制定油井变频能耗监测技术标准的探讨

朱益飞（中国石化胜利油田分公司孤东采油厂）

变频器自上个世纪80年代问世以来，它作为一种有效的变频调速控制系统，具有结构简单、稳定可靠、无级调速，且调速范围宽、故障率低，启动电流小、正反转容易，可实现软启动、软停止，启动转矩大等优点[1]，在石油、石化、电力、新能源、冶金等多个行业得到广泛应用；且存在着逐年增长之势，是至今为止最具节能效果的电气设备。据统计，目前国内以每年20%的速度增长，国外发达国家普及率已达80%~85%，国内使用普及率为25%~30%，它是节能降耗、低碳排放、增加效益、减少成本、提高产品质量、实现电气化的有效手段，预计在20年内不会衰减。近几年来，随着油田节能降耗工作的迫切需要，油井变频节能控制柜在油田生产中得到大量推广应用，但由于缺乏必要的能在变频条件下满足现场测试要求的测试装备和相关测试技术标准，现有监测技术手段已不能满足油井机采系统变频控制能耗监测工作的需要，不仅成为油井变频节能控制柜在油田推广应用过程中的技术难题，而且也成为油田生产建设能耗测试中遇到的新问题和生产现场能耗监测的一大技术瓶颈。因此，在前期组织开展油井变频能耗监测技术研究应用工作的基础上，加强技术调研和总结，结合油田生产实际，提出制定油井变频能耗监测技术标准这一重要研究课题，对推广应用变频节能技术，规范油井变频技术应用，实现企业节能降耗具有非常重要的现实意义。

1 对开展油井变频能耗监测重要性的认识

节约能源资源是我国的一项基本国策。《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出了“十二五”期间单位国内生产总值能耗在“十一五”期间降低20%左右的基础上，单位国内生产总值能耗再降低20%左右，主要污染物排放总量减少10%的约束性指标。随着油田逐步进入开发中后期，开采难度不断增大、含水不断上升、难动用产量份额不断增加，油田节能降耗工作面临着前所未有的挑战。为更好地开展油田节能降耗工作，完成企业制定的节能降耗目标，提高油田节能监测在油田生产一体化节能管理中的作用，完善能耗评价分析体系，充分发挥节能监测在企业节能降耗管理中的“眼睛”作用，把节能监测和问题整改相结合，形成有监测、有分析、有整改、再复测的一体化节能管理模式就显得十分重要[2]。

而油井变频节能控制柜作为油田开发生产过程中一种重要的节能控制设备，主要用于抽油机井、螺杆泵井和电泵井生产运行控制、电动机保护、生产工艺调参和节能降耗等工作。近几年，随着企业节能降耗工作的需要，油井变频节能控制设备其应用规模呈逐年上升之势，且具有良好的节能降耗效果。有关文献资料显示，油井变频控制柜除具有普通控制柜电动机保护功能之外，可以实现油井无极连续调参，油井的软启动。在低冲速油井替代电磁调速电动机，其综合节电率可在30%左右。在油井冲速大于4 min-1的情况下，其主要作用是调参，提高泵效，具有一定节能功能，但一般不超过10%。但是由于变频器自身存在一定的损耗，在冲速不变的情况下，使用变频器比不使用变频器存在着多耗电问题。每个厂家不同型的油井变频控制柜存在的自身耗电量、变频器运行频率与变频控制柜自身损耗之间的关系，在哪个工作频率段工作变频控制柜节能效果最佳和自身能耗最低，应用变频控制柜对油井系统效率的影响如何等问题，由于过去长期以来缺乏必要的技术监测手段，没有开展有效的现场监测和研究，成为困扰油田开展节能降耗工作的一大技术难题。因此，通过引进高精度、宽频带特点的功率分析仪，开展对油井变频节能控制柜不同工作条件下自身损耗量和工作效率的测试，计算出油井变频节能控制柜损耗，研究分析应用油井变频节能控制柜对油井系统效率的影响，不仅可对油井变频节能控制柜性能和质量给出客观正确的评价，而且可通过测试掌握油井变频节能控制柜不同频率工作段实际损耗量的变化规律，制定油井变频节能控制柜应用技术标准，对开展油井变频节能技术推广应用和节能监测提供技术指导，开展现场测试和技术分析，优化油井变频控制的生产运行，降低损耗，提高效率，提高对油井变频控制柜的应用认识，都具有十分重要的意义。

2 油井变频能耗监测技术标准的制定原则

制定油井变频能耗监测技术标准必须以企业发展需求为主导，结合现场生产实际，积极采用国际标准和国外先进标准，做到技术先进、经济合理、安全可靠、协调配套[3]。其制定原则主要体现在以下几个方面。

1）性能原则：技术标准在确立技术指标时，应优先性能特性，其次才选用描述特性。性能特性优先的原则有时也被称为最大自由度原则。因为一项好的技术标准应该是在技术要求和质量指标上做出科学而巧妙的结合，并在实施中保持方案选择上的最大自由度。

