淺析天平游梁式抽油機的電氣系統

鄭嚴

摘 要：天平游梁式抽油機的驅動電機是采用新型材料和先進加工技術制造的高性能永磁同步電動機，同時基于變頻器控制系統，采用先進的電氣控制技術，對電動機的運行狀態進行調節和控制，可適時調整電動機的速度和出力，優化抽油機的工作狀態，提高生產效率。

關鍵詞：永磁同步電動機；變頻器；天平游梁式抽油機

1 天平游梁式抽油機簡介

游梁式抽油機在我國石油機械中占有主導地位，經過多年來的改進創新，抽油機的結構形式和控制方式都發生了巨大的改變。天平游梁式抽油機除去普通游梁式抽油機的齒輪減速結構，用底座上的支架來連接游梁和前后驢頭，利用工作驢頭和配重驢頭重量對稱的平衡方式取代了普通游梁式抽油機離心力的平衡方式。天平游梁式抽油機工作時，電動機通過皮帶把動力傳遞給驅動輪，使驅動輪上的驅動繩移動，從而帶動抽油桿上下運動，完成抽油過程。由于天平游梁式抽油機采用對稱平衡方式，所以電動機的動力只需要克服機械摩擦力即可，使得電動機的輸出功率變小，效率得到提高。

基于機械部分的改進，天平游梁式抽油機采用了新型材料及先進加工技術制造的特種電動機——永磁同步電動機。根據各油田區塊的地質條件，永磁同步電動機通過變頻器控制系統，可任意調整抽油機的沖程和沖次，可適時調整電動機的運行速度和輸出功率，提高抽油泵的抽汲量，提高采收率。

2 永磁同步電動機

普通游梁式抽油機是采用三相交流異步電動機做為動力裝置，由曲柄連桿機構把電機的旋轉運動轉化為抽油桿的上下往復運動。這一過程需要曲柄連桿機構和井口的一整套裝置來完成，增加了生產成本且耗能較大。雖然異步電動機具有結構簡單、結實耐用等特點，但其效率低，耗電量大，網損大等問題也逐漸被引起重視，各種新型電動機的開發及應用已成為亟待解決的問題。

抽油機想要實現直接的上下往復驅動形式，就要有高性能的電動機。經過多年的研究證明，永磁同步電動機可以做為天平游梁式抽油機的驅動部件。因為永磁同步電機的轉子由永磁體制成，它用永磁體代替電勵磁同步電動機的勵磁繞組，永磁體的固有特性，使它不再需要外加任何能量就能在其周圍產生強磁場，這使得電動機結構相對簡單，降低了加工和裝配費用，在降低生產成本的同時也提高了可靠性。新型永磁體具有高矯頑力和高磁能積，使得永磁同步電動機性能穩定性好、節能效果明顯。基于天平游梁式抽油機機械結構的平衡技術，也使得電動機在抽油桿的上下行程中輸出功率均衡，提高了電動機的效率。

3 天平游梁式抽油機的電氣控制系統

天平游梁式抽油機應用變頻器控制技術來實現對永磁同步電動機的控制。針對地下油層的含水率與粘稠度等實際情況、針對抽油桿運行過程中受到沖擊力變形的問題、針對提高抽油泵抽汲度增產增效的問題，我們要研究相應的控制方案，設置好變頻器參數，用變頻器來適時控制永磁同步電動機的運行，從而實現對抽油機運行狀態的控制和調節，提高產量，增加效益。

天平游梁式抽油機控制系統由一臺變頻器和一塊控制板組成，控制板上有一整套與變頻器相連的控制線路?？刂瓢褰邮盏匠橛蜋C上電氣設備所發出的電信號后，輸出相應的驅動信號給驅動組件（即變頻器），變頻器根據預先設定的參數輸出相應的指令，完成相對應的控制過程。油田工作人員只需要根據油田實際情況來設置變頻器參數，即可實現對永磁同步電動機的控制，達到油田生產的要求。

4 天平游梁式抽油機的電氣控制方案

隨著專用變頻器種類的增加，隨著變頻器可接收控制信號的增多，變頻技術日趨成熟，電動機控制方案日趨合理先進。

4.1 沖次調節

在采油過程中，工作人員可根據每口油井的供液情況分別設置變頻器的參數值，調整永磁同步電動機的運行速度，繼而調整抽油桿的運行速度，增加抽油泵的抽汲量，提高工作效率。

4.2 上下行程運行方向控制

天平游梁式抽油機安裝有上、下行程的限位開關，由上、下限位開關將控制信號送給控制板，控制板將信號處理后送給變頻器，由變頻器控制電動機的正反轉運行，實現抽油桿的上下行程的換向。

4.3 運行速度控制與運行曲線設定

要實現抽油機增產增效的目的，首要問題是要增加抽油泵的工作效率，要在抽油泵下行過程中適當降低運行速度，增加運行時間，保證泵的充液量。并且在上行程中設定合理的間停時間，保證泵閥能完全關閉，減少回流量。

可以在抽油機上、下行程及換向過程中，通過變頻器設定永磁同步電動機多個時段的運行速度，使抽油機的換向過渡平穩且無沖擊，減小了對抽油桿機械應力損傷。同時，由于換向平穩，使抽油桿的變形量得到恢復，相對增加了有效沖程，提高了泵效。

利用變頻器的參數可以設定驅動器在啟動加速時作無沖擊性緩啟動；可以調整變頻器的電機啟動運行后的加減速時間，獲得最好的電機運行速度曲線；可以應用曲線指令的設定改變電機的運行平滑度。

5 結束語

開發研究新型技術，節能降耗，挖潛增效是油田開發的主題。天平游梁式抽油機的電氣系統設計合理，技術先進，節能效果明顯，應用前景廣闊。

參考文獻

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