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英威騰Goodrive300-29變頻器在游梁式抽油機上的應用
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中國是世界上產值能耗最高的國家之一,在眾多技術改進中,變頻調速技術的改進,也能為產品節能減耗和質量提升,貢獻力量。

而油田作為一個特殊行業,有其獨特的背景。以抽油機為例,目前,抽油機是應用最普遍的石油開采機械之一,也是油田耗電大戶,其用電量約占油田總用電量的40%左右。

油田抽油機負載是獨具特點的時變負載:有動、靜負載特性之分。起動初始狀態要求拖動電機的起動力矩是抽油機實際負載的3-4倍,甚至更大,起動力矩是抽油機選配電機的第一要素。當起動力矩適用則負載功率必然匹配不佳,運行負載功率都遠小于電機的額定功率,即所謂“大馬拉小車”現象。過剩的抽油能力令抽油機的無功抽取時間增加,造成油井開采的電費成本居高不下,能源浪費十分嚴重。

由此可見,抽油機的節能潛力非??捎^,抽油機變頻改造可大幅度減少油田總用電量。抽油機的變頻節能改造,也成為當前“碳中和”大背景下,油田設備設施優化升級、節能改造的主要舉措之一。

英威騰GD300-29能量回饋變頻器方案

目前,使用較多的游梁式抽油機,都采用了加平衡配重的工作方式,其整機結構特點像一架天平:一端是抽油載荷,另一端是平衡配重載荷。對于支架來說,如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致,那么用很小的動力就可以使抽油機連續不間斷地工作。抽油機的一個工作循環中,有兩個電動運行狀態和兩個發電運行狀態。當抽油機處于發電運行狀態時,傳統方式下,再生能量通過制動電阻以熱能形式消耗掉。

英威騰推出GD300-29能量回饋方案,整流器采用PWM控制方式,具有四象限運行功能。既能滿足位勢負載的調速要求,又可將電機的再生能量轉化為電能送回電網,達到最大限度的節能目的。同時,電流諧波控制在5%以內,減小對電網的諧波污染。

抽油機變頻控制柜系統框圖

抽油機變頻控制柜系統框圖

GD300-29變頻器接線圖

GD300-29變頻器接線圖

方案特點

該方案除具有抽油機變頻改造的傳統優點外,作為變頻器+能量回饋單元方案的升級版,GD300-29能量回饋變頻器方案,還有獨有的優點。

(1)大大提高了功率因數(可由原來的0.25~0.5提高到0.9以上),大大減小了供電電流,從而減輕了電網及變壓器的負擔,降低了線損。

(2)可根據油井的實際供液能力,動態調整抽取速度,一方面達到節能目的,同時還可以增加原油產量。

(3)實現了“軟啟動”,對電動機、變速箱、抽油機都避免了過大的機械沖擊,延長設備的使用壽命,提高生產效率。

(4)GD300-29變頻器整流部分采用IGBT,PWM整流模式,是真正意義的四象限變頻器,再生能量轉化為電能送回電網,回饋效率高,平均節電率30%以上。

(5)整流、逆變一體化設計,集成度更高,大大節約成柜空間。

(6)電流諧波控制在5%以內,減小對電網的諧波污染。還可選配濾波電容板,更能適用于弱電網環境。

總結

近年來,包括大慶油田、華北油田、長慶油田、玉門油田、延長油田等均選擇英威騰GD300-29能量回饋變頻器。目前,在油田抽油機改造項目中GD300-29已累計使用1000臺以上,功率段覆蓋7.5kw-75kw機型,平均節電率30%以上。

現場應用圖

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