn)處有最小電流的理論，單片機(jī)通過(guò)采樣電路對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作電流實(shí)時(shí)檢測(cè)，跟蹤負(fù)載的變化，計(jì)算電壓調(diào)整率，再通過(guò)觸發(fā)電路觸發(fā)調(diào)整串接在三相電源與電動(dòng)機(jī)定子電路上的三對(duì)反并聯(lián)大功率晶閘管的導(dǎo)通角，動(dòng)態(tài)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，確保電動(dòng)機(jī)時(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)工作狀態(tài)下運(yùn)行，降低電動(dòng)機(jī)自身的功率損耗。

3.2節(jié)電器主要功能電路

本節(jié)能器的主要功能模塊電路有復(fù)位電路、供電電源電路、電路運(yùn)行前參數(shù)檢測(cè)電路、過(guò)零檢測(cè)電路、電流采樣檢測(cè)電路、晶閘管觸發(fā)電路。

4試驗(yàn)結(jié)果與分析

選取了額定功率為4KW的電動(dòng)機(jī)做測(cè)試，將節(jié)能裝置接入電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)壓節(jié)能，測(cè)得在不同負(fù)載率下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如下表l所示：

表1調(diào)壓節(jié)電試驗(yàn)數(shù)據(jù)

控制器參數(shù) 綜合檢測(cè)控制器

電動(dòng)機(jī)狀態(tài) 電壓

(V) 電流

(A) 功率因數(shù)

cosФ 有功功率

（KW） 轉(zhuǎn)速

n 負(fù)載率

β 節(jié)電率

(%)

額定狀態(tài)1 380 3.50 0.12 0.26 1460 空載 54.55%

節(jié)能狀態(tài)1 168 1.60 0.26 0.12 1460 空載

額定狀態(tài)2 380 3.52 0.19 0.43 1460 5% 44.44%

節(jié)能狀態(tài)2 184 1.90 0.4 0.24 1459 5%

額定狀態(tài)4 380 3.70 0.39 0.96 1458 15% 18.75%

節(jié)能狀態(tài)4 200 3.20 0.70 0.78 1440 15%

額定狀態(tài)6 380 4.04 0.54 1.44 1450 25% 8.33%

節(jié)能狀態(tài)6 240 3.80 0.85 1.32 1436 25%

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著負(fù)載率的減小，節(jié)能效果越來(lái)越顯著，電動(dòng)機(jī)空載時(shí)節(jié)能效果最明顯，因此，利用降低電動(dòng)機(jī)端電壓的方法進(jìn)行節(jié)能技術(shù)適用于電動(dòng)機(jī)在空載或輕載狀態(tài)。

表2并聯(lián)電容前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)

負(fù)載率 10% 15% 20% 25%

調(diào)壓節(jié)電后

的功率因數(shù) 0.65 0.7 0.83 0.85

調(diào)壓基礎(chǔ)上再并聯(lián)

電容后的功率因數(shù) 0.89 0.9 0.84 0.86

由表2中數(shù)據(jù)可知，在調(diào)壓基礎(chǔ)上再并聯(lián)電容，能使油田抽油機(jī)供電系統(tǒng)的功率因數(shù)得到提高。

抽油機(jī)工作于液體量較少的枯井時(shí)，在使用前兩種節(jié)電技術(shù)的基礎(chǔ)上再添加間歇式抽油技術(shù)，還能節(jié)省一部分電能，而且還可以減少機(jī)器的磨損，延長(zhǎng)其使用壽命，提高其工作的效率。

綜合以上三種節(jié)能技術(shù)于一體的節(jié)電器，最大限度的達(dá)到節(jié)能的目的。

5總結(jié)

該節(jié)能裝置可自動(dòng)跟蹤、檢測(cè)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)的供電電壓，使電動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行，特別是在輕載和變負(fù)載情況下節(jié)能效果顯著。該節(jié)能裝置還具有軟起動(dòng)、軟停車、缺相保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等多種功能。實(shí)驗(yàn)證明該電動(dòng)機(jī)節(jié)能裝置節(jié)能效果顯著、運(yùn)行可靠，有較廣闊的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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