游梁式抽油机电动机断续供电节能技术断电时刻准确判定方法

＂断续供电＂技术应用于油田机采系统,能够获得明显节能效果,如果断电时判定不合理,不仅影响节能效果还会使得转速超限,损坏机械结构并导致停机。因此,如何准确判定断电时刻便成为面临的首要问题。该文提出一种基于断电后系统转速预判的断电时刻准确判定方法,该方法通过分析抽油机平衡配重与曲柄位置、悬点及泵载荷与其位移之间的关系,揭示在电机在通、断电两种状态下负载转矩随曲柄旋转角度的变化规律,建立由曲柄角度表示的通、断电过程中的负载转矩表达方程;进而通过输入端可测电气量预先计算出断电后随曲柄旋转角度变化的负载转矩和转速曲线,实现了最佳断电时刻准确判定。基于该方法研制的控制器应用于油田,节电率可达15%以上。

抽油机电动机断续供电节能技术断电时刻判定方法

游梁式抽油机电动机在一个运行周期内会存在重载、轻载、电动及发电工况交替出现的现象,针对此类型负荷,采用"断续供电"控制技术能够获得明显的节能效果,但受传动环节振动、井下液面等影响,电机负荷始终处于无规则波动状态,导致难以准确判定断电时刻。为了解决这一问题,提出一种基于模糊控制的断电时刻判定方法及相应控制策略。对负荷曲线变化特点、电动及发电工况持续时间等参数进行辨识;根据辨识结果选择最优"断续供电"控制方案,设计了以断电后转速变化值为输入变量、功率累加值为输出变量的模糊控制器,实现断电时刻准确判定。该控制器还可以实现动态负荷自动跟踪。基于所提策略研制了节能控制器并投入油田现场应用,获得了良好的节能效果。

抽油机井系统数学仿真技术

以抽油机井系统为对象建立了数学仿真模型 ,模型中除了抽油杆柱和液柱的力学模型和运动模型外 ,还包括了电机特性模型、抽油机力学模型和运动模型。将这些数学模型联立求解 ,可更真实地描述抽油机井系统的运动规律 ,从而提供了一种研究不同特性电机驱动下抽油机井的运动和受力的方法。从仿真示例看 ,高、低转差率电机驱动的抽油机井在运动和受力方面均有较大的差异 ,因此 ,在实际应用及设计中应考虑电机的运动特性。

游梁式抽油机与直线电机抽油机

游梁式抽油机利用电能转换为旋转运动 ,减速后再经四连杆机构转换为直线往复运动 ,其传动系统能量损失高达 2 8% ,加上旋转特性造成启动扭矩大 ,系统效率一般不超过 30 %。直线电机抽油机将电能直接转换为直线往复运动 ,简化了机械传动过程 ,有效地提高了效率 ,经测试节能可达 5 4 % ,而且加大冲程时整机外形尺寸和重量都增加得很少 ,特别是抽汲参数可无级调整 ,为实现自动控制及满足采油工艺要求提供了条件 。

游梁式抽油机电动机综合节能的理论及途径

在考虑感应电动机等效电路参数非线性的基础上 ,研究了游梁式抽油机电动机有功及无功综合节能的机理和途径。首先根据感应电动机的相量图 ,求出了在不同工况下感应电势与端电压之间的关系。进而通过磁路分析 ,研究了等效电路参数与感应电势之间的非线性关系 ,以及铁耗、定转子铜耗与转差率的非线性关系。最后提出游梁式抽油机电动机可采用调压节能、电容器动态补偿节能、星形 三角形变换调压节能等方法实现综合节能 ,并以可控硅自动投切电容器为实例 。

游梁式抽油机与驱动电机的耦合模型

为了解决游梁式抽油机与驱动电机的合理匹配问题,分析了游梁式抽油机的运动、动力特性和驱动电机的工作特性,建立了完整的游梁式抽油机与驱动电机的耦合模型,提出了采用循环迭代的方法求解抽油机与驱动电机之间的高度耦合问题。利用仿真软件得到抽油机与驱动电机匹配的动态变化规律,通过实测数据和仿真结果的对比分析,验证了抽油机与驱动电机的耦合模型及其求解方法的准确性和实用性。抽油机与驱动电机的耦合模型为抽油机与驱动电机合理匹配原则的提出奠定了理论基础。

