制定油井變頻能耗監測技術標準的探討

朱益飛（中國石化勝利油田分公司孤東采油廠）

變頻器自上個世紀80年代問世以來，它作為一種有效的變頻調速控制系統，具有結構簡單、穩定可靠、無級調速，且調速范圍寬、故障率低，啟動電流小、正反轉容易，可實現軟啟動、軟停止，啟動轉矩大等優點[1]，在石油、石化、電力、新能源、冶金等多個行業得到廣泛應用；且存在著逐年增長之勢，是至今為止最具節能效果的電氣設備。據統計，目前國內以每年20%的速度增長，國外發達國家普及率已達80%~85%，國內使用普及率為25%~30%，它是節能降耗、低碳排放、增加效益、減少成本、提高產品質量、實現電氣化的有效手段，預計在20年內不會衰減。近幾年來，隨著油田節能降耗工作的迫切需要，油井變頻節能控制柜在油田生產中得到大量推廣應用，但由于缺乏必要的能在變頻條件下滿足現場測試要求的測試裝備和相關測試技術標準，現有監測技術手段已不能滿足油井機采系統變頻控制能耗監測工作的需要，不僅成為油井變頻節能控制柜在油田推廣應用過程中的技術難題，而且也成為油田生產建設能耗測試中遇到的新問題和生產現場能耗監測的一大技術瓶頸。因此，在前期組織開展油井變頻能耗監測技術研究應用工作的基礎上，加強技術調研和總結，結合油田生產實際，提出制定油井變頻能耗監測技術標準這一重要研究課題，對推廣應用變頻節能技術，規范油井變頻技術應用，實現企業節能降耗具有非常重要的現實意義。

1 對開展油井變頻能耗監測重要性的認識

節約能源資源是我國的一項基本國策。《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》提出了“十二五”期間單位國內生產總值能耗在“十一五”期間降低20%左右的基礎上，單位國內生產總值能耗再降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%的約束性指標。隨著油田逐步進入開發中后期，開采難度不斷增大、含水不斷上升、難動用產量份額不斷增加，油田節能降耗工作面臨著前所未有的挑戰。為更好地開展油田節能降耗工作，完成企業制定的節能降耗目標，提高油田節能監測在油田生產一體化節能管理中的作用，完善能耗評價分析體系，充分發揮節能監測在企業節能降耗管理中的“眼睛”作用，把節能監測和問題整改相結合，形成有監測、有分析、有整改、再復測的一體化節能管理模式就顯得十分重要[2]。

而油井變頻節能控制柜作為油田開發生產過程中一種重要的節能控制設備，主要用于抽油機井、螺桿泵井和電泵井生產運行控制、電動機保護、生產工藝調參和節能降耗等工作。近幾年，隨著企業節能降耗工作的需要，油井變頻節能控制設備其應用規模呈逐年上升之勢，且具有良好的節能降耗效果。有關文獻資料顯示，油井變頻控制柜除具有普通控制柜電動機保護功能之外，可以實現油井無極連續調參，油井的軟啟動。在低沖速油井替代電磁調速電動機，其綜合節電率可在30%左右。在油井沖速大于4 min-1的情況下，其主要作用是調參，提高泵效，具有一定節能功能，但一般不超過10%。但是由于變頻器自身存在一定的損耗，在沖速不變的情況下，使用變頻器比不使用變頻器存在著多耗電問題。每個廠家不同型的油井變頻控制柜存在的自身耗電量、變頻器運行頻率與變頻控制柜自身損耗之間的關系，在哪個工作頻率段工作變頻控制柜節能效果最佳和自身能耗最低，應用變頻控制柜對油井系統效率的影響如何等問題，由于過去長期以來缺乏必要的技術監測手段，沒有開展有效的現場監測和研究，成為困擾油田開展節能降耗工作的一大技術難題。因此，通過引進高精度、寬頻帶特點的功率分析儀，開展對油井變頻節能控制柜不同工作條件下自身損耗量和工作效率的測試，計算出油井變頻節能控制柜損耗，研究分析應用油井變頻節能控制柜對油井系統效率的影響，不僅可對油井變頻節能控制柜性能和質量給出客觀正確的評價，而且可通過測試掌握油井變頻節能控制柜不同頻率工作段實際損耗量的變化規律，制定油井變頻節能控制柜應用技術標準，對開展油井變頻節能技術推廣應用和節能監測提供技術指導，開展現場測試和技術分析，優化油井變頻控制的生產運行，降低損耗，提高效率，提高對油井變頻控制柜的應用認識，都具有十分重要的意義。

