变频器在游梁式抽油机控制中的应用

    目前，在胜利油田采用的抽油设备中，游梁式抽油机的应用最为普遍。一方面，由于游梁式抽油机应用到两个大质量的钢质滑块，从而产生抽油机的启动冲击大等诸多问题。另一方面，游梁式抽油机运动为反复地上下提升，一个冲程提升一次，其动力来自于电动机带动的两个大质量的钢质滑块，当滑块提升时，类似于杠杆的作用，将采油机杆送入井中，滑块下降时，采油杆提起，带油至井口，由于电机转速恒定，在滑块下降过程中，负荷减轻，电机拖动产生的能量无法被负载吸收，必然会另外寻找能量消耗的渠道，导致电机进入再生发电状态，将多余的能量反馈到电网，引起主回路母线电压的升高，这将会对整个电网产生冲击，导致电网供电质量下降，功率因数降低；频繁的高压冲击会损坏电机，对电动机将没有可靠的保护功能，一旦电机遭到损害，便使生产效率降低、维护量加大．这些都极不利于抽油设备的节能降耗，给企业造成较大的经济损失。除了上述两方面问题之外，油田采油的特殊地理环境决定了采油设备有其自有的运行特点，在油井开采前期由于储油量大，供液足，为提高功效可采用工频运行，这样可以保证较高的产油量；在中期和后期，由于石油储量的减少，易造成供液不足，这时电机若继续保持工频运行，势必浪费电能，造成不必要的损耗，这时需考虑实际工作情况，适当降低电机转速，减少冲程，有效提高充盈率。将变频技术引入到游梁式抽油机控制中去便可以成功解决上述问题。根据电机理论可知，通过改变频率即可以平滑地调节电机转速，从而可以连续改变提油机的抽油速度，最终达到节能和提高电网功率因数的目的。同时变频调速器具有低速软启动、转速可以大范围的平滑调节、对电动机保护功能齐全等优点，是采油设备改造的理想方案。    到目前为止，对游梁式抽油机的变频器改造主要包括以下三个方面。    ①提高电网质量，以减小对电网影响为目标的变频改造。这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合，其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。    ②以节能为第一目标的变频改造。一方面，油田的抽油机为了克服大的启动转矩，采用的电动机功率远远大于实际所需功率，工作时电动机的利用率低，电动机常常处于轻载状态，这些造成了电动机资源的浪费。另一方面，抽油机的工作情况是连续变化的，若始终处于工频运行，势必造成电能的浪费。为了节能及提高电动机的工作效率，需进行变频改造。    ③以提高电网质量和节能为目的的变频改造。这种情况综合了上面两种改造的优点，是应用中的发展一个重要方向。    在实际的应用过程中却出现了许多问题，这些问题主要集中在游梁式抽油机的发电状态产生的能量的处理上。对于第一种情况，采用普通变频器加能耗制动单元可比较方便的实现，但它是以多耗能为代价的，这主要是因为发电能量不能回馈电网造成的。在未采用变频器时，当电动机处于电动状态时，电动机从电网吸收电能（电表正转）；当电动机处于发电状态时，电动机释放能量（电表反转），电能直接回馈到电网，并没有在本地设备上耗费掉。综合表现为抽油机的供电系统的功率因数较低，对电网质量影响较大。但是在使用普通变频器时，情况有了变化，普通变频器的输入是二极管整流，能量不能实现反方向流动。这部分电能没有流回电网的通路，必须用电阻来就地消耗，从而必须使用能耗制动单元。对于这种情况，必须妥善处理电动机发电状态时产生的电能，将其反馈到电网，否则通过调节抽油机的冲程节省的电能有可能不能抵消变频器制动单元消耗的电能，造成变频运行时反而耗能的情况，这与节能的目标是背道而驰的。为了解决这个问题，需对普通变频器进行改造。在控制方法上引入自适应控制，以适应游梁式抽油机多变的工作环境。在结构上引入双PWM结构的变频器，使其在发电状态产生的电能回馈电网。