“抽油機專用變頻調速控制技術及裝置”達到國際先進
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近日，中國石油大學（華東）信息與控制工程學院張加勝教授主持完成的“抽油機專用變頻調速控制技術及裝置”項目，在北京通過了由山東省科技廳組織的專家技術鑒定。鑒定委員會一致認為，該成果技術先進，創(chuàng)新點突出，多項功能是目前國外進口通用型變頻器所無法替代的；所研發(fā)的抽油機專用變頻調速控制裝置，是針對游梁式抽油機負載的特點，將其所需要的多種重要功能與逆變器控制有機結合，增產節(jié)能效果顯著，有效地提高了性能價格比；檢測報告和現場應用情況表明：該裝置可以大幅度降低采油噸液耗電量，技術配套完善，可靠性高，現場運行穩(wěn)定，適合油田推廣應用。項目技術整體達到國際先進水平，并建議加快該項技術的推廣應用。
該項目針對目前各油田抽油機的特殊工礦對變頻節(jié)能技術的迫切需要、為了改善采油工藝、增產降耗和提高采收率，將變頻調速技術與抽油機的特殊控制及檢測保護功能相結合，采用高性能DSP單片機研制開發(fā)了一種抽油機專用變頻調速控制裝置。系統(tǒng)全部由單片機自動完成數據采集、計算、智能化分析、判斷和控制功能。除常規(guī)的保護功能之外，該裝置具備抽油機目前迫切需要的六種功能，一方面功能齊全，性能完善，增產節(jié)能效果顯著，另一方面可靠性高，造價低廉，具有很高的性能價格比。對于不同的采油井工況,通過控制盤合理設置運行參數,控制裝置就能根據運行參數分別調節(jié)上、下沖程的速度,無級調整抽油機的沖次, 實現抽油機光桿的快提慢放，使抽油泵的抽吸參數趨于合理,抽油泵充滿系數得到提高,從而減少空抽，提高泵效,使井下液量供采平衡,大幅度降低電能消耗,并且提高網側功率因數，達到增產節(jié)能的目的。利用該裝置使抽油機的調參變得簡便、精細、平滑、合理。
該項成果針對抽油機的工作特點，提出了一種采樣步態(tài)匹配（SWM）控制技術，實現了準正弦脈寬調制（QSPWM）分段同步調制方式，既提高直流側電壓的利用率，又保證具有較好的輸出波形，并且很好地解決了相鄰頻段之間的平穩(wěn)切換問題；針對抽油機低負載率帶來的功率因數和效率低的問題，通過動態(tài)跟蹤優(yōu)化控制算法，結合SWM控制技術，實現了抽油機的負載動態(tài)跟蹤節(jié)能控制。根據抽油機的特殊工況實現了變頻/工頻運行方式的自動切換控制；上、下沖程頻率的獨立控制及切換點自動識別；交流側與直流側的過壓保護分別獨立的設計方案；抽油機不平衡饋能的檢測與處理的滯環(huán)控制方法；完善的機箱防雨及隔熱散熱設計等，使該裝置對于野外露天全天候長期連續(xù)運行和高溫高寒的惡劣環(huán)境具有很強的適應性和可靠性。
該項技術針對抽油機“大馬拉小車”而帶來的功率因數和效率很低的問題，通過實時檢測抽油機的負載狀況和特定的動態(tài)跟蹤優(yōu)化控制算法，配合以SWM控制技術，實現抽油機節(jié)能的動態(tài)跟蹤控制，改善電機的工作狀態(tài)，提高工作效率。
為了提高抽油機采收率，根據現場的實際需要，該裝置既可以采用抽油機上、下沖程速度的變頻獨立控制模式，又可以通過鍵盤設定選擇普通的變頻控制模式。在上、下沖程獨立控制模式下，可以實現上、下沖程的自動識別。通過系統(tǒng)的軟硬件組合設計，既可以選擇變頻/工頻的自動切換又可以手動切換。
目前應用該技術所開發(fā)的SWM55-40B型抽油機專用變頻調速控制裝置已經在中國石化勝利油田的多個采油廠推廣應用50余臺。經勝利油田能源監(jiān)測站專業(yè)化檢測結果表明，通過應用該裝置，可以使抽油機耗電量減少而產液量增加，噸液生產有功節(jié)電率達20～40%,無功節(jié)電率可達90%以上，提高系統(tǒng)效率15%以上，增產節(jié)能效果顯著，從根本上解決了過去抽油機變頻裝置價格昂貴、可靠性不高等問題，以最低的硬件成本最大限度地滿足了油田生產的需要，具有廣闊的推廣應用前景。
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