2游梁式抽油机清洁高效智能节电装置

游梁式抽油机清洁高效智能节电装置陕西和尊能源科技有限公司2015年1月目录技术原理1.清洁智能节电装置2.技术参数3.实施案例4.测试结果5.经济效益和社会效益6.游粱式抽油机主要耗能来源抽油机电动机在轻载运行下的过多有功功耗抽油机电机轻负载率产生的大量磁化无功电流，经过油田长距离供电传输线，造成传输线损耗及变压器损耗，并带来电网容量损失（电网传输大量无功电流）抽油机机械系统调整不平衡供液严重不足油井没有好的间抽策略，电机空抽变频器等设备造成的高次谐波“污染”电网，造成电网品质下降、高次谐波造成传输线损耗、变压器损耗及电网容量损失油田电网“不清洁”来源1.1技术原理——游梁式抽油机耗能来源1.2技术原理——目前抽油机节电采用的方法方法详述优点缺点高转差多速电机保证低功率输出仍有高启动转矩仅需更换电动机，即减少电机功率高转差电机需过热保护，不解决磁化电流过大问题变频器负荷小时变频减速减少冲次省电可以调电机速度（但不是真正意义的降低“吨液电耗”）油田反馈：不节能！高次谐波造成高线损和变压器损耗，且污染电网液力耦合器电机倒发电时切断液力结构，可靠性维护性差动态跟踪交交调压动态跟踪功率因数降压节电真正节电可达50%，故障时旁路不停机，不产生谐波不调速电流谐波在长供电线和变压器上产生大量耗电，下为实测的变频器高次电流谐波数据1.3技术原理——变频器不节电所有油田的领导都讲：变频器不节电。目前已经不批准以节电理由购置变频器。变频器不节电的原因变频器工作过程自身耗能，特别是在其回馈电网能量时耗能在“交-直-交”变换实现变频过程中产生大量高次电流谐波。谐波计量产生计量表高电费基波100%5次7次11次13次17次19次变频器88.54%70.84%27.52%21.39%12.71%13.20%1.4技术原理——变频器高次谐波产生的危害1.电容器补偿装备2.电表3.弱电系统4.用电设备5.配电系统6.变压器7.继电保护装置8.电动机消除电力电子装置谐波污染的工作，可称之为当今技术应用的“绿色工程”。由于谐波的存在,设备电感与无功补偿用的电容器组发生并联谐振，及外系统感抗与无功补偿用的电容器发生串联谐振，使得谐波进一步放大，从而使得电压和电流畸变更加严重。电气线路的集肤效应，导致电缆、电线发热，绝缘材料加速老化。1.5技术原理——节电-物理学基础由于多数抽油机工作在轻载状态，抽油机的功率因数降低，效率下降，无功损耗大，这不仅给抽油机本身造成能量损失，还使电网运行品质变坏。油田采油生产电力系统中，无功功率的主要消耗者是异步电动机，它消耗的无功功率的最主要部分是磁化无功功率Q。Q=ΦmfRu=C（Bm²/µ）fVQ∝C(U1²/µ)fV式中，C为比例常数；Ru为磁路的磁阻；Φm磁通量；µ为导磁系数；B为磁感应强度；V为磁路体积；f为频率；U1为定子电压。对于已出厂的抽油机电动机，Ru，µ，V基本已定，Φm或Bm主要由电压U1决定，频率f变化很小，可忽略。由上式可见，电动机消耗的磁化无功功率Q基本上与对于U1的平方成正比。在允许范围内，电压越低，磁化无功功率愈小。另外，电压降低后，电动机主要损耗部分的电动机定子铜阻消耗的有功功率也会减少。由此可以使电动机节能运行。1.6技术原理——节电–降压可以节电根据欧姆定律，电动机有功功耗与电压平方成正比，在不堵转的条件下使电动机降压运行可以有效降低电动机的定子铜耗有功功率达10-30%以上降压减少有功功耗用于励磁的无功功率也和电压的平方成正比，在降压情况下锐减，可以减少50-70%。这些电流不再需要变电站供给，输电线路和变压器上的损耗大大降低降压减少磁化无功功率，进而减少线损和变损1.7技术原理——节电-快速动态跟踪功率因数是关键由于游梁式抽油机具有每一冲次内负载、功率因数的快速变化，要实现调压节电就必须能够快速地跟踪动态功率因数调压。一般的非电子的调压技术难以快速跟踪这样快的变化，所以快速动态跟踪功率因数技术是能否高效节电的关键。电子交交调压技术从技术上采用40KHZ采样信号处理，为快速响应调压带来基础条件，再加上电子线路快速跟踪功率因数，使得交交调压节电装置可以根据功率因数的变化快速动态地调节电动机输入电压，使得每个瞬间都能产生最优节电效果。1.8技术原理——清洁节电-高速采样滤波不产生谐波清洁智能节电装置的电子交交调压从技术上采用40KHz采样信号处理。从电工原理得知，采样频率越高，其滤波的实现越容易，滤得越“干净”。从产品现场检测数据看，本电子交交调压节电装置没有谐波，是“清洁绿色”产品。典型测试记录如下（变频器中低于基波10%的谐波未显示）：基波100%5次7次11次13次17次19次清洁高效节能装置未见未见未见未见未见未见变频器88.54%70.84%27.52%21.39%12.71%13.20%2.1清洁智能节电装置——外形智能视音频监控部分机箱节电电路输入输出端子控制面板2.2清洁智能节电装置——功能•高效节电：30%-50%以上•清洁节电：无谐波产生清洁节电功能•远程视音频监控：保证设备和人身安全•远程安全启停井：实现智能间抽，减少工人，减轻劳动强度•数据采集功能：用ZigBee采集配套的功图数据、电气数据智能RTU功能2.3清洁智能节电装置——结构根据以上油田节能现状和理论，清洁智能节电装置以新的理念进入游梁式抽油机节电领域。