变频储能技术原理及现场应用研究

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1、变频储能技术原理及现场应用研究摘要：抽油机带动油杆上、下往复运动过程中，电动机会进入重负荷―轻负荷―空载―发电―空载―轻负荷―重负荷的循环状态。目前，延长油田抽油机存在冲次大、井下供液不足，抽油泵多数存在干抽现象。为了降低耗电量，减少采油成本，采用变频储能技术控制电机，无级调节电机转速，降低抽油机冲次。同时，将电机负发电产生的电能储存在储能电容中，在抽油机另外半个周期中供给电机使用。在延长油田永宁采油厂实施了168口井，稳定运行了10个月，利用抽油机系统效率测试仪进行电机耗电量测试，结果显示平均节电率37.68%，功率因数平均值为0.98。中国4/vie　　关键词：抽油机；冲次；干抽；变频储

2、能；节电率；功率因素　　中图分类号：TE933文献标识码：A：1673-1069（2016）35-188-2　　0引言　　延长油田基本采用游梁式抽油机。游梁式抽油机是一种特殊的四连杆机构，其整个结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。地面采油系统耗电设备主要为抽油机，在抽油机带动油杆上、下往复运动过程中，电动机会进入重负荷―轻负荷―空载―发电―空载―轻负荷―重负荷的循环状态。当抽油杆上升时，由于电动机需要克服液柱负载、油杆负载、摩擦阻力等而处于重载荷运行状态；当抽油杆下降时，由于电动机需要克服较小的负载而处于轻负载或空载状态。　　由于抽油杆、光杆、液柱是有一定重量的，再加上

3、油管、油杆的形变，导致抽油机启动的瞬间，需要克服较大的启动负荷；当抽油机正常运行后，需要的功率又大幅减少，由于液面深度是动态变化的，抽油载荷也随之发生变化，平衡配重载荷和抽油载荷工作的变化规律一致是不可能的，地面采油系统中的抽油机就会出现欠平衡或过平衡现象，而电动机提供的功率是额定的，因此就出现了电动机“大马拉小车”、电动机空载等现象，造成能源的巨大浪费。　　目前，延长油田约有99%的油井使用有杆泵，加上游梁式抽油机存在能耗大、效率低、成本高等问题。从单纯的机械角度来看，抽油机的节能方法有三种：一是使用节能型抽油机，如异相曲柄平衡抽油机、异型游梁式抽油机和宽带机等，尽可能地使抽油机的平衡曲线

4、和抽油机载荷曲线的变化规律相抵消，而且和不同阶段的抽油机载荷相适应；二是抽油机调平衡，通过使用电流表测上下行电流，使抽油机的平衡度处于80%～100%之间；三是扎实推进抽油机调参工作，优化抽油机工作参数。　　为了降低抽油机冲次，同时回收电机负发电的能量，采用变频储能技术控制抽油机电机，实现无级调节抽油机冲次，同时将电机负发电的能量储存在储能电容中，在抽油机另外半个周期中使用，取得了较好的使用效果。　　1变频调速储能技术原理　　变频调速储能技术是实现了电动机的软启动，对电网无冲击，电动机功率因数可由0.25～0.50提高到0.90以上，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损。操作方便，不需停

5、产即可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度。利用最新研制的四象限矢量控制变频调速器，配以过程控制、位置传感等技术改造现有的抽油机，可以实现油井节电、增效和增产，从而提高整个有杆抽油系统的机采效率。　　目前抽油机的能量回收方式有两种：逆变器和超级电容（大容量电容），电气原理图分别见图1和图2。逆变器和超级电容（大容量电容）能量回收方式不一样，前者是实时将能量回馈到电网上对电网有污染，后者是将抽油机前半周期电机发电的能量储存在超级电容（大容量电容）中，在抽油机后半周期使用。　　逆变器接在变频器的母线上，抽油机平衡块下落过程中，电动机发电在变频器的母线上产生直流电，通过逆变器加到电网上，以节省

6、电能，同时须增加滤波器去除变频器产生的高次谐波，尽量减少对电网的污染。　　超级电容（大容量电容）同样接在变频器母线上，抽油机平衡块下落过程中，电动机发电在变频器的母线上产生直流电，电能储存在超级电容（大容量电容）上，平衡块上升时优先使用超级电容（大容量电容）上的电能，以节省电能，同时须增加滤波器去除变频器产生的高次谐波。此方案对电网没有任何污染，但电能回收效率没有逆变器高。惯性负载中利用“超级电容”储能，早先使用在高铁中，目前已经在油电混合汽车上广泛应用，将前半周期产生的能量暂时储存，后半周期使用。　　2现场应用及效果评价　　168套变频储能柜于2016年1月在永宁采油厂实施完毕后，正常运行

7、3个多月后，于2016年3月利用荆州市微远网络科技有限公司生产的XTZH-IIIP型抽油机系统效率综合测试仪，对已经实施的168口井的电机进行能耗测试，测得工频和变频（40Hz）状态下电机功率曲线、电机电流曲线和电机两端电压曲线，及电机平均有功功率、平均正有功功率、平均负有功功率、功率因数。　　为了更好地分析电机能耗，将视在功率、有功功率、无功功率及功率因数之间的关系阐述如下：　　S2=P2+Q2；P=S・c