抽油机丛式井应用共直流母线技术研究

曲志君（大庆石油管理局有限公司技术监督中心）

随着油田开发的不断深入，井场模式已从单井、少井向多井、丛式井模式转变，多井集中在一个井场，油井之间距离在十米以内。一方面，井场控制柜等配电设备数量多，占地面积大，增加了配电系统的建设成本；另一方面，变压器数量多、总容量大，增加了配电系统的损耗。因此，多井集中供配电势在必行[1]。在油井调控方面，油井的智能调控是实现多井模式下集约化管理，规模化效益的必要技术手段[2-3]。

1 共直流母线技术

在采用常规变频调控技术时，抽油机多井供配电系统的特点为：多井共用一台变压器，变压器降压后交流380 V 电分配到油井，单井配套变频设备进行智能调控[4]，常规变频调速技术系统图见图1。

共直流母线技术是将变频器整流单元和逆变单元分开，多口井共用一套整流装置，单井配套逆变器进行调控的一种技术，实质上是一种变频调控技术[5]。这种技术可应用于同一系统的多台设备同时存在发电和电动运行状态的情况，当同一生产系统中一个或多个电动机处于反发电状态时，由于共用直流母线，其再生能量可以被同一系统中的其它电动机以电动的方式消耗掉，从而达到了节能降耗的效果[6]。

图1 常规变频调速技术系统图

采用共直流母线变频调控技术时，抽油机丛式井配电系统特点为：单井配套逆变装置，多口油井共用整流装置，整流后直流DC540 V 配出到各单井逆变器，逆变器实现对油井的调控[7]，直流母线技术系统图如图2所示。

图2 直流母线技术系统图

2 现场应用

对大庆油田第七采油厂同一井场的10 口抽油机丛式井，应用共直流母线技术前后进行了现场测试。单井电动机额定功率均为11.5 kW，应用前井场共配置3 台变压器，10 台单井变频调速控制箱；应用后配置1台变压器，1台共直流母线控制箱。

2.1 抽油机丛式井在原生产工况下运行测试结果

将10 口抽油机井视为一个系统[8]，保持每口抽油机井在两种工况下运行时冲程、冲速及运行频率相同，对应用前后进行节能测试，电功率测点在变压器二次侧[9]，抽油机丛式井测试结果见表1所示。

表1 抽油机丛式井测试结果

应用共直流母线技术后，各电动机工作在不同状态下，能量回馈互补，实现了就地平衡，优化了系统的动态特性。10 口抽油机井系统效率提高1.29%，有功单耗下降11.09%，无功单耗减少39.64%，可实现年节电2.70×104kWh，节约电费1.71万元。

多井集中配电后，井场变压器数量由3 台100 kVA 变压器减至1 台100 kVA 变压器，运行数量减少2 台，总容量下降66.67%，变压器负载率大大提高，变压器损耗降低了43.84%，变压器测试结果见表2所示。

多井共用整流装置后，单井调控部分省去了整流环节，整流装置容量大大下降。应用直流母线技术后，既实现了节能降耗，又可以降低配电系统的投资成本。

2.2 抽油机丛式井在不同频率下测试结果

10 口抽油机井分别在变频30、40、50Hz 工况下运行，对应用共直流母线技术前后进行节能测试，结果见表3所示。

应用共直流母线群控技术后，避开多口油井大电流的峰值叠加，相互避峰填谷，大幅度降低母线电流[10]，抽油机丛式井系统在变频30、40、50 Hz工况下运行时，变压器输出有功功率都有所降低，功率因数也有所提高。

3 结论

10口抽油机丛式井应用共直流母线技术后，井场变压器数量减少了2 台，变压器的负载率提高、损耗降低；抽油机丛式井系统有功单耗下降11.09%，可实现年节电2.70×104kWh，节约电费1.71 万元。在多个工况下应用，均有较好的节能效果。既能实现节能降耗，又可以降低配电系统的投资成本。它结构简单，运行可靠，在油田多井、丛式井模式井场应用具有优越性，是适用于抽油机井的一种节电技术。

表2 变压器测试结果

表3 变频30、40、50 Hz工况电参数测试结果