2 油井變頻能耗監測技術標準的制定原則

制定油井變頻能耗監測技術標準必須以企業發展需求為主導，結合現場生產實際，積極采用國際標準和國外先進標準，做到技術先進、經濟合理、安全可靠、協調配套[3]。其制定原則主要體現在以下幾個方面。

1）性能原則：技術標準在確立技術指標時，應優先性能特性，其次才選用描述特性。性能特性優先的原則有時也被稱為最大自由度原則。因為一項好的技術標準應該是在技術要求和質量指標上做出科學而巧妙的結合，并在實施中保持方案選擇上的最大自由度。

2）技術先進性原則：測試技術標準的制定是對油田測試工作的一種技術規范，如果沒有具有技術標準的先進性和指導作用，就失去了技術標準制定的意義。

3）可檢驗性原則：標準中所規范的內容應該是可以被證實的，如果所規定內容不能得到驗證，這類要求將使標準無法實施。

4）可操作性原則：制定的標準必須要結合實際，具有可操作性和實用性。如果制定的技術標準不具操作性，那么最先進的技術標準都是無用的。

3 監測技術標準的主要內容

3.1 監測對象及范圍

監測對象為油井變頻節能控制柜。監測范圍為油井變頻節能控制柜輸入端、輸出端功率信號、頻率信號和諧波信號測試等。

3.2 監測儀器技術要求

1）各種測試儀器應經過具有相應資質的計量部門檢定，并在檢定的有效期內。

2）測試儀器的量程選取應在儀器規定的使用范圍內。

3）測試儀器可滿足用于高效化變頻控制系統能耗的測試與評價，可進行高精度、高穩定性且再現性良好的功率測量。

4）測試儀器可滿足用于變頻控制系統的維護需要，可在現場簡單地測量變頻器次級側的功率，可同時進行變頻器初級側與次級側的測量，可測量變頻器的噪音。

5）測試儀器的準確度等級不應低于0.5級。

6）對于抽油機井，應采用能計及負功的儀器。

3.3 對監測人員的要求

從事現場測試的人員必須經過專業培訓，考核合格持證上崗，以保證測試的準確度[3]。

3.4 監測項目

監測項目包括各次（2～25次）諧波電流、諧波電壓、各次（2～25次）電壓含有率、電壓總諧波畸變率（%）、電流總諧波畸變率（%）、功率、電流、電壓、頻率、功率因數、油井變頻控制柜損耗。油井變頻控制柜損耗測試項目應包括油井變頻節能控制柜在不同工作頻率段（主要選擇45、40、35、30、25 H z和20H z等6個運行頻率點）的損耗測試，同一臺油井變頻節能控制柜在50H z運行頻率下，工頻運行與變頻運行之間監測其損耗測試，同一口油井同工作頻率不同控制方式下的油井變頻控制柜損耗測試，以及油井變頻節能控制柜對油井系統效率測試結果的影響測試等。

3.5 監測方法

測點的選擇應該便于安裝測試線，并且保證安全。諧波信號測試必須符合Q/S H 10202214—2013《機械采油井低壓供電系統諧波測試與評定規范》和G B/T 14549—1993《電能質量公用電網諧波》中的要求。功率測試必須符合S Y/T 5264—2006《油田生產系統能耗測試和計算方法》 和G B/T 20161—2006《變頻器供電中有籠型感應電動機應用導則》中的要求。波測試時必須選用有零線的線制，測試時必須區分地線和零線，否則會造成錯誤。現場測試操作要嚴格按照測試儀器使用操作程序執行。測試時間必須符合相關標準中所規定的要求[4-6]。

