淺談三墾變頻器在螺桿泵井上的應(yīng)用

趙春文(大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠第一油礦208 隊(duì) 黑龍江大慶 163000)

一、前言

地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵投資少、維護(hù)簡(jiǎn)單、管理方便，與其他采油方式相比耗能更低，但螺桿泵在實(shí)際生產(chǎn)中也存在許多問(wèn)題，如起動(dòng)時(shí)，其轉(zhuǎn)速瞬間提高，抽油桿產(chǎn)生很大的慣性扭矩，導(dǎo)致抽油桿承受的扭矩大于額定扭矩，易抽油桿斷脫；停機(jī)時(shí)，在油管內(nèi)液柱的作用下對(duì)抽油桿產(chǎn)生較大的卸扣扭矩， 造成抽油桿脫扣； 調(diào)參需要換輪， 同時(shí)由于固定直徑的皮帶輪限制了調(diào)參范圍。 變頻器的應(yīng)用解決了螺桿泵生產(chǎn)的這些問(wèn)題，但基層隊(duì)技術(shù)人員對(duì)變頻器的了解有限， 本文就是通過(guò)作者在變頻器應(yīng)用的實(shí)踐中所產(chǎn)生的一點(diǎn)認(rèn)識(shí)，現(xiàn)介紹給大家（以三墾變頻器為例）：

二、變頻器的工作、節(jié)能原理

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p 分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）；通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術(shù)，電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。 電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，存在啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。 采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著電機(jī)的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動(dòng)電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機(jī)種不同，為125%～200%)。 用工頻電源直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流為6～7 倍，因此，將產(chǎn)生機(jī)械電氣上的沖擊。 采用變頻器傳動(dòng)可以平滑地起動(dòng)。 因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)的方案開(kāi)始逐步取代風(fēng)門(mén)、擋板、閥門(mén)的控制方案，其節(jié)能原理是隨著轉(zhuǎn)差率的降低，使功率因數(shù)獲得提高。 轉(zhuǎn)矩是相對(duì)恒定的，因此，功率與轉(zhuǎn)速成正比，降低轉(zhuǎn)速即可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

三、應(yīng)用變頻器后的節(jié)能情況

油田開(kāi)發(fā)后期，成本大幅上升，如何在保證產(chǎn)量的情況下降低能耗是我們工作重點(diǎn)， 目前我們變頻器在螺桿泵井的使用上過(guò)多的注重的是其調(diào)控性能，忽視了其節(jié)電作用，如何提高變頻器的節(jié)能效果， 就需要我們根據(jù)螺桿泵的負(fù)載特性與變頻器相結(jié)合，既要保證螺桿泵的良好工況，又要確保電機(jī)運(yùn)行時(shí)具有的最佳節(jié)能效果。

從節(jié)能上考慮， 變頻器功率要于負(fù)載功率相匹配才能保證起節(jié)能效果。 對(duì)于負(fù)載來(lái)說(shuō)大容量的變頻器確保了負(fù)載運(yùn)行控制的穩(wěn)定性，但大容量的變頻器的價(jià)格與小容量的相差很大，從成本上考慮存在浪費(fèi)，從變頻器本身耗能看，在變頻器工作時(shí)，通過(guò)變頻器的電流是很大的， 變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的，不能忽視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響， 我們所使用的變頻器都是安裝在控制柜中。 我們要了解一臺(tái)變頻器的發(fā)熱量大概是多少.可以用以下公式估算：發(fā)熱量的近似值＝變頻器容量（KW）×55 [W]。

投用變頻器前，要確保螺桿泵驅(qū)動(dòng)裝置的最大變比，亦即將驅(qū)動(dòng)頭的轉(zhuǎn)速放到最大，才能確保變頻器具有的節(jié)能空間。 對(duì)于額定頻率為50Hz 的電機(jī)來(lái)說(shuō)，在50Hz 以下運(yùn)行是省電的，且頻率越低省電越多，達(dá)到或超過(guò)額定頻率時(shí)，電機(jī)是在恒功率狀況下工作的，此時(shí)頻率越高，輸出的力矩就越小，但功率都是額定功率，所以是不能省電的，同時(shí)變頻器本身的功耗也計(jì)算在內(nèi)的話(huà)就比額定功率大了， 使用變頻器實(shí)現(xiàn)的無(wú)級(jí)調(diào)速是目前最理想的調(diào)速方法。

