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1、新型抽油机节能拖动系统研究报告胜利油田顺天石油技术有限公司2008年3月WWW胜利油田顺天石油技术有限公司目 录目 录I第一部分 新型抽油机节能拖动系统1一、项目背景1二、供电线路及油井电气设备现存问题12.1 节能配套技术整体改造难度大12.2 供电线路功率因数低、线损大22.3 变压器老化及容量配比不合理22.4 油井控制系统功能简单，匹配不合理22.5 抽油机电动机“大马拉小车”现象严重22.6 稠油井、低产低效井采液单耗高3三、新型抽油机节能（变频）拖动系统33.1 新型游梁式抽油机节能拖动系统33.2 SINV-OP系列抽油机专用变频拖动系统11四、抽油机拖动系统运行优化设计164.
2、1 指导思想164.2 优化原则164.3 优化目标174.4 优化技术174.5 优化方案184.6 效果评价方案184.7 经济效益评价19五、优化设计案例分析205.1 胜利油田孤东采油厂南二线拖动系统优化设计205.2 胜利油田孤东采油厂稠油区块东六西线拖动系统优化设计26第二部分 节能拖动系统使用说明29一、安装291.1 系统安装前准备工作291.2 环境要求291.3电压等级要求301.4 安装30二、系统安装后检查和调试312.1 系统安装后检查312.2 系统的调试及有关设置322.3 系统操作33三、维护和保养343.1 变压器维护和保养343.2 电机的维护与保养343.
3、3 控制柜的维护和保养34四、常见故障及排除354.1 发光管显示354.2 几种典型故障354.3 应急处理方法36五 甩“驴头”375.1 准备375.2 操作甩驴头375.3 恢复375.4 确保呈容性功率因数运行38六 售后服务38第三部分 公司简介及产品信息39一、公司简介39二、产品信息一览表40三、部分产品应用实例413.1 SINV-OP系列抽油机专用变频拖动系统使用情况413.2 16极永磁电机使用情况42附件 新型抽油机节能拖动系统运行优化设计报告样本43II胜利油田顺天石油技术有限公司第一部分 新型抽油机节能拖动系统一、项目背景“十一五”以来，国家大力推行“资源节约型、环
4、境友好型社会”建设，并将其作为一项基本国策来落实。百家国有大型企业共同发布了“创建节约型企业”的倡仪书，拉开了创建节约型企业的大幕。各油田企业作为国家重要产能企业，纷纷投入人力、物力落实节约型企业创建工程。2006年7月国务院专门召开了全国节能工作会议，同年9月出台了关于加强节能工作的决定，10月、12月中石化集团公司、胜利石油管理局也专门召开节能工作会议对节能工作进行了专题安排和部署。近几年来，有些公司投入大量资金进行节能改造，取得了良好的效果，节能水平得到了一定提高，但我们清楚的看到，这与国家加快建设节约型社会、管理局建设节约型油田的要求还有较大的差距。就采油厂用能而言，机采系统是大户，同
5、时具有点多面广、设备复杂多样的特点，是油田节能降耗必须突破的一个环节。要实现机采系统真正意义上的节能，必须做到系统优化、实现节能效益最大化、体现技术先进性，同时兼顾安全、环保、社会效益。我公司作为面向油田企业提供节能技术服务的单位，急油田所急、想用户所想，在广泛调研和现场试验的基础上，投入大量资金、集合优秀的研发人员，研制成功了新型抽油机节能拖动系统，并且首先在孤东采油厂南二线油井进行集成节能技术先导试验。通过近两个月的试验，表明新型成套抽油机节能拖动系统节能效果突出，综合节电率达到了23以上，具有良好的经济和社会效益，可以为油田机采系统规模技改提供必要的改造经验和技术支撑。二、供电线路及油井
6、电气设备现存问题目前，采油线路及油井电气设备在能耗上主要存在以下六个方面的问题：2.1 节能配套技术整体改造难度大目前各油田单位采油供电线路多为6千伏、10千伏，同条供电线路存在不同类型油井，且不同类型的采油区块、不同的采油工艺采用同一拖动系统，因此节能综合配套技术整体改造难度大，未能规模应用。在已往的节能改造中，多采用单一技术解决单一问题，其节能效果及技术利弊只能通过油井测试进行评价，不能客观公正地、宏观地反映节电效果，影响了油田节能技术的规模化推广和规模节能效益的实现。因此，进行节能技术集成化、系统化改造，最大限度得的挖掘节能潜力，是油田建设节约型企业、实现可持续发展的必由之路。2.2 供
7、电线路功率因数低、线损大目前各油田采油线路负荷以油井为主，且在用的采油设备多为游梁式抽油机及少量的电泵、螺杆泵。游梁式抽油机的不稳定负荷造成电动机输出负载随着抽油机的负荷变化产生周期变化；电动机侧功率因数随着电动机输出功率不同而改变；加之油井电动机平均负载率低，就造成了功率因数平均较低。就整条供电线路而言，则形成了其电流无功分量较大、功率因数低的现象。又因为一条线路的油井相对分散，部分油井共用一台低压变压器，增加了低压线路的长度，进一步加大了采油厂供电线路的线损。2.3 变压器老化及容量配比不合理目前各油田采油线路中在用的变压器多为上世纪投产的S7、SL7系列供电变压器，其配置容量一般在额定负
8、荷的1.5倍以上，而实际运行负荷平均只有变压器额定容量的20左右，存在严重的“大马拉小车”现象。这不但增加了网损，各油田每年还要付出不菲的无效容量费，增加了原油开采成本；且S7、SL7系列供电变压器为国家明令淘汰、禁止使用的设备，继续使用将面临政府高额罚款。2.4 油井控制系统功能简单，匹配不合理目前各油田在用的油井供电控制系统多为具有电动机保护功能的控制柜，不具备任何节能功能。即使是具有真正节能功能的电容自动补偿、可控硅控制、电压矢量叠加等类型的油井控制柜也因为价格高、野外运行使用寿命短等原因难以大规模推广，形不成规模效益。2.5 抽油机电动机“大马拉小车”现象严重抽油机电动机“大马拉小车”
9、现象是由于抽油机大负荷启动、低负载运行的现状造成的。在没有其它新型拖动系统规模投入之前，其现状难以改变。据调查，目前各油田游梁式抽油机电动机负载率仅有15左右，电动机的运行效率不足50，输入系统的能量有50被电动机消耗，这是目前油田机采系统效率较低的主要原因之一。因此解决好拖动系统问题是有效提高机采系统效率的关键。2.6 稠油井、低产低效井采液单耗高以稠油开发为例，电加热采油多为工频加热，加热系统效率低；拖动系统采用电磁调速电动机，电动机本身效率低、能耗大，造成油井采液单耗高。三、新型抽油机节能（变频）拖动系统通过对游梁式抽油机拖动系统“大马拉小车”问题的研究发现，油田多数抽油机的配电变压器及
10、数以万计的抽油机配套电机大都在轻载状态下运行，负载率偏低，造成了大量的能源浪费。之所以配用大容量的变压器、电动机是因为抽油机起动时，载荷很大，是正常的56倍，甚至更高，为使抽油机可靠的起动，驱动电机就几乎无一例外的采用了较大功率的电机。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
11、（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
12、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
13、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
14、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11；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35%；（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，
15、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510%。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1 S9系列油浸式电力变压器表1 S9-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（%）30S9M（星角变换）10/61140660400Y/YnO1306002.145017087028025012501
