抽油机井节能电控箱的综合评价

2012-11-15王薇大庆油田有限责任公司第三采油厂

石油石化节能 2012年3期

王薇（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

抽油机井节能电控箱的综合评价

王薇（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

抽油机井是大庆油田主要的采油方式，也是油田能耗的重要部分。抽油机配电箱是重要部件，目前电控箱种类较多，经现场使用和技术部门的检测，还存在一些问题，有必要对抽油机井配电箱进行综合评价，为今后节能配电箱的应用选择提供依据。根据目前节能电控箱使用情况，可以从适应性、节能效果、效益分析等几方面对节能电控箱进行综合评价。通过综合评价得出各节能电控箱适应性，进行优化选择以达到节能的目的。

抽油机井配电箱综合评价

随着油田开发的深入、生产规模的不断扩大，采油三厂抽油机井已达2334口，年耗电约1.9729×108k W h，占机采井年耗电的57.14%。抽油机配电箱是抽油机运行的重要部件，目前在用电控箱种类较多，经现场使用和检测表明，部分井还存在一些问题，归纳起来主要有以下几点：存在安全隐患，主要包括部件严重锈蚀，线路老化，渗漏风雨等；部分元器件质量较差，使用寿命短，故障率高，日常维修工作量大，影响油井开井运行时间；随着油田用电负荷的迅猛增加，使得油田电力负荷的无功功率增大，加之抽油机电动机基本上没有配置无功补偿装置，难以满足电动机的无功需要，无功损耗大，不仅给生产管理带来困难，还对机采井的节能降耗工作十分不利。因此，很有必要对在用抽油机井的配电箱进行综合评价，为今后节能配电箱的更新选择提供依据。

1 几种节能配电箱技术介绍

1.1 调压节能

供给抽油机配套电动机运行的电网电压是一定的，它是由专门的10k V或6k V高压架空线路经降压变压器后提供的，在这种情况下，电动机的励磁电流基本恒定。在轻载条件下，电动机的输出转矩与负载转矩相平衡，定子电流中的有功分量减少，导致功率因数降低；而与定子电压有关的各种损耗基本不变，致使效率也降低。此时，若能应用抽油机调压节电器，适当降低电动机的定子电压，在保证正常运转的情况下，可使励磁电流和有功损耗都能降低，从而使功率因数和效率都得到提高。目前采油三厂应用的抽油机调压节电器主要是Y-Δ转换调压和微电脑控制自动调压。

1.1.1 Y-Δ转换调压

1）工作原理：ZJK型智能节电控制器采用Y-Δ转换调压节电技术，其电动机输入电压是在三角和星形（即380V和220V电压）两种模式下运行，相当于有级调压，用继电接触器对抽油机电动机定子绕组进行切换来实现有级的调压。当负载率低于30%时，继电接触器可将原来为Δ形接法的抽油机配套电动机的定子绕组切换为Y形接法，使定子电压由380V降为220V，从而达到调压节电的目的。

2）技术优缺点。优点：抽油机启动后正常工作时，通过继电接触器，将抽油机定子绕组由三角形接成延边三角形，即三角形-星形混和绕组，降低了相电压及输入功率，使电动机在220V电压运转。缺点：启动电压不能按实际调节，只适用于正常运转时定子绕组按Y接线的异步电动机；防盗性能差。

3）适用范围。只适用于负载较轻的抽油机井。

1.1.2 微电脑控制电动机节电器

1）工作原理：微电脑控制电动机节电器是一个微电子相位、电流闭环跟踪检测、电子模块自动调压变流供电的全自动控制系统，能随时自动跟踪负载的变化，并通过闭环反馈系统控制电子模块的导通角自动控制供电系统的电压和电流，使电动机在最小电耗下运行，大大提高了电动机的效率，达到节电效果。

2）技术优缺点。优点：采用电流闭环反馈系统，可以在低电压、小电流下频繁启动，可根据负载转距的大小适当调节启动电流和启动时间，使电动机启动电流始终维持在设定范围内，避免了启动瞬间的电流冲击和机械冲击，完全可以取代自偶降压和星角变换启动器；对电动机的缺相、断相、过流、过热、过压等均具有准确可靠的保护功能，可取代电动机综合保护器。缺点：电路板、继电器、可控硅等元件易烧坏，严重时导致电动机烧毁；该电控箱有节电和旁路两种状态，设计理念为在节能电路故障情况下可用旁路启动，即非节能状态运行。但实际上即使启用旁路，仍有电路问题出现。若再出现故障，因无配件只能更换电动机保护器。

