台达C2000变频器在游梁式抽油机上的应用

       目前国内最常用的抽油机种类有游梁式抽油机、塔架式抽油机和螺杆泵式抽油机三种，其中游梁式抽油机作为一种简单、高效、操作方便的抽油设备，在各种含砂、含气、含水原油的开采中得到了广泛的应用。

        某油田约有7万口采油井，其中游梁式抽油机数量高达近6万口，新建的采油厂作为油田的试验型井田配备了台达C2000高阶磁束向量通用型变频器，采用工变频自动切换的方式，使整个控制系统简单紧凑，运行可靠，达到了很好的节能效果。

1  游梁式抽油机的组成与工作原理

       游梁式抽油机俗称“磕头机”，通过加压的办法使石油出井，其作为一种广泛的采油方式，在富油井、贫油井、稀油井、稠油井上都体现出了卓越的性能。

1.1 系统组成

       游梁式抽油机主要由游梁—连杆—曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装备等四大部分组成。
工作时，电动机的传动经变速箱、曲柄连杆机构变成驴头的上下运动，驴头经光杆、抽油杆带动井下深井泵的柱塞作上下运动，从而不断地把井中的原油抽出井筒，再通过地面管线输送至计量站。

1.2 工作原理

       当抽油机上冲程时，油管弹性收缩向上运动，带动机械解堵采油器向上运动，撞击滑套产生振动；同时，正向单流阀关闭，变径活塞总成封堵油，当抽油机下冲程时，油管弹性伸长向下运动，带动机械解堵采油器向下运动，撞击滑套产生振动；同时，反向单流阀部分关闭，变径活塞总成仍然封堵油套环形油道，使反向单流阀下方区域形成高压区，这一运动又对地层内的油流通道产生一种反向的冲击力。 

图1 抽油机工作原理示意图

2  游梁式抽油机的节电技术

       抽油机的节电技术通常采用变频调速控制，这样可以改变抽油机长期处于低效做功的状态，使其工作方式与油井实际负荷相匹配，保证每次都抽油，减少低效甚至无效抽取，从而降低电费开支，减少维护成本，提高运行效率。

       变频器具有软起动功能，起动时电流较小，对电网冲击小，起动时能耗大为降低，同时减少了对电动机、变速箱、抽油机等大机械的冲击，延长了相关设备的使用寿命。

       引进变频器控制可实现对设备上、下行程运行频率可调，以改变抽油机上、下行程的运行速度，达到了满足泵效的情况下耗用最少的电能。

       由于抽油机下行时负载性质为位势负载，变频器加装制动电阻后恰能适应其工况。

图2抽油机

3  系统设计

       台达C2000变频器通过VF模式控制三相异步电动机，当变频器出现故障停机时，变频器结合控制柜电气结构会自动将控制状态从变频切为工频，保证抽油机不停机。同时，在抽油机下行冲程时，变频器结合外部制动电阻，将回生能量合理释放。

       C2000变频器与国产某品牌数据采集远传器相连接，将电机的运行工况、电流、转矩等数据远传到中控室内。

3.1 C2000变频器特点

       台达C2000高阶磁束向量通用型变频器集驱动（IM/PM）、控制（PLC）、显示（文本）、以及多种协议现场总线技术于一体，内建CANOpen可做主站，具有高性能、易维护、多语言操作等特点：

       异步及同步电机控制一体化，具有多种控制模式，对电机可实现开闭环控制；
       启动转矩在0.5Hz时可达150%以上，并支持重载模式；
       过载能力最大200%转矩电流；
       内置PLC功能，程序容量10K步；
       强大的面板编辑功能，相当于文本使用，并且面板参数设定有文字提示，使用简便；
       模块化设计，控制端子及风扇可拆卸，并支持穿墙式安装；
       丰富的网络扩展功能，内建CANOpen，可扩展Profibus、DeviceNet、MODBUS TCP、EtherNet-IP现场总线及以太网络卡；
       -50℃至+50℃超宽环境温度，全球安规兼容于CE/UL/CUL。

3.2 C2000的基本参数设置

       变频器的参数设置主要分为两部分，一为基本参数，二为通讯参数。

表1 变频器主要参数设置

3.3电气控制原理

       游梁式抽油机在变频柜门板上进行操作，变频控制柜门板上有启动、停止、故障复位、工变频转换按钮，并有运转指示灯、工变频指示灯和电位计调整电机转速旋钮，可以在现场或远程对变频柜进行实时操作。

       当变频器在运转中出现故障时，变频器会利用继电器输出功能自动将变频状态切为工频状态，保证了抽油机不停机，同时，C2000变频器通过RS485与北京安控CPU相连接，可以远程上传数据和远程修改相关参数。

图3 抽油机控制柜
  
图4 控制柜正面与背面（安控模块）

4  系统节能

       采油井在开采过程中，油况可能随时发生变化，C2000变频器可以实时将负载情况送到北京安控CPU内进行分析计算，从而得到合理的转速控制。同时，还可以根据采油厂的采油量指标，由采油工人自行或定时改变输出频率，满足了手动与自动控制的二合一功能，不仅节约了电能，还节省了人力物力，深受用户好评。

5  结束语

       台达C2000变频器（18.5～30KW）自2012年10月份在华北某油田多个游梁式抽油机井口投运，运行效果稳定，节能明显，并且操作简便易懂，在客户处取得了良好反响。

作者简介：

       赵成亮，男，出生于1984年7月，毕业于佳木斯大学，自动化专业。现任中达电通东北大区业务支援处高级应用工程师，从事中达机电产品在黑龙江区域的技术支持和推广工作，有着丰富的业界经验。