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油田抽油機(jī)的變革—IMS系列油田抽油機(jī)伺服調(diào)速節(jié)能控制柜論文
概述
目前，在我國各油田的抽油機(jī)總數(shù)已超過10萬臺(tái)，是各油田的主要耗能設(shè)備。按每臺(tái)電機(jī)容量30KW（實(shí)際上不止于此，在油田使用最多的是37KW和45KW電機(jī)，部分使用55KW和75KW電機(jī)）計(jì)算，裝機(jī)總?cè)萘吭谌偃f千瓦以上。作為油田生產(chǎn)中使用最多的耗能設(shè)備，抽油機(jī)拖動(dòng)電機(jī)的負(fù)載率普遍較低，造成能源浪費(fèi)。
在實(shí)際開采作業(yè)過程中，抽油機(jī)受油井的井深、油質(zhì)、雜質(zhì)、含沙量、含水量等諸多客觀因素的影響，須調(diào)整作業(yè)沖次、沖程，甚至更換電機(jī)、改變電機(jī)的功率；同時(shí)，由于油田所處地理位置、緯度的不同，以及所處地區(qū)的氣候等自然因素，也會(huì)對(duì)開采作業(yè)產(chǎn)生影響，要求抽油機(jī)根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行相應(yīng)的速度調(diào)整。
鑒于以上所述油田抽油機(jī)的技術(shù)要求以及使用的社會(huì)效益，抽油機(jī)對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的基本要求是：
☆ 大范圍的、穩(wěn)定可靠的無級(jí)調(diào)速；
☆ 具有比較顯著的節(jié)電效果。
一、IMS系列油田抽油機(jī)伺服調(diào)速節(jié)能控制柜
IMS系列伺服控制器是時(shí)光科技有限公司研制、開發(fā)的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的交流異步電機(jī)伺服控制器。其控制對(duì)象是普通的三相交流異步電機(jī)，控制精度達(dá)到同步伺服電機(jī)的控制水平。IMS系列伺服控制器調(diào)速范圍廣，定位精度高，低速轉(zhuǎn)矩大，軟件功能完善。
針對(duì)油田工作的實(shí)際需求，時(shí)光公司研制了IMS系列油田抽油機(jī)伺服調(diào)速節(jié)能控制柜。此伺服控制柜結(jié)合抽油機(jī)的運(yùn)行工況和油井的實(shí)際情況，及時(shí)地、自動(dòng)地調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行速度、加速度、扭矩等參數(shù)，使原有拖動(dòng)電機(jī)在高效、節(jié)能狀態(tài)進(jìn)行工作。
通過在中原、勝利、遼河油田的實(shí)際應(yīng)用，證明了IMS系列油田抽油機(jī)伺服調(diào)速節(jié)能控制柜可以簡便而安全的進(jìn)行調(diào)速操作，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，并取得了明顯的節(jié)能效果。
（一）IMS伺服控制柜的構(gòu)成
IMS系列油田抽油機(jī)伺服調(diào)速節(jié)能控制柜構(gòu)成情況如下圖所示：
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圖 IMS系列油田抽油機(jī)伺服調(diào)速節(jié)能控制柜構(gòu)成圖
（二）IMS伺服控制柜的特點(diǎn)
IMS系列油田抽油機(jī)伺服調(diào)速節(jié)能控制柜具有如下特點(diǎn)：
1、交-直-交的主電路
IMS伺服控制柜先將輸入的三相50Hz交流電變?yōu)橹绷�，再逆變�(yōu)轭l率、電壓有效值可調(diào)的三相交流電供給拖動(dòng)電機(jī)。
2、大范圍的速度控制
IMS系列伺服控制柜采用伺服控制，可準(zhǔn)確、大范圍地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，速度控制范圍為0-1500r.p.m，速度控制精度為0.3r.p.m。
3、三倍額定轉(zhuǎn)矩的過載能力
IMS系列伺服控制柜在零至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有恒轉(zhuǎn)矩輸出特性，并具有3倍額定轉(zhuǎn)矩的過載能力。因此，在很低的轉(zhuǎn)速下，電機(jī)也可輸出額定轉(zhuǎn)矩并具有300%的過載能力。
4、低速大轉(zhuǎn)矩的控制特性
IMS系列伺服控制柜在抽油機(jī)電機(jī)啟動(dòng)的過程中，可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。從而在轉(zhuǎn)速從0上升到設(shè)定值過程中，使電流平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)了真正的“軟啟動(dòng)”。
5、下慢上快的速度控制
IMS系列伺服控制柜通過速度與轉(zhuǎn)矩的可解耦以及獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)抽油沖程下慢上快的速度控制。
6、具有內(nèi)部軟PLC功能，可對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測(cè)和控制。
（三）IMS伺服控制柜的優(yōu)勢(shì)
根據(jù)IMS系列伺服控制柜的設(shè)計(jì)原理、控制特點(diǎn)以及應(yīng)用實(shí)例的分析， 油田抽油機(jī)配備IMS系列伺服調(diào)速節(jié)能控制柜，具有如下優(yōu)勢(shì)：
1、調(diào)速操作簡便
由于IMS系列伺服調(diào)速節(jié)能控制柜具有大范圍、連續(xù)調(diào)速的特點(diǎn)，只需調(diào)
整一個(gè)旋鈕即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的調(diào)速功能，滿足抽油機(jī)調(diào)整沖次的要求。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)操作人員而言，操作極為簡便。
2、降低作業(yè)強(qiáng)度
使用IMS系列節(jié)能伺服控制柜調(diào)速操作簡便，無需在作業(yè)過程中更改抽油機(jī)及配套設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)工人的作業(yè)強(qiáng)度。
3、提高生產(chǎn)效率
使用IMS系列節(jié)能伺服控制柜，在作業(yè)過程中無需停機(jī)進(jìn)行調(diào)整；控制柜具有的抽油沖程下慢上快的速度控制，提高了抽油機(jī)的出油量。這些因素，均提高了抽油機(jī)的生產(chǎn)效率。
4、節(jié)能效果顯著
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算，IMS系列節(jié)能伺服控制柜具有顯著的節(jié)能效
果。相對(duì)而言，對(duì)于高產(chǎn)油井即抽油機(jī)負(fù)載越大、沖次頻率越低，節(jié)電效果越明顯：當(dāng)抽油機(jī)沖次頻率低于2.5次/分，節(jié)電率高達(dá)75%以上。針對(duì)負(fù)荷較輕的油井，可根據(jù)IMS系列節(jié)能伺服控制柜具有的軟啟動(dòng)功能，采用以較小功率的電機(jī)取代原有電機(jī)的解決方案，同樣可以取得較為顯著的節(jié)能效果。
二、結(jié)論
IMS系列油田伺服調(diào)速節(jié)能控制柜正是順應(yīng)油田抽油機(jī)對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的基本要求而研制生產(chǎn)的，彌補(bǔ)了目前普遍采用的抽油機(jī)調(diào)速方案存在的缺陷,實(shí)現(xiàn)了：
大范圍的連續(xù)調(diào)速，且在零至額定轉(zhuǎn)速之間保持恒力矩以及短時(shí)三倍的額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載能力；
良好的節(jié)電效果，尤其對(duì)于有調(diào)速要求的富產(chǎn)油井節(jié)電效果更佳。
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