变频器对抽油机平衡度测试的影响分析

吴晓雯（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

变频器对抽油机平衡度测试的影响分析

吴晓雯（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

变频装置由于具有快速调参、软启停等功能在采油三厂抽油机上得到了规模应用，目前使用比例已经达到47%以上。但运行过程中，生产单位反映应用变频器井进行平衡测试时电流变化大。对应用变频器井在变频状态下变频器前端和后端的电参进行了测试对比，在工频和变频状态下的平衡参数进行了测试分析，探讨了变频器对抽油机平衡度测试的影响。

抽油机；变频器；平衡度；电参数；测试

变频装置可以实现抽油机的软启停，根据油井工况对运行参数进行快速调整。目前采油三厂共有抽油机3063口，其中使用变频器装置配电箱共1448口，变频装置使用率达到47.27%。厂装备的变频装置主要有恒频率输出装置和变频率输出装置这2大类。针对在运行过程中，生产单位反映应用变频器井进行平衡测试时电流变化大的问题，对应用变频器井在变频状态下变频器前端和后端的电参进行了测试对比，在工频和变频状态下的平衡参数进行了测试分析。

1　平衡度测试方法

1.1电流法

电流法是抽油机平衡度计算判断最常用的方法，公式为

式中：β——平衡度，%；

1.2平均功率法

平均功率法是指抽油机下冲程电动机平均功率与上冲程电动机平均功率之比，公式为

式中：β——平衡度，%；

2　测试结果分析

2.1变频器前、后端电参对比

抽油机在变频状态下运行，对变频器前、后端的电参用3169能耗测试仪进行了1个冲程的测试（图1、图2）。对比前、后端的测试数据，电流及有功曲线的变化趋势基本相同；变频器后端的电流测试曲线随着频率的变化在中段及尾段呈锯齿状波动。产生锯齿状波动的原因主要是由于交流变频器输出的电压和电流中既有按调速要求输出的低频率基波分量，又含有开关引起的高次谐波。

图1　B2-3-542变频器前端测试数据

图2　B2-3-542变频器后端测试数据

2.2恒频率输出井平衡测试结果分析

同一口抽油机在变频和工频状态下其悬点载荷中的静载荷没有变化，仅悬点载荷的动载荷部分有所变化。由于电动机的特性，目前抽油机变频输出频率基本在35～60 Hz之间，应用变频后抽油机的冲速为工频时的0.7～1.2倍，抽油机的悬点动载荷与抽油机冲速的平方成正比关系，则悬点动载荷应为工频的0.47～1.44倍，变化较大。经过测试可知，相对于冲速3 min-1，冲速6 min-1和冲速9min-1最大载荷分别增加了12.63%和26.7%；最小载荷分别降低了9.44%和25.45%。可见应用变频后抽油机的工作状况会发生很大变化，工频状态下抽油机平衡在变频状态不一定平衡。

对B3-D4-435和B3-5-SF47两口应用多功能调速装置的抽油机井的变频前后的电流、功率、平衡率测试见表1、表2。

表1　多功能调速装置在变频及工频状态下电流平衡率对比

表2　多功能调速装置在变频及工频状态下功率平衡率对比

从测试结果来看随着变频器输出频率的变化（恒频率），抽油机的平衡状态也在不断的发生变化。因此，抽油机利用变频器进行调参后必须及时进行平衡的测试调整。

2.3变频率输出井测试结果分析

变频器在变频率输出时不仅抽油机井的冲速会发生变化，每个冲速内的上、下冲程的时间也不相同。从表3的测试结果来看由于功率随动装置在变频状态下其上、下冲程内的峰值电流、平均电流、有功功率及总功的比值均好于在工频状态下。因此，可以认为抽油机在工频情况下平衡是其在变频情况下平衡的必要条件；同时，从表3可看出虽然功率随动装置可以实现抽油机运行的优化运行但如果抽油机本身处于严重不平衡状态，其在变频状态下也是以不平衡状态运行的。

应用功率随动装置虽然可以用在工频状态下电流及功率来判定其平衡状态，但每次平衡测试都需要调整抽油机的工作状态，会对抽油机的正常生产产生影响。从测试的数据来看变频和工频状态下其上、下冲程的电流、有功数据都会发生较大变化，其比值也会有相应的改变，但上、下冲程的总功基本没有发生变化。可以依据标准SY/T 5044—2003中关于抽油机平衡的判断的第一条规定应用抽油机上、下冲程所做功的比值来进行判定［1］。

3　认识与建议

1）受测试仪器性能影响对应用变频器井进行电流、功率等电参测试时应在变频器前端进行。

2）对于变频器输出频率恒定的井应用变频器进行调参时，应及时对其平衡状况进行测试调整。

3）对于变频器输出频率为非恒定的井进行平衡测试时，其在工频情况下平衡是其在变频情况下平衡的必要条件，同时可以用抽油机在变频状态下上、下冲程所做功的比值来进行判定。

［1］全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会.游梁式抽油机：SY/T 5044—2003［S］.北京：石油工业出版社，2003: 50-52.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.07.002

2016-03-14

（编辑贾洪来）

表3功率随动装置平衡测试成果

井号B2-3-542 B2-51-536状况变频工频变频工频上冲程下冲程上冲程下冲程上冲程下冲程上冲程下冲程冲程时长/ s 9.12 6.42 5.22 4.97 17.38 18.52 7.64 7.24电流/A平均15.46 14.01 36.12 24.32 5.49 11.42 14.71 37.48峰值22.78 24.07 62.00 51.00 11.07 21.98 23.77 56.38有功功率/ kW 8.65 7.88 14.79 9.68 3.04 6.35 6.67 16.09总功/ kJ 78.89 50.59 77.21 48.13 52.76 117.64 50.93 116.52上、下冲程比值/%平均电流90.62 67.33 48.11 39.25峰值电流94.64 82.26 50.36 42.16有功功率91.10 65.45 47.79 41.42总功64.10 62.34 44.85 43.71

吴晓雯，工程师，1997年毕业于大庆石油学院（石油工程专业），从事自动化仪表检定工作，E-mail:84729559@qq.com，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司采油三厂规划设计研究所，163113。