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  【摘要】本文主要介紹了臺達有源前端在抽油機上的應用，AFE2000既可以提高工效，增加采油量，又可以節約電能，保護電機及設備。

  【關鍵字】綠色電能；功率因數；有源前端

  1 項目背景

  油田是產能大戶，同時也是耗能大戶，消耗的主要能源是天然氣、煤、電，以及渣油等。針對能耗高的特點，某油田確立“產能不忘節能低碳”的發展理念，全面推行“立體化”節能方式，把節能減排納入企業總體發展戰略，綜合考慮產量、效益和節能的關系，編制并組織實施了《某油田“十一五”節能規劃》和《某油田2009年-2020年節能規劃》，讓節能減排深入人心。
  
                 
                            圖1 抽油機

  抽油機為該油田主要的采油設備，數量多、耗電高，存在功率因數低、諧波含量高、能耗大的典型電能質量問題。通過對抽油機電控技術研究分析，提升抽油機功率因數、降低諧波含量、高效回饋發電狀態時的電能，是實現抽油機提升電力品質、節能降耗的有力手段。電控節能主要從調壓節能、變頻節能、自適應節能、合理間抽等領域發展。

  2 項目方案

  臺達為該油田抽油機配置37kW的AFE2000有源前端，此油井采用6kV/0.4kV的50KVA變壓器供電，抽油機采用ZYCYT-280M-8/12高起動力矩多速電動機，電機功率為30/20kW，采油過程工作在30kW轉速模式。臺達AFE2000有源前端針對四象限運行負載，具備提升負載功率因數、降低諧波干擾、回饋電能的獨特優勢。

  3 項目配置

  項目配置如圖2所示。
 
              
                      圖2 臺達AFE2000（37KW）+標配進線電抗器

  4 項目效果

  調整上下行程速度， 提高產液量。

  采用AFE2000技術， 除了可以改變抽油機的沖程頻次之外， 還可以根據實際需要把轉速控制細化為上行程轉速控制和下行程轉速控制， 使抽油機工作在最佳運行狀態。在下行程時， 適當降低下行程的速度， 可以減小抽油桿的彎曲度， 從而減小偏磨程度， 提原油在泵內的充滿度；在上行程時， 適當提高上行程的速度， 則可減少在提升中的漏失系數， 有效的提高單位時間內原油產量。改造后平均產液量提高了10%左右。

  提高功率因數， 減少無功損耗。

  抽油機的負載是交變的， 工作周期中時大時小。而在選用電動機時， 通常是根據工作周期中的最大載荷（例如啟動轉矩）來選配。電機的額定功率都是恒定的， 以不變的最大功率拖動時刻變化的載荷， 勢必造成大馬拉小車之類的浪費。這一現象會使電動機的電能利用率很低， 功率因數下降很多， 相應多占很多無功功率。抽油機采用AFE2000控制系統后，電動機平均功率因數由工頻運行狀態的（-0.3）0.7提高到（-1）1 ， 減少了無功損耗。從而大大減小了供電電流，減輕了電網和變壓器的負擔，降低了線損。
 
                    
                          圖3 加裝AFE2000前抽油電機的無功功率及功率因數
   
                
                         圖4 加裝AFE2000后抽油電機的無功功率及功率因數

  減小電網沖擊， 實現軟啟動。

  當電機在工頻狀態下啟動時，啟動電流相當于3～7倍額定電流，所以通常在電機帶載啟動時，會對設備和供電電網造成很大的沖擊，導致對電網容量要求過高，且在啟動瞬間產生大電流和震動，對設備極為不利。使用AFE2000控制系統后實現了電機真正意義上的柔性啟動，使啟動電流大大降低，既減少了對電網的沖擊，也避免了對電動機、變速箱、抽油機等大機械的沖擊， 延長了設備使用壽命。
 
               
                         圖5 加裝AFE2000前后抽油電機運行電流

  解決倒發電產生的供電污染，高效回饋綠色電能。

  抽油機下行時電機轉子超過電機同步轉速時（曲柄凈扭矩為負），交流電機變成交流發電機，引起主回路母線電壓的升高，稱為“泵升電壓”，過高的泵升電壓使變壓器不能正常工作。采用AFE2000后可以將原倒送的電能轉化為標準的正弦電源回饋系統，回饋電能節電率在30%-50%左右。

  最大程度降低諧波危害，提升電力品質。

  抽油機改裝AFE2000控制系統后，原變頻控制電源諧波電流含量從53.1%降至3%，典型諧波5、7、11、13、17次消除到幾乎可以忽略程度，綠化抽油機的配電系統，保證了供電質量。
 
              
                          圖6 加裝AFE2000前后抽油電機諧波電流含量

  5 項目總結

  AFE2000控制技術在抽油機上應用，對抽油生產設備來說是一個很大技術進步， 它從根本上改變了抽油機的運動特性和動力特性，使抽油機、抽油桿、抽油泵達到動態協調，有桿抽油系統和油井供液系統達到動態協調。抽油機應用AFE2000，既可以提高工效，增加采油量，又可以節約電能，保護電機及設備，其應用前景是十分廣泛。在能源日益緊張的今天， 相信AFE2000控制系統在抽油機提升電力品質節能降耗方面具有廣闊的應用前景。

  作者簡介：

  施寶君，男，生于1980年4月，畢業于東北林業大學，計算機科學與技術專業。現任中達電通股份有限公司電能質量產品開發處高級應用工程師，從事電能質量產品開發、規劃和營銷，具有多年從事電能質量產品的行業經驗。