新型抽油机节能拖动系统研究报告Word文档格式.docx
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这虽然解决了抽油机的起动问题,但电机正常运行时为轻载状态,其效率和功率因数变低,配用变压器的容量也不得不相应的提高,变压器及电机的较低负载率导致功率因数较低,因此网损增加,电网容量不能充分利用,供电质量受到影响。
为此我公司开发出新型抽油机供电节能系统。
它克服了旧抽油机拖动系统的弊端,从根本上解决了“大马拉小车”问题,并已得到用户好评和认可。
这两种新型的抽油机节能(变频)拖动系统分别是:
(1)新型游梁式抽油机节能拖动系统
(2)SINV-OP系列抽油机专用变频拖动系统
3.1新型游梁式抽油机节能拖动系统
3.1.1系统组成设备及其优点
新型游梁式抽油机供电节能系统,是我公司根据永磁电机在采油生产中存在的优、缺点以及普遍反映的退磁现象,结合油田生产电网的供电实际,从解决电机启动时存在的电压下降、电流增大的问题入手,最新研制开发的一套新型抽油机拖动系统。
该系统由特种变压器(THAS型自动调压变压器)、多功能控制箱(CDK)、稀土永磁同步电动机(TYC型)和皮带轮组合集成。
系统主要组成设备具有以下优点:
(1)THAS型抽油机用双电压自动调压变压器
能保证永磁电动机在额定电压启动的情况下有效降低变压器的容量配置;
变压器一次侧分接开关具备9位8挡调节,通过调整高压分节开关,使其低压输出端线压与电机反电势E0接近(差10V以内),可获取0.95以上功率因数值,并可保证变电所的出口端和线路末端的抽油机电动机都基本能在电机反电势点工作,提高了线路供电质量。
双电压自动调压变压器既可按S9标准生产,也可按S11标准生产。
(2)CDK抽油机电控箱
专为永磁同步电动机设计,在具有常规电动机保护功能的前提下,进行了特别设计,能耐受永磁电动机启动时的大电流冲击。
(3)永磁同步电动机
该电机效率高,启动转矩大,功率因数高,运行电流小。
如果使用得当,可使其呈容性负载状态运行,变压器的感性和电动机的容性可以互相补偿,使高压侧线路的功率因数接近“1”,这一特性可最大限度的减少线路损耗,减少线路压降,提高供电质量。
3.1.2工作原理
为了克服以往拖动系统启动电压迭落压降过大的弊端,我们设计出抽油机双电压输出变压器,它由双电压变压器和电压切换装置两个部分组成,其中双电压变压器有两个输出电压:
起动电压和运行电压。
电机起动时,电压切换装置检测到电流过大时,控制系统自动投入起动电压;
当电机正常运行时,又投入运行电压。
这样起动时电压得到补偿,保证在额定电压下起动,增加了电机起动转矩,使电机带载起动变得容易、变压器容量降低、电机的装机功率也大大减少,再加上控制系统配合,最终使整个系统达到最佳的运行节电效果。
3.1.3技术特点
运用游梁式抽油机的新型节能拖动系统,实现了系统内部各设备的有机结合、系统与抽油机运行工况的协调统一及优化配置。
其主要技术特点:
(1)电动机容量配置更加合理,电机额定功率可降低二个功率等级,负载率从15%提高到35%以上;
(2)单井变压器容量减小,电动机和变压器配置容量比可达到1∶1;
无功分量低、功率因数提高,增加了线路承载能力和上级变电所的供电能力;
(3)线路电流减小,功率因数提高到0.9以上,且为容性,减少线路损耗3—5%;
(4)拖动系统启动力矩大,采用新型的30kVA变压器与30kW的6极永磁电机匹配,启动力矩可达770kN;
(5)井口测试节电效果显著,有功节电率达到24.7%,无功节电率到达70%以上;
(6)系统效率可提高5—10%。
3.1.4设备型号及技术参数
(1)变压器
THAS型抽油机用双电压自动调压变压器是容量为30kVA的中小型三相油浸电力变压器。
其型号说明如下:
主要产品技术参数:
S9系列油浸式电力变压器是最新一代系列低损耗产品,其高、低压绕组为圆筒式或新型螺旋式,采用网点上胶纸层间绝缘,合理的分接线匝布置,增加了线圈的机械强度,提高了产品的抗短路能力。
产品图片见图
(1),技术参数见表1。
图1S9系列油浸式电力变压器
表1S9-M变压器技术参数
容量(kVA)
型号
高压
(kV)
低压(V)
联结
组别号
空载损耗(W)
负载损耗(W)
空载电流
(%)
短路阻抗
30
S9M
(星角变换)
10/6
1140
660
400
Y/YnO
130
600
2.1
4
50
170
870
2
80
250
1250
1.8
100
290
1500
1.6
160
2200
1.4
200
480
2600
1.3
560
3050
1.2
315
670
3650
1.1
800
4300
1
500
960
5100
630
1200
6200
0.9
1400
7500
0.8
4.5
