“抽油機(jī)專用變頻調(diào)速控制技術(shù)及裝置”達(dá)到國(guó)際先進(jìn)
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近日，中國(guó)石油大學(xué)（華東）信息與控制工程學(xué)院張加勝教授主持完成的“抽油機(jī)專用變頻調(diào)速控制技術(shù)及裝置”項(xiàng)目，在北京通過了由山東省科技廳組織的專家技術(shù)鑒定。鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為，該成果技術(shù)先進(jìn)，創(chuàng)新點(diǎn)突出，多項(xiàng)功能是目前國(guó)外進(jìn)口通用型變頻器所無(wú)法替代的；所研發(fā)的抽油機(jī)專用變頻調(diào)速控制裝置，是針對(duì)游梁式抽油機(jī)負(fù)載的特點(diǎn)，將其所需要的多種重要功能與逆變器控制有機(jī)結(jié)合，增產(chǎn)節(jié)能效果顯著，有效地提高了性能價(jià)格比；檢測(cè)報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明：該裝置可以大幅度降低采油噸液耗電量，技術(shù)配套完善，可靠性高，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，適合油田推廣應(yīng)用。項(xiàng)目技術(shù)整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并建議加快該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用。
該項(xiàng)目針對(duì)目前各油田抽油機(jī)的特殊工礦對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)的迫切需要、為了改善采油工藝、增產(chǎn)降耗和提高采收率，將變頻調(diào)速技術(shù)與抽油機(jī)的特殊控制及檢測(cè)保護(hù)功能相結(jié)合，采用高性能DSP單片機(jī)研制開發(fā)了一種抽油機(jī)專用變頻調(diào)速控制裝置。系統(tǒng)全部由單片機(jī)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、智能化分析、判斷和控制功能。除常規(guī)的保護(hù)功能之外，該裝置具備抽油機(jī)目前迫切需要的六種功能，一方面功能齊全，性能完善，增產(chǎn)節(jié)能效果顯著，另一方面可靠性高，造價(jià)低廉，具有很高的性能價(jià)格比。對(duì)于不同的采油井工況,通過控制盤合理設(shè)置運(yùn)行參數(shù),控制裝置就能根據(jù)運(yùn)行參數(shù)分別調(diào)節(jié)上、下沖程的速度,無(wú)級(jí)調(diào)整抽油機(jī)的沖次, 實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)光桿的快提慢放，使抽油泵的抽吸參數(shù)趨于合理,抽油泵充滿系數(shù)得到提高,從而減少空抽，提高泵效,使井下液量供采平衡,大幅度降低電能消耗,并且提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，達(dá)到增產(chǎn)節(jié)能的目的。利用該裝置使抽油機(jī)的調(diào)參變得簡(jiǎn)便、精細(xì)、平滑、合理。
該項(xiàng)成果針對(duì)抽油機(jī)的工作特點(diǎn)，提出了一種采樣步態(tài)匹配（SWM）控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)正弦脈寬調(diào)制（QSPWM）分段同步調(diào)制方式，既提高直流側(cè)電壓的利用率，又保證具有較好的輸出波形，并且很好地解決了相鄰頻段之間的平穩(wěn)切換問題；針對(duì)抽油機(jī)低負(fù)載率帶來(lái)的功率因數(shù)和效率低的問題，通過動(dòng)態(tài)跟蹤優(yōu)化控制算法，結(jié)合SWM控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)的負(fù)載動(dòng)態(tài)跟蹤節(jié)能控制。根據(jù)抽油機(jī)的特殊工況實(shí)現(xiàn)了變頻/工頻運(yùn)行方式的自動(dòng)切換控制；上、下沖程頻率的獨(dú)立控制及切換點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別；交流側(cè)與直流側(cè)的過壓保護(hù)分別獨(dú)立的設(shè)計(jì)方案；抽油機(jī)不平衡饋能的檢測(cè)與處理的滯環(huán)控制方法；完善的機(jī)箱防雨及隔熱散熱設(shè)計(jì)等，使該裝置對(duì)于野外露天全天候長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行和高溫高寒的惡劣環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和可靠性。
該項(xiàng)技術(shù)針對(duì)抽油機(jī)“大馬拉小車”而帶來(lái)的功率因數(shù)和效率很低的問題，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)抽油機(jī)的負(fù)載狀況和特定的動(dòng)態(tài)跟蹤優(yōu)化控制算法，配合以SWM控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)節(jié)能的動(dòng)態(tài)跟蹤控制，改善電機(jī)的工作狀態(tài)，提高工作效率。
為了提高抽油機(jī)采收率，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，該裝置既可以采用抽油機(jī)上、下沖程速度的變頻獨(dú)立控制模式，又可以通過鍵盤設(shè)定選擇普通的變頻控制模式。在上、下沖程獨(dú)立控制模式下，可以實(shí)現(xiàn)上、下沖程的自動(dòng)識(shí)別。通過系統(tǒng)的軟硬件組合設(shè)計(jì)，既可以選擇變頻/工頻的自動(dòng)切換又可以手動(dòng)切換。
目前應(yīng)用該技術(shù)所開發(fā)的SWM55-40B型抽油機(jī)專用變頻調(diào)速控制裝置已經(jīng)在中國(guó)石化勝利油田的多個(gè)采油廠推廣應(yīng)用50余臺(tái)。經(jīng)勝利油田能源監(jiān)測(cè)站專業(yè)化檢測(cè)結(jié)果表明，通過應(yīng)用該裝置，可以使抽油機(jī)耗電量減少而產(chǎn)液量增加，噸液生產(chǎn)有功節(jié)電率達(dá)20～40%,無(wú)功節(jié)電率可達(dá)90%以上，提高系統(tǒng)效率15%以上，增產(chǎn)節(jié)能效果顯著，從根本上解決了過去抽油機(jī)變頻裝置價(jià)格昂貴、可靠性不高等問題，以最低的硬件成本最大限度地滿足了油田生產(chǎn)的需要，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
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