游梁式抽油机无功功率动态补偿方案探讨

针对抽油机用电动机无法满负荷运行和功率因数偏低问题 ,提出了一种用于提高功率因数的抽油机无功功率动态补偿装置。这种装置以AT89C5 5WD单片机为核心 ,自动完成异步电动机运行参数的测定、运算及功率因数自动补偿控制。在电抗器的励磁回路中加入直流励磁电流 ,通过改变励磁电流来调节电感电流 ,改变补偿容量 ,最终达到无级平滑动态补偿的效果 ,与传统的TCR补偿方案相比 ,新提出的补偿方案在现场具有较强的实用性。

抽油机电动机起动及运行特性时步有限元分析

抽油机电动机的负载始终处于动态变化中,其起动及运行性能的影响因素繁多,经典方法很难得到满意结果。该文从麦克斯韦方程基本物理定律出发,对电动机定转子各电磁量正方向进行了统一规定,建立用于起动及正常运行特性分析的时步有限元模型。以油田常用的37 kW、8极感应电动机驱动的10型抽油机为实例,对比分析了抽油机动液面、平衡状况、电源电压等主要结构及运行参数对起动能力及运行性能的影响。实例计算表明:在抽油机动液面较小的情况下,通过对平衡量及电源电压的协调控制,系统节电率可达到15%。通过与实测数据对比验证了有限元分析结果的正确性。文中研究成果为油田电机系统节能潜力分析及节能新技术开发提供了新的技术基础。

游梁式抽油机用节能电动机及其控制方法

游梁式抽油机系统效率不高与电动机的选取和电动机运行效率低有较大关系。分析了抽油机用电动机运行效率低和功率因数低的原因，提出了新的电动机设计和控制方法，即将电动机定于绕组设计为两个功率按一定比例分配又可以并联工作的双绕组；根据电动机的电流判断负载情况，使电动机具有与不同负载相匹配的三种功率，从而使电动机能在不同负载的情况下以较高负载率运行，提高了电动机效率和功率团数，达到节能的目的。

谈谈提高抽油机系统效率的几点体会

针对抽油机的特殊工况,分析了近几年国内在抽油机上应用的各类节能产品的特点,指出了影响抽油机系统效率的最主要因素;根据主要因素优选了新的节能技术(新研制的抽油机专用永磁电动机、抽油机专用自动调压变压器、超低速电机)在4 97口井上进行了试验,试验结果说明:只有对影响抽油机系统效率的主要因素进行整体改造,而不是单一节能技术的应用,才是提高系统效率的最有效途径。

游梁式抽油机和电动机配套选择模板研究

根据电动机运行机械特性与抽油机负载特性相互配合的理论,通过对影响电动机功率选择的各项因素进行分析,建立了游梁式抽油机电动机配套选择模板,通过对模板的现场试验,有效提高了电动机运行载荷率和功率因数,降低了电动机的损耗,为油田应用和配套选择电动机提供了科学依据。

抽油机用节能电动机节电效果测试和评价

目前对油田抽油机节能电动机的节电效果国内还没有统一的测试方法 ,也没有评价标准。为了准确测试节能电动机的节电效果 ,根据抽油机的实际运行情况和有关国家标准 ,提出了硬特性节能电动机节电效果的测试和评价方法。用此测试方法 ,在试验室内测试了油田常用的 9个电动机厂家的节能电动机 ,并对测试结果进行了分析与评价 ,给出了不同种类的节能电动机的节电率。测试结果与分析表明 ,这种硬特性节能电动机节电效果的测试和评价方法符合实际情况 ,可以用于评价抽油机节能电动机的节电效果。

抽油机节能电机的应用分析

常规游梁抽油机设计使用传统异步电机驱动,电机的平均负载率很低,"大马拉小车"现象相当严重,电能浪费巨大。近年来,河南油田在常规游梁抽油机上研究应用了永磁同步电机、超高转差率电机、变频调速电机、多级电机等节能型电机。对上述节能电机的节能原理及应用情况进行分析后认为,上述节能电机均能通过不同途径达到节约抽油机电能消耗的目的。并对上述节能电机的现场适应性及市场应用前景进行了综合评价。

