变频远程监测控制系统在油田中研究

 

　　一、 前言

　　目前据统计我国抽油机的保有量在10万台以上，电动机装机总容量在3500MW，年耗电逾百亿KW·h。抽油机的运行效率特别低，在我国平均运行效率为 25.96%，国外平均水平为30.05%，年节能潜力可达几十亿KW·h。除了抽油机之外，油田还有大量的注水泵、输油泵、潜油泵等设备，总耗电量超过油田总用电量的80%，。可见，石油行业也是推广“电机系统节能”的重点行业。

　　(1) 冲击电流问题

　　如图1所示，游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构，其整机结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。对于支架来说，如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致，那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在平衡率为100%时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，则需要电动机提供的动力越大。因为，抽油载荷是每时每刻都在变化的，而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化，才使得游梁式抽油机的节能技术变得十分复杂。因此，可以说游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术

　　(2)电磁干扰(EMI)问题，即变频器对微电脑控制器，传感(变送)器及通信设备的干扰问题。因为变频器是一个很强的电磁干扰源，变频器中的开关器件，以及产生的SPWM电压波形，会对控制及通信系统造成很大的干扰。干扰的途径，除了感应，辐射之外，也包括传导干扰。

　　(3)谐波干扰问题，变频器对输入侧产生谐波对变频器而言只要有整流回路就将产生非线性引起的谐波，按傅氏级数可分解基波和各次谐波，通常含有 6m+1(m=1，2，3，……。)次。在变频器逆变输出回路中输出电压输出电流均有谐波。由于变频器是通过CPU产生6组脉宽可调的SPWM波控制三相 6组功率元件导通/关断，从而形成电压、频率可调三相输出电压。其输出电压和输出电流是由SPWM波和三角波的交点产生的，不是标准的正弦波用傅氏级数分解电压方波和电流正弦锯齿波可分析出包含较强的高次谐波成分。

　　因此变频器的谐波产生危害不可忽视对容量大的电力系统影响不是十分明显，但对于电力系统容量小的系统谐波的产生不可忽视。它对公用电网是一种污染，使电设备所处的环境恶化，给周围的通信系统和公用网以外的设备带来危害。主要表现在一下几点：1、谐波使电网中电器元件产生附件的谐波损耗，降低输变电及用电设备的效率。2、谐波会引起电网中局部串联或并联谐振，3、电流谐波将增加变压器铜损。4、谐波引起电动机附加发热，导致电动机额外温升并影响电机绝缘。

　　(4)可靠性和环境适应性问题

　　由于抽油机都在环境恶劣的野外工作，并且很多油井是无人值守的，所以，对变频器的可靠性和环境适应能力提出了很高的要求：既要选用可靠性指标高的变频器品牌，又要给变频器在野外恶劣环境下工作创造必要的条件，如设计防护等级高的双层密闭隔垫(保温)控制柜，对昼夜温差大的地区，柜内设计强迫风冷系统，可以将柜内的热量排出，并在柜底设计有冷空气入口，使之适合在夏季沙漠高温环境中使用。并使控制柜避免阳光直接照射及雨淋。

　　二、PL-ZNCY系列变频监测控制系统

　　PL-ZNCY系列变频监测控制系统是保利深远(北京)新能源科技有限公司依靠自身研发，技术力量为打造人性化，智能化，数字化油田而设计的高科技变频监测控制系统。本公司以绿色能源科技产品和工业自动化控制产品为核心的高科技产品的研发、设计、生产及服务为一体，产品包括高性能矢量型变频器、工业自动化控制系统，抽油机(螺杆泵)变频智能监测控制柜、太阳能、风能及互补系统、便携式电源、野外照明系统等。公司秉承：“为社会创造效益，为用户创造价值，为员工创造机会”的企业文化和“诚信务实，专业服务”的企业精神，以“创新，设计，开发”为理念吸纳了大批专业人才的加盟。雄厚的技术力量，专业的方案设计，先进的检测设备，快捷的信息交流，现代化的管理体制，使公司迅速成为研究开发、生产制造、市场营销、工程设计、安装施工和售后维护服务于一体的高新技术企业。

　　PL-ZNCY系列变频监测控制系统代表着当今抽油机节能控制技术的一项革命性突破。尽量使抽油机的工作方式与油井的实际负荷及环境条件相匹配，提高抽油机的充满度，从而提高电动机的效率与功率因数，达到节能增产的目的。

　　1、PL-ZNCY系列抽油机变频监视控制系统是综合国内外先进技术，针对抽油机的特殊负载情况专门设计的具有变频控制，远程监视等高科技产品。

　　该系统保留了游梁式抽油机诸多优点，结合先进的采油工艺，综合计算机技术、自动控制技术、电力电子等技术实现抽油机的智能控制：抽油机冲次和上下冲程速比无级调节，优化抽汲参数，达到增产、节能、自控的目标，最终提高抽油系统的系统效率。系统的人机接口界面设计极其简单，为现场人员的使用及维护带来极大方便。特别适用工作环境特别恶劣的油井，需要间歇工作的油井，经常断杆的油井，经常结腊的油井，经常改变井况的油井。

　　1.1产品设计原理：

　　

 

　　该系统使用的关键设备变频器符合欧洲CE低压电器标准，符合国际UL508C电力转换设备标准，以及符合国际EN50081/2电磁兼容性EMC标准，

　　且有为抽油机专门设计的功能，内含直流电抗器，输入电抗器，输出电抗器，减少了对电网的谐波干扰，提高了电网质量;谐波符合国际标准 IEC61000-2-2各次谐波电压含有的THDV低于8%，内含RFI无线电射频干扰滤波器，极大改进了抗干扰和抗雷击功能;内含制动单元，能够有效地释放制动能量，形成集成控制，适应抽油机的特殊应用。抽油机变频监测控制系统是以“以人为本”设计理念使产品更具人性化。能进行远程状态监视。根据各种功能模块和相应的传感器的检测，将油井实测的相关数据、参数通过无线网络传输至数控中心进行运算比对，并通过矢量变频调速技术对抽油机进行动态监测控制，以达到高效节能的自动化、数字化的控制目的。人性化的设计能进行通过HMI(人机交换界面)完成远程参数设定、 运行数据、状态显示、功图、日产油量等参数。