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   【摘要】游梁式抽油機以其結構合理、噪音小、使用方便、維修方便等特點，是油田應用最廣泛的機械采油設備。本文以臺達C2000變頻器為控制中心，詳細介紹了變頻器在游梁式抽油機上運行和停止過程中的應用方法，同時結合電氣控制原理，使得控制系統運行更加可靠穩定。

  【關鍵字】游梁式抽油機；C2000變頻器；三相異步電機；工變頻自動切換

   目前國內最常用的抽油機種類有游梁式抽油機、塔架式抽油機和螺桿泵式抽油機三種，其中游梁式抽油機作為一種簡單、高效、操作方便的抽油設備，在各種含砂、含氣、含水原油的開采中得到了廣泛的應用。

   某油田約有7萬口采油井，其中游梁式抽油機數量高達近6萬口，新建的采油廠作為油田的試驗型井田配備了臺達C2000高階磁束向量通用型變頻器，采用工變頻自動切換的方式，使整個控制系統簡單緊湊，運行可靠，達到了很好的節能效果。

  1 游梁式抽油機的組成與工作原理

   游梁式抽油機俗稱“磕頭機”，通過加壓的辦法使石油出井，其作為一種廣泛的采油方式，在富油井、貧油井、稀油井、稠油井上都體現出了卓越的性能。

  1.1 系統組成

  游梁式抽油機主要由游梁—連桿—曲柄機構、減速箱、動力設備和輔助裝備等四大部分組成。 

   工作時，電動機的傳動經變速箱、曲柄連桿機構變成驢頭的上下運動，驢頭經光桿、抽油桿帶動井下深井泵的柱塞作上下運動，從而不斷地把井中的原油抽出井筒，再通過地面管線輸送至計量站。

  1.2 工作原理

  當抽油機上沖程時，油管彈性收縮向上運動，帶動機械解堵采油器向上運動，撞擊滑套產生振動；同時，正向單流閥關閉，變徑活塞總成封堵油，當抽油機下沖程時，油管彈性伸長向下運動，帶動機械解堵采油器向下運動，撞擊滑套產生振動；同時，反向單流閥部分關閉，變徑活塞總成仍然封堵油套環形油道，使反向單流閥下方區域形成高壓區，這一運動又對地層內的油流通道產生一種反向的沖擊力。 
  
                   
                                圖1 抽油機工作原理示意圖

  2 游梁式抽油機的節電技術

  抽油機的節電技術通常采用變頻調速控制，這樣可以改變抽油機長期處于低效做功的狀態，使其工作方式與油井實際負荷相匹配，保證每次都抽油，減少低效甚至無效抽取，從而降低電費開支，減少維護成本，提高運行效率。
變頻器具有軟起動功能，起動時電流較小，對電網沖擊小，起動時能耗大為降低，同時減少了對電動機、變速箱、抽油機等大機械的沖擊，延長了相關設備的使用壽命。

  引進變頻器控制可實現對設備上、下行程運行頻率可調，以改變抽油機上、下行程的運行速度，達到了滿足泵效的情況下耗用最少的電能。

  由于抽油機下行時負載性質為位勢負載，變頻器加裝制動電阻后恰能適應其工況。
  
                 
                                 圖2抽油機

  3 系統設計

  臺達C2000變頻器通過VF模式控制三相異步電動機，當變頻器出現故障停機時，變頻器結合控制柜電氣結構會自動將控制狀態從變頻切為工頻，保證抽油機不停機。同時，在抽油機下行沖程時，變頻器結合外部制動電阻，將回生能量合理釋放。

  C2000變頻器與國產某品牌數據采集遠傳器相連接，將電機的運行工況、電流、轉矩等數據遠傳到中控室內。

  3.1 C2000變頻器特點

  臺達C2000高階磁束向量通用型變頻器集驅動（IM/PM）、控制（PLC）、顯示（文本）、以及多種協議現場總線技術于一體，內建CANOpen可做主站，具有高性能、易維護、多語言操作等特點：

異步及同步電機控制一體化，具有多種控制模式，對電機可實現開閉環控制；
啟動轉矩在0.5Hz時可達150%以上，并支持重載模式；
過載能力最大200%轉矩電流；
內置PLC功能，程序容量10K步；
強大的面板編輯功能，相當于文本使用，并且面板參數設定有文字提示，使用簡便；
模塊化設計，控制端子及風扇可拆卸，并支持穿墻式安裝；
豐富的網絡擴展功能，內建CANOpen，可擴展Profibus、DeviceNet、MODBUS TCP、EtherNet-IP現場總線及以太網絡卡；
-50℃至+50℃超寬環境溫度，全球安規兼容于CE/UL/CUL。

  3.2 C2000的基本參數設置

  變頻器的參數設置主要分為兩部分，一為基本參數，二為通訊參數。

      表1 變頻器主要參數設置
   
               
  3.3電氣控制原理

   游梁式抽油機在變頻柜門板上進行操作，變頻控制柜門板上有啟動、停止、故障復位、工變頻轉換按鈕，并有運轉指示燈、工變頻指示燈和電位計調整電機轉速旋鈕，可以在現場或遠程對變頻柜進行實時操作。

   當變頻器在運轉中出現故障時，變頻器會利用繼電器輸出功能自動將變頻狀態切為工頻狀態，保證了抽油機不停機，同時，C2000變頻器通過RS485與北京安控CPU相連接，可以遠程上傳數據和遠程修改相關參數。
  
                     
                                  圖3 抽油機控制柜
  
                
                         圖4 控制柜正面與背面（安控模塊）

  4 系統節能

  采油井在開采過程中，油況可能隨時發生變化，C2000變頻器可以實時將負載情況送到北京安控CPU內進行分析計算，從而得到合理的轉速控制。同時，還可以根據采油廠的采油量指標，由采油工人自行或定時改變輸出頻率，滿足了手動與自動控制的二合一功能，不僅節約了電能，還節省了人力物力，深受用戶好評。

  5 結束語

  臺達C2000變頻器（18.5～30KW）自2012年10月份在華北某油田多個游梁式抽油機井口投運，運行效果穩定，節能明顯，并且操作簡便易懂，在客戶處取得了良好反響。

  作者簡介：

  趙成亮，男，出生于1984年7月，畢業于佳木斯大學，自動化專業。現任中達電通東北大區業務支援處高級應用工程師，從事中達機電產品在黑龍江區域的技術支持和推廣工作，有著豐富的業界經驗。