ATV340在新疆克拉瑪依油田抽油機上的應用

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ATV340在新疆克拉瑪依油田抽油機上的應用游梁式抽油機，俗稱磕頭機，在油田上有着廣泛的應用。變頻器應用於游梁式抽油機，是一種油田節能改造的嘗試。本文將施耐德電氣ATV340系列變頻器在新疆克拉瑪依石西油田作業區游梁式抽油機上的應用做簡單介紹。

目錄

案例背景介紹

游梁式抽油機，俗稱磕頭機，在油田上有着廣泛的應用。變頻器應用於游梁式抽油機，是一種油田節能改造的嘗試。本文將施耐德電氣ATV340系列變頻器在新疆克拉瑪依石西油田作業區游梁式抽油機上的應用做簡單介紹。

1　前言

游梁式抽油機，俗稱磕頭機，在油田上有着廣泛的應用。變頻器應用於游梁式抽油機，是一種油田節能改造的嘗試。本文將施耐德電氣ATV340系列變頻器在新疆克拉瑪依石西油田作業區游梁式抽油機上的應用做簡單介紹。

2　抽油機運行原理

抽油機是一個往復式運行的負載，電機轉向不變，但是隨着電機的旋轉，抽油機「驢頭」處的懸繩器呈現往復運動，實現採油動作。

在這個過程中，電機的轉速並不能實現勻速。在驢頭往復運動的後期，由於懸繩器的運動方向和曲柄運動方向在空間矢量上有偏差，因此這個時候電機會被加速，存在發電狀態。如圖2、圖3、圖4所示。

當曲柄做旋轉運動時，曲柄在垂直方向上的速度分量就應該和懸繩器在垂直運動方向上的速度分量（按比例）一致。由此得知，隨着曲柄的運動越來越偏離垂直方向，曲柄在運動方向上的速度會有一個被慣性加速的過程，這是游梁式抽油機發電狀態出現的原因。

理想狀態下，抽油機的配重和負載一致時，考慮到阻力，發電狀態會比較微弱。但是抽油機在運行時，會受到各種因素的影響，例如油層的溫度、壓力發生變化，結蠟現象，配重不合理等，使抽油機在一個不穩定的狀態下運轉。按照油田的操作規程，一般每個月都會對油井進行一次熱洗，然後重新調整配重。

本次調試的MB5032井，出現了配重嚴重過輕的現象，變頻器在驢頭下降階段長期處於發電狀態。如果配重過重，則容易在上升後期出現發電狀態。

案例實施與應用情況

3　變頻器現場應用情況

克拉瑪依油田第一批採購了約200套施耐德電氣ATV340系列變頻器用於抽油機改造，功率範圍從11~45kW不等。本文以這次測試的MB5032井為例。變頻器參數如下：

電機額定功率：37kW；

電機額定電壓：380V；

變頻器型號：ATV340D37N4E；

變頻器重載37kW，內置制動單元，制動電阻為適合中等制動循環的3.4kW。

3.1　ENA功能

對於抽油機應用，有一個理想功能是ENA。在變頻器相關手冊中，對於ENA功能的描述是「為帶有不平衡載荷的旋轉機械設計的控制曲線」，其目的是「允許不帶制動電阻器運行」，並「減小連杆上的機械應力」。用一句話概括，即變頻器檢測到負載處於發電狀態時，它給電機定子一個加速旋轉的磁場，從而迫使電機回到電動機狀態，避開發電機狀態。

ATV340變頻器可以非常方便地實現ENA功能，只需調整以下參數：

（1）最大頻率（tFr）

位於「簡單啟動」菜單。該參數出廠設置為60Hz，一般情況我們會將其設置為高速頻率，但是這裡必須將其設置更高值，否則在ENA功能加速電機時，變頻器會報「電機過速」。在本次測試中，電機最大速度達到94Hz，所以我們設置其為100~120Hz。

（2）減速自適應（brA）

位於「完整設置」菜單里，「通用功能」的「斜坡」子菜單。該參數出廠設置為「是」，這裡需要設置為「否」。

（3）發電轉矩限幅（tLiG）

位於「完整設置」菜單里，「通用功能」的「轉矩限幅」子菜單。需要設置以下參數：

· 轉矩限幅激活（tLA），設置為「是」；

· 發電轉矩限幅（tLiG），設置為「0」。

3.2 「液擊」現象

ENA功能雖然能夠理想地躲開發電狀態，但用在抽油機的變頻器改造時，必須注意「液擊」現象。

當抽油機採油的活塞在做往復運動時，假如地下的油位正好處於上止點和下止點之間，那麼下行時，活塞就會和油層發生撞擊。最壞的情況下，撞擊產生的衝力會將油杆撞彎，造成事故。對於配重過輕的油井，ENA功能加速下降時，會加重這種現象。所以需要特別注意，確認油位完全淹沒上止點、加大配重都可以有效地避開這種現象。