四、變頻器功能設(shè)置在生產(chǎn)上的實(shí)際應(yīng)用

三墾變頻器有254 條指令功能， 可以對(duì)變頻器進(jìn)行高端設(shè)置， 這些高端的功能應(yīng)用對(duì)我們提高螺桿泵的管理水平具很大的意義。

如跳頻功能： 螺桿泵驅(qū)動(dòng)裝置在起停時(shí)， 當(dāng)運(yùn)行通過(guò)低頻時(shí)，個(gè)別井發(fā)生機(jī)械共振現(xiàn)象，當(dāng)共振發(fā)生時(shí)，整個(gè)井口顫動(dòng)的特別厲害，這樣巨大的振幅對(duì)整套設(shè)備的危害是嚴(yán)重的，對(duì)井口設(shè)備，特別是驅(qū)動(dòng)頭，電機(jī)，井下管柱具有強(qiáng)烈的沖擊，縮短了這些設(shè)備的使用壽命，在與油管內(nèi)液柱的共同作用下，甚至能造成抽油桿的斷脫或者脫扣故障，造成檢泵作業(yè)。 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償應(yīng)用：螺桿泵由于結(jié)蠟等原因引起負(fù)載增加，這時(shí)通過(guò)變頻器無(wú)法起動(dòng)，原因是在低頻區(qū)域中，電機(jī)轉(zhuǎn)矩過(guò)小。 我們可以運(yùn)用功能碼004的指令來(lái)提高起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。 操作功能鎖定的應(yīng)用：由于螺桿泵井變頻器都安裝在野外，為了防止員工誤操作或者他人破壞，就需要有此功能來(lái)確保變頻器設(shè)置不被胡亂改動(dòng)， 只有對(duì)操作功能進(jìn)行解鎖才可以重新設(shè)置。

五、完善變頻器應(yīng)用的幾點(diǎn)建議

5.1 由于變頻器與電機(jī)具有同樣廣泛的應(yīng)用性，并且其價(jià)格也較為昂貴，在油井野外使用環(huán)境下要考慮其防盜問(wèn)題，通過(guò)給控制規(guī)加鎖并不能完全防止被盜現(xiàn)象， 建議廠家升級(jí)其控制軟件，通過(guò)軟件給變頻器加密，每斷電后再次通電使用時(shí)輸入密碼方可運(yùn)轉(zhuǎn)，使偷盜者無(wú)法使用。

5.2 在控制箱里側(cè)應(yīng)貼有報(bào)警一覽表，變頻器報(bào)警顯示都是英文字母加數(shù)字， 除了變頻器專(zhuān)家外要想知道內(nèi)容就要查找手冊(cè)，因此將手冊(cè)上的報(bào)警一覽表貼到控制箱里，將極大地提高我們處理變頻器報(bào)警停機(jī)故障的效率。

5.3 普及變頻器的使用知識(shí)，提高變頻器的開(kāi)發(fā)、使用水平。雖然制造商在開(kāi)發(fā)、制造變頻器時(shí)充分考慮了用戶(hù)的需要，設(shè)計(jì)了多種可供用戶(hù)選擇的設(shè)定、保護(hù)和顯示功能。 但如何充分發(fā)揮這些功能，合理使用變頻器，仍是用戶(hù)需要注意的問(wèn)題，一些項(xiàng)目的設(shè)定值仍需摸索，以便用好變頻器，充分發(fā)揮其在生產(chǎn)中的作用， 如變頻器的參數(shù)輸入項(xiàng)目中有一些是電機(jī)基本參數(shù)的輸入，如電機(jī)的功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、極數(shù)等。 這些參數(shù)的輸入非常重要， 將直接影響變頻器中一些保護(hù)功能的正常發(fā)揮，一定要根據(jù)電機(jī)的實(shí)際參數(shù)正確輸入，以確保變頻器的正常使用綜上所述， 這些設(shè)置一般都是廠家的出廠時(shí)的初始數(shù)據(jù)，就需要我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)重新設(shè)置這些參數(shù)了。

六、結(jié)論

變頻器在螺桿泵井上應(yīng)用的時(shí)間還是很短， 其負(fù)載特性與變頻器功能如何更好的結(jié)合仍需我們進(jìn)一步的鉆研， 保證其良好的調(diào)控效果和最佳的節(jié)能效果。 同時(shí)，隨著變頻器在油田應(yīng)用的越來(lái)越廣泛， 也要求我們不斷的研究不同負(fù)載下變頻器應(yīng)用的最佳效果，從而創(chuàng)造更高的使用效率和經(jīng)濟(jì)效益。