變頻器對抽油機平衡度測試的影響分析

吳曉雯（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

變頻器對抽油機平衡度測試的影響分析

吳曉雯（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

變頻裝置由于具有快速調參、軟啟停等功能在采油三廠抽油機上得到了規模應用，目前使用比例已經達到47%以上。但運行過程中，生產單位反映應用變頻器井進行平衡測試時電流變化大。對應用變頻器井在變頻狀態下變頻器前端和后端的電參進行了測試對比，在工頻和變頻狀態下的平衡參數進行了測試分析，探討了變頻器對抽油機平衡度測試的影響。

抽油機；變頻器；平衡度；電參數；測試

變頻裝置可以實現抽油機的軟啟停，根據油井工況對運行參數進行快速調整。目前采油三廠共有抽油機3063口，其中使用變頻器裝置配電箱共1448口，變頻裝置使用率達到47.27%。廠裝備的變頻裝置主要有恒頻率輸出裝置和變頻率輸出裝置這2大類。針對在運行過程中，生產單位反映應用變頻器井進行平衡測試時電流變化大的問題，對應用變頻器井在變頻狀態下變頻器前端和后端的電參進行了測試對比，在工頻和變頻狀態下的平衡參數進行了測試分析。

1　平衡度測試方法

1.1電流法

電流法是抽油機平衡度計算判斷最常用的方法，公式為

式中：β——平衡度，%；

1.2平均功率法

平均功率法是指抽油機下沖程電動機平均功率與上沖程電動機平均功率之比，公式為

式中：β——平衡度，%；

2　測試結果分析

2.1變頻器前、后端電參對比

抽油機在變頻狀態下運行，對變頻器前、后端的電參用3169能耗測試儀進行了1個沖程的測試（圖1、圖2）。對比前、后端的測試數據，電流及有功曲線的變化趨勢基本相同；變頻器后端的電流測試曲線隨著頻率的變化在中段及尾段呈鋸齒狀波動。產生鋸齒狀波動的原因主要是由于交流變頻器輸出的電壓和電流中既有按調速要求輸出的低頻率基波分量，又含有開關引起的高次諧波。

圖1　B2-3-542變頻器前端測試數據

圖2　B2-3-542變頻器后端測試數據

2.2恒頻率輸出井平衡測試結果分析

同一口抽油機在變頻和工頻狀態下其懸點載荷中的靜載荷沒有變化，僅懸點載荷的動載荷部分有所變化。由于電動機的特性，目前抽油機變頻輸出頻率基本在35～60 Hz之間，應用變頻后抽油機的沖速為工頻時的0.7～1.2倍，抽油機的懸點動載荷與抽油機沖速的平方成正比關系，則懸點動載荷應為工頻的0.47～1.44倍，變化較大。經過測試可知，相對于沖速3 min-1，沖速6 min-1和沖速9min-1最大載荷分別增加了12.63%和26.7%；最小載荷分別降低了9.44%和25.45%。可見應用變頻后抽油機的工作狀況會發生很大變化，工頻狀態下抽油機平衡在變頻狀態不一定平衡。

對B3-D4-435和B3-5-SF47兩口應用多功能調速裝置的抽油機井的變頻前后的電流、功率、平衡率測試見表1、表2。

表1　多功能調速裝置在變頻及工頻狀態下電流平衡率對比

表2　多功能調速裝置在變頻及工頻狀態下功率平衡率對比

從測試結果來看隨著變頻器輸出頻率的變化（恒頻率），抽油機的平衡狀態也在不斷的發生變化。因此，抽油機利用變頻器進行調參后必須及時進行平衡的測試調整。

2.3變頻率輸出井測試結果分析

變頻器在變頻率輸出時不僅抽油機井的沖速會發生變化，每個沖速內的上、下沖程的時間也不相同。從表3的測試結果來看由于功率隨動裝置在變頻狀態下其上、下沖程內的峰值電流、平均電流、有功功率及總功的比值均好于在工頻狀態下。因此，可以認為抽油機在工頻情況下平衡是其在變頻情況下平衡的必要條件；同時，從表3可看出雖然功率隨動裝置可以實現抽油機運行的優化運行但如果抽油機本身處于嚴重不平衡狀態，其在變頻狀態下也是以不平衡狀態運行的。

應用功率隨動裝置雖然可以用在工頻狀態下電流及功率來判定其平衡狀態，但每次平衡測試都需要調整抽油機的工作狀態，會對抽油機的正常生產產生影響。從測試的數據來看變頻和工頻狀態下其上、下沖程的電流、有功數據都會發生較大變化，其比值也會有相應的改變，但上、下沖程的總功基本沒有發生變化。可以依據標準SY/T 5044—2003中關于抽油機平衡的判斷的第一條規定應用抽油機上、下沖程所做功的比值來進行判定［1］。

3　認識與建議

1）受測試儀器性能影響對應用變頻器井進行電流、功率等電參測試時應在變頻器前端進行。

2）對于變頻器輸出頻率恒定的井應用變頻器進行調參時，應及時對其平衡狀況進行測試調整。

3）對于變頻器輸出頻率為非恒定的井進行平衡測試時，其在工頻情況下平衡是其在變頻情況下平衡的必要條件，同時可以用抽油機在變頻狀態下上、下沖程所做功的比值來進行判定。

［1］全國石油鉆采設備和工具標準化技術委員會.游梁式抽油機：SY/T 5044—2003［S］.北京：石油工業出版社，2003: 50-52.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.07.002

2016-03-14

（編輯賈洪來）

表3功率隨動裝置平衡測試成果

井號B2-3-542 B2-51-536狀況變頻工頻變頻工頻上沖程下沖程上沖程下沖程上沖程下沖程上沖程下沖程沖程時長/ s 9.12 6.42 5.22 4.97 17.38 18.52 7.64 7.24電流/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總功/ kJ 78.89 50.59 77.21 48.13 52.76 117.64 50.93 116.52上、下沖程比值/%平均電流90.62 67.33 48.11 39.25峰值電流94.64 82.26 50.36 42.16有功功率91.10 65.45 47.79 41.42總功64.10 62.34 44.85 43.71

吳曉雯，工程師，1997年畢業于大慶石油學院（石油工程專業），從事自動化儀表檢定工作，E-mail:84729559@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司采油三廠規劃設計研究所，163113。