南辛排灌站泵房结构有限元计算分析

南辛排灌站工程投入运行不久,发现水泵梁、电机梁和中立柱等结构多处出现裂缝。采用大型有限元分析软件MSC.MARC来计算分析水泵梁、电机梁和中立柱的性态,以分析裂缝成因。由于计算所得的最大拉应力处正是裂缝所在的位置,故表明,使用有限元软件进行泵站结构分析计算简便,易于工程应用,具有较好的计算精度,能满足工程计算要求。

游梁抽油机电动机工作参数的研究

讨论了游梁抽油机的变动载荷对电动机的电流、输入功率、效率和功率因数的影响，给出了计算公式。认为电流及无功功率对时间求平均值没有意义，只能用热电流求视在功率。建议摒弃以热电流与所谓平均电流之比作为周期载荷系数的定义，改用均方根功率与平均功率之比。指出了功率需求与能耗之间的区别，认为不能将功率需求的减少量看成所节约的能耗。最后讨论了合理负载系数问题，认为“大马拉小车”并不是电动机效率低的主要原因。

惯性载荷对游梁式抽油机动力特性影响

高转差率电动机和变速控制技术是游梁式抽油机"降载节能"的重要措施之一。抽油机变速运行时,惯性载荷所占总载荷的比例增大。对游梁式抽油机关键节点电机和曲柄处的转动惯量进行了分析,结果表明:转动惯量的变化对电动机轴转矩影响幅度最大,对悬点载荷影响最小。

基于超级电容的抽油机制动能量回收系统研究

针对游梁式抽油机系统的“倒发电”现象,传统的能耗制动和回馈制动造成电能浪费和谐波污染等问题,制动能量得不到合理利用.采用超级电容储能的制动能量回收系统,能够在抽油机电机处于再生发电状态时回收能量,并在电机处于电动状态时将能量释放,实现系统的节能降耗.然而,该方案存在储能装置容量配置较大、成本较高等不足,限制了其推广和应用.文章提出基于功率-容量约束的超级电容器模组参数配置方法,该方法以提高超级电容储能系统的性价比为目标,对储能系统的初始充电电压进行优化;以抽油机再生制动能量的有效回收和及时释放为前提,制定储能系统控制策略.仿真结果验证了所提参数配置方法及控制策略的有效性和可行性,满足节能效果和系统成本双优的目的.

ZXCY系列直线电动机抽油机工业性试验

为攻克直线电机大推力难题,研制出ZXCY系列直线电机抽油机,其显著特点是,通过变频和控制后,能够直接将电能转变为直线往复运动,简化了能量传递过程,与游梁式抽油机相比,其能量传递效率提高约23%。直线电机抽油机能够实现抽汲参数的无级调整,可以最大限度地满足油井生产对抽油机的各种运行控制要求。在华北油田、江汉油田、塔里木油田及大港油田共进行了6口井的现场试验,开采效果表明,采用ZXCY系列直线电机抽油机后,油井平均日产液量、单井系统效率、输入功率、综合节电率等均比换抽前有显著改善。ZXCY系列直线电机抽油机技术先进、节能高效、性能可靠,既可以满足大泵深抽、大排量提液的需要,也可以满足稠油、高气油比油井及供液不足油井开采的要求。

周期性势能负载下电机变频-调压综合节能控制策略

在分析抽油机系统效率构成以及调压节能与变频调速节能控制机理的基础上,提出一种调压与变频调速相结合的综合节能控制策略,并建立了适用于复杂工况的电机暂态能耗分析模型。该控制策略的突出优势在于保证抽油机系统井下运行效率的前提下,能够实现抽油机电机运行效率最优,提高抽油机系统整体效率。以一台37 kW异步电机为例,利用电机暂态模型进行仿真验证。仿真结果证明该控制策略可有效提高抽油机系统的整体运行效率。

一种基于单片机的抽油机SVPWM控制系统研究

油田使用的采油设备主要是游梁式抽油机,其电机均使用三相异步感应电机。为了提高抽油机的运行效率,节约能源,介绍了一种采用新型电压空间矢量PWM控制技术来控制抽油机电机的方法。该方法对电动机电压空间矢量实施控制,直接从维持磁链轨迹为圆的角度出发,通过调控逆变器的开关状态,选择出合适的电压空间矢量,从而得到尽可能逼近圆形的磁链轨迹。与传统的PWM方法相比,可以减小电机低频的转矩脉动和谐波电流损耗。经过检验,证明采用该电压空间矢量PWM控制技术控制抽油机电机可提高其电源电压的利用率,从而实现较好的节能效果。