【摘要】本文主要介紹了臺達有源前端在抽油機上的應用，AFE2000既可以提高工效，增加采油量，又可以節約電能，保護電機及設備。

  【關(guān)鍵字】綠色電能；功率因數；有源前端

  1 項目背景

  油田是產(chǎn)能大戶(hù)，同時(shí)也是耗能大戶(hù)，消耗的主要能源是天然氣、煤、電，以及渣油等。針對能耗高的特點(diǎn)，某油田確立“產(chǎn)能不忘節能低碳”的發(fā)展理念，全面推行“立體化”節能方式，把節能減排納入企業(yè)總體發(fā)展戰略，綜合考慮產(chǎn)量、效益和節能的關(guān)系，編制并組織實(shí)施了《某油田“十一五”節能規劃》和《某油田2009年-2020年節能規劃》，讓節能減排深入人心。
  
                 
                            圖1 抽油機

  抽油機為該油田主要的采油設備，數量多、耗電高，存在功率因數低、諧波含量高、能耗大的典型電能質(zhì)量問(wèn)題。通過(guò)對抽油機電控技術(shù)研究分析，提升抽油機功率因數、降低諧波含量、高效回饋發(fā)電狀態(tài)時(shí)的電能，是實(shí)現抽油機提升電力品質(zhì)、節能降耗的有力手段。電控節能主要從調壓節能、變頻節能、自適應節能、合理間抽等領(lǐng)域發(fā)展。

  2 項目方案

  臺達為該油田抽油機配置37kW的AFE2000有源前端，此油井采用6kV/0.4kV的50KVA變壓器供電，抽油機采用ZYCYT-280M-8/12高起動(dòng)力矩多速電動(dòng)機，電機功率為30/20kW，采油過(guò)程工作在30kW轉速模式。臺達AFE2000有源前端針對四象限運行負載，具備提升負載功率因數、降低諧波干擾、回饋電能的獨特優(yōu)勢。

  3 項目配置

  項目配置如圖2所示。
 
              
                      圖2 臺達AFE2000（37KW）+標配進(jìn)線(xiàn)電抗器

  4 項目效果

  調整上下行程速度， 提高產(chǎn)液量。

  采用AFE2000技術(shù)， 除了可以改變抽油機的沖程頻次之外， 還可以根據實(shí)際需要把轉速控制細化為上行程轉速控制和下行程轉速控制， 使抽油機工作在最佳運行狀態(tài)。在下行程時(shí)， 適當降低下行程的速度， 可以減小抽油桿的彎曲度， 從而減小偏磨程度， 提原油在泵內的充滿(mǎn)度；在上行程時(shí)， 適當提高上行程的速度， 則可減少在提升中的漏失系數， 有效的提高單位時(shí)間內原油產(chǎn)量。改造后平均產(chǎn)液量提高了10%左右。

  提高功率因數， 減少無(wú)功損耗。

  抽油機的負載是交變的， 工作周期中時(shí)大時(shí)小。而在選用電動(dòng)機時(shí)， 通常是根據工作周期中的最大載荷（例如啟動(dòng)轉矩）來(lái)選配。電機的額定功率都是恒定的， 以不變的最大功率拖動(dòng)時(shí)刻變化的載荷， 勢必造成大馬拉小車(chē)之類(lèi)的浪費。這一現象會(huì )使電動(dòng)機的電能利用率很低， 功率因數下降很多， 相應多占很多無(wú)功功率。抽油機采用AFE2000控制系統后，電動(dòng)機平均功率因數由工頻運行狀態(tài)的（-0.3）0.7提高到（-1）1 ， 減少了無(wú)功損耗。從而大大減小了供電電流，減輕了電網(wǎng)和變壓器的負擔，降低了線(xiàn)損。
 
                    
                          圖3 加裝AFE2000前抽油電機的無(wú)功功率及功率因數
   
                
                         圖4 加裝AFE2000后抽油電機的無(wú)功功率及功率因數

  減小電網(wǎng)沖擊， 實(shí)現軟啟動(dòng)。

  當電機在工頻狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流相當于3～7倍額定電流，所以通常在電機帶載啟動(dòng)時(shí)，會(huì )對設備和供電電網(wǎng)造成很大的沖擊，導致對電網(wǎng)容量要求過(guò)高，且在啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生大電流和震動(dòng)，對設備極為不利。使用AFE2000控制系統后實(shí)現了電機真正意義上的柔性啟動(dòng)，使啟動(dòng)電流大大降低，既減少了對電網(wǎng)的沖擊，也避免了對電動(dòng)機、變速箱、抽油機等大機械的沖擊， 延長(cháng)了設備使用壽命。
 
               
                         圖5 加裝AFE2000前后抽油電機運行電流

  解決倒發(fā)電產(chǎn)生的供電污染，高效回饋綠色電能。

  抽油機下行時(shí)電機轉子超過(guò)電機同步轉速時(shí)（曲柄凈扭矩為負），交流電機變成交流發(fā)電機，引起主回路母線(xiàn)電壓的升高，稱(chēng)為“泵升電壓”，過(guò)高的泵升電壓使變壓器不能正常工作。采用AFE2000后可以將原倒送的電能轉化為標準的正弦電源回饋系統，回饋電能節電率在30%-50%左右。

  最大程度降低諧波危害，提升電力品質(zhì)。

  抽油機改裝AFE2000控制系統后，原變頻控制電源諧波電流含量從53.1%降至3%，典型諧波5、7、11、13、17次消除到幾乎可以忽略程度，綠化抽油機的配電系統，保證了供電質(zhì)量。
 
              
                          圖6 加裝AFE2000前后抽油電機諧波電流含量

  5 項目總結

  AFE2000控制技術(shù)在抽油機上應用，對抽油生產(chǎn)設備來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大技術(shù)進(jìn)步， 它從根本上改變了抽油機的運動(dòng)特性和動(dòng)力特性，使抽油機、抽油桿、抽油泵達到動(dòng)態(tài)協(xié)調，有桿抽油系統和油井供液系統達到動(dòng)態(tài)協(xié)調。抽油機應用AFE2000，既可以提高工效，增加采油量，又可以節約電能，保護電機及設備，其應用前景是十分廣泛。在能源日益緊張的今天， 相信AFE2000控制系統在抽油機提升電力品質(zhì)節能降耗方面具有廣闊的應用前景。

  作者簡(jiǎn)介：

  施寶君，男，生于1980年4月，畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)，計算機科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)?，F任中達電通股份有限公司電能質(zhì)量產(chǎn)品開(kāi)發(fā)處高級應用工程師，從事電能質(zhì)量產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、規劃和營(yíng)銷(xiāo)，具有多年從事電能質(zhì)量產(chǎn)品的行業(yè)經(jīng)驗。