1000
1700
10300
0.7
1950
12000
0.6
1600
2400
14500
S11系列卷铁心(叠铁芯)变压器是一种超出通常概念的理想变压器,其最大特点是:
高性能、低损耗、低噪声、抗短路能力强、全密封和免维护;
技术特点:
器身采用了拉板、压圈结构,六向定位系统,在上、下铁轭中,增加了几道支撑,使得整个器身形成一个整体,增加了变压器的机械强度,提高了变压器抗短路机械力的能力,最适合经常满负荷工作的需要,经济费效比更加明显。
产品技术参数见表2。
表2S11-M变压器技术参数
高压
低压(V)
空载电流(%)
S11-M
2.8
2.5
63
150
1040
2.4
180
2.2
125
240
1800
280
1.9
340
570
1.5
680
810
980
1.0
1150
1360
1460
(2)电控箱
专为永磁同步电动机设计的CDK抽油机电控箱,在具有常规电动机保护功能的前提下,进行了特别设计,能耐受永磁电动机启动时的大电流冲击。
CDK抽油机电控箱控制面板图解,见图
(2):
1、断路指示灯2、过电压指示灯3、过流指示灯4、功能显示5、数据显示6、自动运行指示灯7、堵转指示灯8、起动键9、运行指示灯10、停止/故障复位键11、上电自动运行有效12、功能选择键13、数值+14、数值-15、参数记忆键。
注意:
按“自动”键,使自动指示灯亮为自动开机有效。
图2CDK抽油机电控箱控制面板
参数设置:
1、通电前必须把应急开关播到“正常”位置。
应急开关是为油田防止监控仪出现故障时不影响生产附加的备用开关。
2、参数设定按“功能键”,查到所设置的代码后,按“加数”和“减数”键设置需要的参数;
设置完毕后按“记忆键”,所有参数存入微机。
(3)电动机
目前,用于机采系统改造的节能电动机有8种,通过比较测试和各采油厂新技术的应用情况可知,TYC系列抽油机专用永磁同步电动机是近几年不断发展和完善的电动机,节电效果最好。
如果使用得当可使其呈容性负载状态运行,变压器的感性和电动机的容性可以互相补偿,使高压侧线路的功率因数接近“1”,这一特性可最大限度的减少线路损耗,减少线路压降,提高供电质量。
目前,我局在抽油机井上已经应用永磁电机2000多台。
产品执行标准:
稀土永磁电机执行GB/T10068-2000《机座中心高为56mm以上电机的振动的测量、评定及限值》和GB10069-1988《旋转电机噪声测定方法及限值》;
防护等级执行GB/T4942.1标准中规定的IP44;
冷却方法执行GB/T1993标准中规定的IC141;
结构及安装型式执行GB977标准中规定的IMB3、IMB5、IMB6、IMB7、IMB8、IMB35、IMV1、IMV3、IMV5、IMV6、IMV15、IMV36;
稀土永磁电机额定运行方式:
连续工作制。
稀土永磁电机额定转速为同步速。
稀土永磁电机的机座号与转速及功率的对应关系应按表3的规定。
表3稀土永磁电机机座号与转速及功率的对应关系表
机座号
同步转速r/min
750
375
225S
18.5
225M
22(30)
22
225M(L)
280S
18.5(22)
主要产品技术参数见表4:
表4稀土永磁电机机技术参数表
额定功率(kW)
额定电流(A)
同步转速
(r/min)
效率
功率因数
(cosФ)
堵转转矩
额定转矩
失步转矩
TYC132M2-6
5.5
9.6
92
0.95
≥3.2
≥2.7
TYC160M-6
7.5
13
922
TYC160L-6
11
19
92.5
TYC180L-6
15
25.8
93
TYC200L1-6
31.7
93.2
TYC200L2-6
37.6
93.5
≥3.0
≥2.6
TYC225M-6
51.2
93.8
≥2.5
TYC250M-6
37
63.1
TYC280S-6
45
76.6
94
TYC160M2-8
9.5
TYC160L-8
12.9
TYC180L-8
18.9
TYC200L-8
25.7
TYC225S-8
31.5
TYC280S-8
62.8
94.2
TYC280M-8
70.2
94.5
TYC225M-16
37.4
TYC250M-16
50.9
主要产品规格尺寸见表5:
表5稀土永磁电机机规格尺寸表
A
B
C
D
E
F
G
H
K
AB
AC
AD
HD
L
180L
276
279
121
48
110
14
43
355
380
455
740
200L
318
305
133
55
16
49
395
420
505
770
356
286
149
60
140
18
53
225
435
470
335
815
311
845
250M
406
349
168
65
58
24
490
510
370
615