其结构如下：旁路接触器供电输入正弦波电子调压模块电动机控制电路智能监控功能2.4清洁智能节电装置——主要节电电路△UUsrUsc（交交调压模块）主控单元ATBT1采样单元高压稳压电源框图工作原理：清洁智能节电装置主要电路由补偿变压器（BT1）、推动整形变压器（AT）及正弦波电子调压模块等组成。其主要工作流程为：调压模块以40kHz对输入电压Usr采样，当检测到低功率因数后，模块内专用调压芯片调整输出，配合BT1、AT产生一个降压电压△U，达到输出电压Usc降压的目的。2.5清洁智能节电装置——现场连接清洁智能节电装置井场供电柜电动机实施方式简单：将清洁智能节能装置串入供电柜和电动机之间故障旁路：装置故障将自动旁路，不停产3.1技术参数——交交调压技术参数交交调压技术参数输入电压三相四线相电压175V-260V相电压线电压304V-456V输出电压接三相380V电动机效率≥98﹪跟随响应速度≤40ms环境温度-10℃~+50℃绝缘电阻≥5MΩ波形失真正弦波，无附加波形失真（谐波）保护功能过压、过流、缺相旁路功能设备故障发生后将输入输出旁路，不影响抽油机运行3.2技术参数：增强型RTU技术参数主芯片ARM9操作系统Linux无线传感器通信方式ZigBee780MHz电量模块通信方式RS485上位机通信方式WiFi或3G网络协议TCP/IP视频输入最大4路视频分辨率1路D1，3路CIF图像压缩标准H.264音频输入最大4路音频输出1路语音提示输出1路，最大功率5W喇叭开关量输出3路继电器开关量报警输入4路干接点工作温度-10℃~+50℃相对湿度10～90%无凝结4.1实施案例——中石油冀东油田冀东油田陆上作业区（高77、高3101井场，37KW电机，12型抽油机）4.2实施案例——延长石油延长石油某采油厂（5.5KW电机，3型抽油机）5.1测试结果——冀东油田最新实测数据在G104-5P11抽油机供电柜处测试数据井号G104-5P11旁路节能减少比例电流59.1923.09有功功率21.749.8654.65%无功功率31.029.3269.95%综合节电率55.31%井号G104-5P11旁路节能减少比例电流60.2923.27有功功率3.732.2639.41%无功功率13.364.5266.17%综合节电率42.01%在抽油机供电柜之前30米处的配电柜处测试数据注：体现了供电线路线损的重要，离抽油机越远测量节电效果越好以上综合节电率计算时的无功当量值采用0.03，可以看出油田实际无功当量值显然远大于0.035.2测试结果——最新实测数据分析同一台抽油机节电装置为什么会在不同的地点（在抽油机供电柜处和离开供电柜30米的配电柜处两个地点）测试数据测试取得不同的节电率？结论是：无功功率减少带来可观的供电线路线损减少不容小觑！也就说对于油田来讲，节省长供电线路和变压器损耗所占的电能消耗潜力巨大！侧面也反映出为什么变频器不节电。仅仅有功功率节电就达到54.65%，效果极佳！比较：在抽油机供电柜处检测的有功功率节电39.41%相比首台样机的28.42%（首台样机经国家管道局节能测试中心正式检测，数据附后页）增加了近一倍！5.3测试结果——中石油管道节能测试中心对首台样机测试结果井号：G104-5P87（本产品在冀东油田的首台样机的抽油机井号）测试条件：高转差电机低速档，从接近节能装置输入处的启动柜测量井号：G104-5P87测试条件：高转差电机低速档，从18米外的启动柜测量测量项目无节能装置时有节能装置时减少比例平均电流（A）58.3425.7有功功率（KW/H）6.865.7316.47%无功功率（KVar/H）38.716.0658.50%功率因数0.17620.3386综合节电率27.10%测量项目无节能装置时有节能装置时减少比例平均电流（A）58.3325.77有功功率（KW/H）7.225.8618.84%无功功率（KVar/H）38.4816.0158.89%功率因数0.18440.3439综合节电率28.42%经济效益游梁式抽油机清洁智能节电装置直接带来油田节电效益按照50%综合节电率计算，每年每台抽油机（12型）节电3.5万元通常电力费用是采油厂运营费用的40%降压节电其它经济效益减少电机发热，减少电机故障，延长电机寿命减少变压器容量，减少变压器变损发热减少油田电力容量，提高功率因数，节省供电局端费用6.1经济效益6.2社会效益•国家对各级政府和各大国企都有节能降低硬指标节电符合我们的国策•国家因此可以在现有电厂和电网的配置下支撑更多经济建设提高电网容量和清洁度，等于扩容了电厂和电网陕西和尊能源科技有限公司