台达集团

  【摘要】本文主要介绍了台达有源前端在抽油机上的应用，AFE2000既可以提高工效，增加采油量，又可以节约电能，保护电机及设备。

  【关键字】绿色电能；功率因数；有源前端

  1 项目背景

  油田是产能大户，同时也是耗能大户，消耗的主要能源是天然气、煤、电，以及渣油等。针对能耗高的特点，某油田确立“产能不忘节能低碳”的发展理念，全面推行“立体化”节能方式，把节能减排纳入企业总体发展战略，综合考虑产量、效益和节能的关系，编制并组织实施了《某油田“十一五”节能规划》和《某油田2009年-2020年节能规划》，让节能减排深入人心。
  
                 
                            图1 抽油机

  抽油机为该油田主要的采油设备，数量多、耗电高，存在功率因数低、谐波含量高、能耗大的典型电能质量问题。通过对抽油机电控技术研究分析，提升抽油机功率因数、降低谐波含量、高效回馈发电状态时的电能，是实现抽油机提升电力品质、节能降耗的有力手段。电控节能主要从调压节能、变频节能、自适应节能、合理间抽等领域发展。

  2 项目方案

  台达为该油田抽油机配置37kW的AFE2000有源前端，此油井采用6kV/0.4kV的50KVA变压器供电，抽油机采用ZYCYT-280M-8/12高起动力矩多速电动机，电机功率为30/20kW，采油过程工作在30kW转速模式。台达AFE2000有源前端针对四象限运行负载，具备提升负载功率因数、降低谐波干扰、回馈电能的独特优势。

  3 项目配置

  项目配置如图2所示。
 
              
                      图2 台达AFE2000（37KW）+标配进线电抗器

  4 项目效果

  调整上下行程速度， 提高产液量。

  采用AFE2000技术， 除了可以改变抽油机的冲程频次之外， 还可以根据实际需要把转速控制细化为上行程转速控制和下行程转速控制， 使抽油机工作在最佳运行状态。在下行程时， 适当降低下行程的速度， 可以减小抽油杆的弯曲度， 从而减小偏磨程度， 提原油在泵内的充满度；在上行程时， 适当提高上行程的速度， 则可减少在提升中的漏失系数， 有效的提高单位时间内原油产量。改造后平均产液量提高了10%左右。

  提高功率因数， 减少无功损耗。

  抽油机的负载是交变的， 工作周期中时大时小。而在选用电动机时， 通常是根据工作周期中的最大载荷（例如启动转矩）来选配。电机的额定功率都是恒定的， 以不变的最大功率拖动时刻变化的载荷， 势必造成大马拉小车之类的浪费。这一现象会使电动机的电能利用率很低， 功率因数下降很多， 相应多占很多无功功率。抽油机采用AFE2000控制系统后，电动机平均功率因数由工频运行状态的（-0.3）0.7提高到（-1）1 ， 减少了无功损耗。从而大大减小了供电电流，减轻了电网和变压器的负担，降低了线损。
 
                    
                          图3 加装AFE2000前抽油电机的无功功率及功率因数
   
                
                         图4 加装AFE2000后抽油电机的无功功率及功率因数

  减小电网冲击， 实现软启动。

  当电机在工频状态下启动时，启动电流相当于3～7倍额定电流，所以通常在电机带载启动时，会对设备和供电电网造成很大的冲击，导致对电网容量要求过高，且在启动瞬间产生大电流和震动，对设备极为不利。使用AFE2000控制系统后实现了电机真正意义上的柔性启动，使启动电流大大降低，既减少了对电网的冲击，也避免了对电动机、变速箱、抽油机等大机械的冲击， 延长了设备使用寿命。
 
               
                         图5 加装AFE2000前后抽油电机运行电流

  解决倒发电产生的供电污染，高效回馈绿色电能。

  抽油机下行时电机转子超过电机同步转速时（曲柄净扭矩为负），交流电机变成交流发电机，引起主回路母线电压的升高，称为“泵升电压”，过高的泵升电压使变压器不能正常工作。采用AFE2000后可以将原倒送的电能转化为标准的正弦电源回馈系统，回馈电能节电率在30%-50%左右。

  最大程度降低谐波危害，提升电力品质。

  抽油机改装AFE2000控制系统后，原变频控制电源谐波电流含量从53.1%降至3%，典型谐波5、7、11、13、17次消除到几乎可以忽略程度，绿化抽油机的配电系统，保证了供电质量。
 
              
                          图6 加装AFE2000前后抽油电机谐波电流含量

  5 项目总结

  AFE2000控制技术在抽油机上应用，对抽油生产设备来说是一个很大技术进步， 它从根本上改变了抽油机的运动特性和动力特性，使抽油机、抽油杆、抽油泵达到动态协调，有杆抽油系统和油井供液系统达到动态协调。抽油机应用AFE2000，既可以提高工效，增加采油量，又可以节约电能，保护电机及设备，其应用前景是十分广泛。在能源日益紧张的今天， 相信AFE2000控制系统在抽油机提升电力品质节能降耗方面具有广阔的应用前景。

  作者简介：

  施宝君，男，生于1980年4月，毕业于东北林业大学，计算机科学与技术专业。现任中达电通股份有限公司电能质量产品开发处高级应用工程师，从事电能质量产品开发、规划和营销，具有多年从事电能质量产品的行业经验。