3）适用范围。适用于电动机装机功率大、功率利用率低的抽油机井。

1.2 断续供电

1.2.1 工作原理

A D EC型抽油机电动机自适应动态节能控制器采用断续供电技术，通过在不同时段控制通电或断电，来达到节能的目的。在抽油机需要功率的时间段，电动机通电；在轻载或发电的时间段，电动机断电。断电后，抽油机并不停机，而是凭惯性及势能释放继续运行[1]。

1.2.2 技术优缺点

优点：解决了断电后再通电时的电流冲击问题，使得断电后在通电时没有冲击电流；实时自动跟踪工况的变化，根据不同的工况采取不同的节电方式，设计不同的节能控制策略，包括断续供电，断续供电和星角转换相结合，断续供电、星角转换和电容动态补偿相结合，电容的动态补偿，电动机星角自动辨识切换五种控制方式。

缺点：防盗性能差。

1.2.3 适用范围

适用于户内和各种户外环境。对低温有很高的适应力，可在零下45℃的环境温度内安全可靠地使用。在油田户外正常使用条件下，电动机额定功率为75 k W及以下的游梁式抽油机电动机都能使用这种节能控制器。

1.3 智能软起动控制箱

1.3.1 工作原理

该控制箱采用目前最先进的智能负载检测与跟踪技术，结合G SM/G PRS和蓝牙油井数据处理技术和优化匹配技术，实时监测抽油机工况的变化，动态调整电动机的输出功率，使电动机的输出功率与实时负载相匹配，即增宽电动机运行的高效区间，使电动机始终处于高效运行状态，从而有效减低铜损、铁损；并改善电动机起动、停机性能，达到最佳有功节电效果。

1.3.2 技术优缺点

优点：

1）自动检测负载状态，经过微处理器进行比较和运算，改变其输出电压和电流，和负载的状态相平衡，而不改变电动机的转速，达到节能的效果。

2）可保证电动机连续平滑地启动，减少电耗和启动转矩对电动机及传动部分的损害，延长了电动机及传动设备的使用寿命，同时减少启动电流对电网的冲击。

3）通过红外线遥控器来控制抽油机启停，遥控距离在10∶1内，同时具有手动/自动开机、关机功能，可实现远程防盗及报警。

缺点：出现故障后电控箱箱门打不开，无法正常控制停机维修。

1.3.3 适用范围

从节能角度出发，该设备可以应用到所有非机电一体化的抽油机上。

1.4 变频调速

目前采油三厂应用的抽油机井变频装置厂家、种类较多，节能原理及使用方法基本上大同小异，因此，在评价抽油机变频时仅以直控式抽油机柔性拖动控制器为例，介绍油田抽油机井变频的应用情况。

1.4.1 工作原理

直控式抽油机柔性拖动控制器变频器采用IG BT模块作为输出的关键器件，采用交-直-交电压型电路结构，控制电路采用高性能的微处理器，实现快速和高精度的性能。变频装置具有“工频、变频、柔性拖动”可选运行功能，可以通过调节变频装置的频率，改变抽油机井的电动机转数，从而调整抽油机井的抽汲参数及输出功率，在满足地层供液变化需要的同时，达到节能降耗的目的[2]。

1.4.2 技术优缺点

优点：可使电动机拖动功率趋于平稳，节能效果明显；无冲击运行，降低峰值负荷；大幅度降低抽油机装机功率；具有PI跟踪功能，减少或抑制反冲电，实现能量的存储及再利用。

缺点：变频调速控制柜在一定功率范围内可以起到节能作用，在抽油机的负载率超过80%，变频调速系统非但起不到节能作用反而浪费电能；变频器产生的高次谐波对电网的污染严重，影响其他电器设备的安全运行。

1.4.3 适用范围

1）机泵工作参数已调到最小，仍然供液不足。2）电动机功率利用率低于50%的抽油机井。

2 节能电控箱综合评价

根据目前采油三厂节能电控箱使用情况（见表1），我们从适应性、节能效果、效益分析等几方面对节能电控箱进行综合评价（每千瓦时电按0.57元计算，电控箱预计使用寿命10年）。

表1 节能电控箱使用情况对比表

2.1 适应性

由于ZJK型智能节电控制器和A D EC型断续供电节能控制器节能关键元件及铜线易丢失，造成节能产品失效，微电脑控制电动机节电器和Y FRJ-I-200A型智能软起动控制箱存在易烧电动机、出现故障后电控箱箱门打不开、无法正常控制停机维修的问题。因此，在适应性方面，直控式抽油机柔性拖动控制器＞A D EC型断续供电节能控制器＞Y FRJ-I-200A型智能软起动控制箱＞ZJK型智能节电控制器＞微电脑控制电动机节电器。