910
457
368
190
75
20
68
550
580
410
985
280M
419
1035
315S
508
216
71
28
635
645
530
1270
315M
1300
315L1
315L2
3.2SINV-OP系列抽油机专用变频拖动系统
SINV-OP((SINOInverterforOilPump)系列抽油机专用变频器是我公司自主研制的系列节能产品之一。
它成功地克服了游梁式抽油机工频运行过程中耗电量大、调参不便等缺点;
同时也解决了常规通用变频器操作复杂、户内结构形式不适合野外恶劣环境等问题。
该产品已经在抽油机上成功应用,收到了较好的节能效果,综合节电率不低于15%,并且可以实现冲次在0.5~10次/min内连续可调,满足各种工况要求。
3.2.1系统组成及技术特点
SINV-OP系列抽油机专用变频拖动系统主要由油井专用变频调速系统、永磁电动机和皮带轮组合组成,是将我公司自主研发的油井“倒发电”消除技术与变频调速技术相结合,同时优化电动机电极级数、额定功率配置,并匹配以合适的皮带轮组合而成的专用油井拖动系统。
该系统能实现油井在一定范围内冲次连续可调;
电动机匹配功率最小,在经济区域运行;
实现油井、电动机、变频器的协调运行,从而达到节能增效和最优化投资回收期的目的。
(1)根据抽油机冲次及功率不同,选配变频器容量、电动机电极级数、额定功率、皮带轮外径组合,实现油井与拖动系统的协调运行,做到投资最少、节能效果最好。
(2)根据油井产液性质、地层供液能力设计油井上下冲程时间,有效提高泵效,提高油井产量,降低油井百米吨液单耗。
(3)具有软启/停功能,启动时能耗大为降低,且能有效控制起停机对抽油机、杆、泵的机械冲击和对电网的冲击,保护了电机及机械设备,延长油井免修期,减少了维修费。
(4)具有电机正反转向点动检查功能,具有过压、过流、缺相、短路、设备避雷等保护功能,具有故障情况下可以直接按“紧急停车”键,完全封锁信号的功能,完备的保护功能,使变频器和电机故障率最低。
户外性强制风冷结构,具备防风砂、防潮等功能,适应野外恶劣环境。
(5)频率可范围宽,在1~60Hz范围内连续调节,精度为0.01。
(6)适应性强,能与普通三相异步电动机、永磁电机均配合,且可以低频运行。
(7)运行参数设置简单,具备自动记忆存储功能,安装简单、操作方便,便于使用和维护。
(8)刹车制动时间短,发热量低,耗能小,延长电阻使用寿命。
(9)电网瞬间掉电自启动功能。
3.2.2系统主要功能及使用范围
(1)主要功能
主要功能:
[1]频率可在1~60Hz范围内连续调节,精度为0.01;
[2]电机正、反转向点动检查功能;
[3]故障情况下可以直接按“紧急停车”键,完全封锁信号,防止变频器损坏;
[4]电网瞬间掉电自启动功能
[5]具备过流、过压、过温、短路等保护功能,整套设备故障率低。
(2)使用范围
冲次在0.5~4次/分钟的油井,节能效果最佳,替代电磁调速电动机使用,平均综合节电率在50%以上,油井井口平均功率因数在0.85以上;
冲次在4次/分钟以上的油井,可有效降低油井吨液耗电,实现油井冲次连续可调,平均综合节电率在20%以上,油井井口平均功率因数在0.85以上。
3.2.3产品型号及技术参数
(1)规格型号
表6SINV-OP系列抽油机专用变频拖动系统规格型号表
序号
规格型号
额定电压
额定电流
适配电机
SINV-OP-4T18.5
三相380VAC
38A
18.5kW
SINV-OP-4T22
45A
22kW
3
SINV-OP-4T30
60A
30kW
SINV-OP-4T37
80A
37kW
5
SINV-OP-4T55
110A
55kW
(2)主要技术参数
额定输入电压(V):
380±
10%
功率范围(kW):
22~55
额定直流电压(V):
540~800
额定直流电流(A):
额定变频电压(V):
额定变频频率(Hz):
1~60
3.2.4油井专用变频调速控制系统
SINV-CS(SinoInverterinControlSystem)系列变频调速控制系统是我公司精心设计的优化控制系统。
其核心部件选用富士、ABB、西门子等国外知名品牌变频器,在充分发挥其自身优势的基础上,通过对电机运行参数的优化,最大程度上满足了用户的节能、调速、闭环及开环等控制需要,同工频系统相比,系统综合节电率不低于15%。
[1]变频器本体功能全部具备;
[2]单台电机自身工频变频互锁,彼此之间变频互锁;
[3]输入输出电流和输入输出电压指针表显示;
[4]通过转换开关选择电机的工/变频工作方式。
(2)技术特点
[1]根据负载工况合理选择变频器本体,确保配置合理;
[2]
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