2）技术先进性原则：测试技术标准的制定是对油田测试工作的一种技术规范，如果没有具有技术标准的先进性和指导作用，就失去了技术标准制定的意义。

3）可检验性原则：标准中所规范的内容应该是可以被证实的，如果所规定内容不能得到验证，这类要求将使标准无法实施。

4）可操作性原则：制定的标准必须要结合实际，具有可操作性和实用性。如果制定的技术标准不具操作性，那么最先进的技术标准都是无用的。

3 监测技术标准的主要内容

3.1 监测对象及范围

监测对象为油井变频节能控制柜。监测范围为油井变频节能控制柜输入端、输出端功率信号、频率信号和谐波信号测试等。

3.2 监测仪器技术要求

1）各种测试仪器应经过具有相应资质的计量部门检定，并在检定的有效期内。

2）测试仪器的量程选取应在仪器规定的使用范围内。

3）测试仪器可满足用于高效化变频控制系统能耗的测试与评价，可进行高精度、高稳定性且再现性良好的功率测量。

4）测试仪器可满足用于变频控制系统的维护需要，可在现场简单地测量变频器次级侧的功率，可同时进行变频器初级侧与次级侧的测量，可测量变频器的噪音。

5）测试仪器的准确度等级不应低于0.5级。

6）对于抽油机井，应采用能计及负功的仪器。

3.3 对监测人员的要求

从事现场测试的人员必须经过专业培训，考核合格持证上岗，以保证测试的准确度[3]。

3.4 监测项目

监测项目包括各次（2～25次）谐波电流、谐波电压、各次（2～25次）电压含有率、电压总谐波畸变率（%）、电流总谐波畸变率（%）、功率、电流、电压、频率、功率因数、油井变频控制柜损耗。油井变频控制柜损耗测试项目应包括油井变频节能控制柜在不同工作频率段（主要选择45、40、35、30、25 H z和20H z等6个运行频率点）的损耗测试，同一台油井变频节能控制柜在50H z运行频率下，工频运行与变频运行之间监测其损耗测试，同一口油井同工作频率不同控制方式下的油井变频控制柜损耗测试，以及油井变频节能控制柜对油井系统效率测试结果的影响测试等。

3.5 监测方法

测点的选择应该便于安装测试线，并且保证安全。谐波信号测试必须符合Q/S H 10202214—2013《机械采油井低压供电系统谐波测试与评定规范》和G B/T 14549—1993《电能质量公用电网谐波》中的要求。功率测试必须符合S Y/T 5264—2006《油田生产系统能耗测试和计算方法》 和G B/T 20161—2006《变频器供电中有笼型感应电动机应用导则》中的要求。波测试时必须选用有零线的线制，测试时必须区分地线和零线，否则会造成错误。现场测试操作要严格按照测试仪器使用操作程序执行。测试时间必须符合相关标准中所规定的要求[4-6]。

3.6 监测数据处理

原始测试数据的记录、测试数据处理、测试结果统计分析、测试结论要符合Q/S H 1020 2214—2013《机械采油井低压供电系统谐波测试与评定规范》和S Y/T 5264—2006《油田生产系统能耗测试和计算方法》中的规定要求。监测结论和建议要科学准确，并可操作实施，对改进油井变频节能控制柜的优化运行，实现油田生产节能降耗工作具有重要的指导意义。

3.7 监测报告的编写

监测报告的编写内容应包括测试项目名称、测试地点（被测单位）、测试日期、测试单位、测试负责人、测试参加人员、报告编写人和报告审核人，正文内容应包括测试任务和目的要求、测试的选取及监测依据、测点布置及测试仪器说明、测试工况说明、测试结果分析及建议、测试结果汇总表等内容，测试原始数据及测试报告应由测试单位存档备查。

4 规范标准编写应注意的几个问题

技术标准编写人员在标准起草过程中应注意以下几个问题：

1）技术标准编写人员在起草前必须进行标准编写知识培训，熟悉掌握标准编写的基本技能；同时，在开展相关监测技术研究及现场应用的基础上，收集各种技术资料，了解掌握油井变频能耗监测技术的工艺测试情况，组织编写人员进行讨论，征求相关管理部门人员的意见和建议，查阅相关的行业标准、企业标准，确定标准的基本内容。

2）标准编制格式要严格按照企业技术标准规范要求编写。标准分类、被替代标准、标准中英文名称等各项要素应完整，标准的名称、范围表述、引用文件、术语与定义、标准和附录中的表和图、法定计量单位等都应准确规范。

3）标准的技术内容要正确、完整、合理、可行，规定的主要指标或要求的依据要充分，且符合本专业技术发展方向，标准内容的文字表达要简明、准确，语言逻辑要严谨，且用词要准确。

4）编制说明应包括任务来源、工作简要过程、采用国际标准和国外先进标准的情况、确定标准主要内容的依据，以及标准发行范围、数量等相关事项。

5 结束语

随着油田开发的不断深入和节能降耗工作的迫切需要，油井控制方式的不断更新，油井节能变频控制柜应用数量越来越多。开展油井变频能耗监测技术的研究与应用，规范企业油井变频监测技术，提升企业节能监测能力，实现企业节能降耗和低碳绿色发展，既是油田企业自身发展的需要，也是企业肩负的一项政治责任、经济任务和社会义务。制定油井变频能耗监测技术标准需要对该技术进行研究、实践、总结和提升，从而制定出一个在本行业本系统内认可并遵循的规范性文件，制定出符合市场、满足企业发展需要的企业技术标准，真正占据企业技术市场的制高点，更好地为企业节能减排和生产经营建设服务。

[1]程明,刘佳畅.浅谈变频技术在油田抽油机上的应用[J].变频技术应用,2011,6(1):94-114.

[2]朱益飞.油田变频器的谐波危害及对策措施[J].电能质量,2012,4(2):92-94.

[3]朱益飞.关于制定油田机采系统低电压谐波测试技术标准的探讨[J].电能质量,2012,4(6):101-103.

[4]SY/T5264-2006油田生产系统能耗测试和计算方法[S].北京:石油工业出版社,2006.

[5]Q/SH10202214-2013机械采油井低压供电系统谐波测试与评定规范[S].北京:石油工业出版社,2013.

[6]GB/T14549－1993电能质量公用电网谐波[S].北京:电力工业出版社,1993.