3.6 監測數據處理

原始測試數據的記錄、測試數據處理、測試結果統計分析、測試結論要符合Q/S H 1020 2214—2013《機械采油井低壓供電系統諧波測試與評定規范》和S Y/T 5264—2006《油田生產系統能耗測試和計算方法》中的規定要求。監測結論和建議要科學準確，并可操作實施，對改進油井變頻節能控制柜的優化運行，實現油田生產節能降耗工作具有重要的指導意義。

3.7 監測報告的編寫

監測報告的編寫內容應包括測試項目名稱、測試地點（被測單位）、測試日期、測試單位、測試負責人、測試參加人員、報告編寫人和報告審核人，正文內容應包括測試任務和目的要求、測試的選取及監測依據、測點布置及測試儀器說明、測試工況說明、測試結果分析及建議、測試結果匯總表等內容，測試原始數據及測試報告應由測試單位存檔備查。

4 規范標準編寫應注意的幾個問題

技術標準編寫人員在標準起草過程中應注意以下幾個問題：

1）技術標準編寫人員在起草前必須進行標準編寫知識培訓，熟悉掌握標準編寫的基本技能；同時，在開展相關監測技術研究及現場應用的基礎上，收集各種技術資料，了解掌握油井變頻能耗監測技術的工藝測試情況，組織編寫人員進行討論，征求相關管理部門人員的意見和建議，查閱相關的行業標準、企業標準，確定標準的基本內容。

2）標準編制格式要嚴格按照企業技術標準規范要求編寫。標準分類、被替代標準、標準中英文名稱等各項要素應完整，標準的名稱、范圍表述、引用文件、術語與定義、標準和附錄中的表和圖、法定計量單位等都應準確規范。

3）標準的技術內容要正確、完整、合理、可行，規定的主要指標或要求的依據要充分，且符合本專業技術發展方向，標準內容的文字表達要簡明、準確，語言邏輯要嚴謹，且用詞要準確。

4）編制說明應包括任務來源、工作簡要過程、采用國際標準和國外先進標準的情況、確定標準主要內容的依據，以及標準發行范圍、數量等相關事項。

5 結束語

隨著油田開發的不斷深入和節能降耗工作的迫切需要，油井控制方式的不斷更新，油井節能變頻控制柜應用數量越來越多。開展油井變頻能耗監測技術的研究與應用，規范企業油井變頻監測技術，提升企業節能監測能力，實現企業節能降耗和低碳綠色發展，既是油田企業自身發展的需要，也是企業肩負的一項政治責任、經濟任務和社會義務。制定油井變頻能耗監測技術標準需要對該技術進行研究、實踐、總結和提升，從而制定出一個在本行業本系統內認可并遵循的規范性文件，制定出符合市場、滿足企業發展需要的企業技術標準，真正占據企業技術市場的制高點，更好地為企業節能減排和生產經營建設服務。

[1]程明,劉佳暢.淺談變頻技術在油田抽油機上的應用[J].變頻技術應用,2011,6(1):94-114.

[2]朱益飛.油田變頻器的諧波危害及對策措施[J].電能質量,2012,4(2):92-94.

[3]朱益飛.關于制定油田機采系統低電壓諧波測試技術標準的探討[J].電能質量,2012,4(6):101-103.

[4]SY/T5264-2006油田生產系統能耗測試和計算方法[S].北京:石油工業出版社,2006.

[5]Q/SH10202214-2013機械采油井低壓供電系統諧波測試與評定規范[S].北京:石油工業出版社,2013.

[6]GB/T14549－1993電能質量公用電網諧波[S].北京:電力工業出版社,1993.