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1、 武汉市晶鑫新能源技术有限公司 抽油机节能改造实施方案武汉市晶鑫新能源技术有限公司二O一五年三月前 言我国的新能源的开发利用与节能减排新技术的推广应用相对滞后，加之环境的压力，使得党和政府对新能源的开发利用和节能减排新技术的推广应用倍加重视。2012年6月16日国务院印发的“十二五”节能环保产业发展规划中指出节能环保产业是指为节约能源资源、发展循环经济、保护生态环境提供物质基础和技术保障的产业，是国家加快培育和发展的7个战略性新兴产业之一。加快发展节能环保产业，是调整经济结构、转变经济发展方式的内在要求，是推动节能减排，发展绿色经济和循环经济，建设资源节约型环境友好型社会，积极应对气候变化，抢
2、占未来竞争制高点的战略选择。 节能减排是我国环保政策的主要目的，从相关数据来看，电机系统是我国重要的工业耗能设备之一，每年的耗电量可以达到1.2万千瓦，占据工业耗电的60%-70%，是全国总耗电量的50%，提高我国电机系统的效率迫在眉睫，如果将我国所有电机系统节能改造的效率提高5%则每年可以节省一个三峡的发电量，由于电机的能耗巨大，我国也出台了多项关于电机节能的政策，其中包含了技术开发和电机领域节能产品应用的相关政策。公司简介武汉市晶鑫新能源技术有限公司成立于1990年，注册资金为600万，是一家以国外最新节能技术为核心、制造和推广工业节能产品的高科技企业，公司于上海、深圳、 武汉等地设立分支
3、机构，产品销售覆盖整个亚太地区。公司依托华中科技大学电气与电子工程学院，拥有一批包括博导在内的工业控制专家和节能专业技术人才，秉承“专业人作专业事”的理念，为国内外客户厂商提供最前沿的技术和最优质的服务。公司旨在通过其在国外的市场机构，掌握了解国际最新技术资讯及市场动态，结合国内丰富的人力资源（包括科技人才及劳动力），最大可能的发挥其在技术、生产、营销、国际贸易等方面的优势。 公司现主要产品系列有：四象限变频器、光伏逆变器、变频器、轴带发电系统、电动汽车和充电桩、微机控制柜、远程监控单元等主要产品。产品覆盖油田、电梯、起重、制药等行业节能市场，以及太阳能、风能等节能领域。我司自2009年开始进
4、行四象限变频器开发和研制工作。目前为止已经形成380V、660V两个系列功率等级的成熟的产品和技术，并广泛应用于钢铁和油田等领域，2014年8月在国家电网中国电科院检测中测试一次性通过，成为国内第一家通过检测的四象限变频器，填补了国内此类产品的空白。产品介绍1. 施姆特四象限变频器概括“四象限变频器”是一种能实现电机四象限（正向电动状态，正向发电（制动）状态，反向电动状态，和反向（制动）发电状态）运行的变频器技术，这一技术使得变频器网侧对的电流接近正弦，与网侧相电压同相或反向，即功率因数为1。它所带来的经济效益非常巨大：一方面，可以实现能量回馈的作用，原来消耗在制动电阻上的能量，现可回送至电网
5、；另一方面，功率因数达到0.9998时能大大提高减小了无功电流分量，以至于在线路上的损耗明显减小。2. 施姆特四象限变频器应用范围四象限变频器应用领域非常广泛，主要应用在煤炭、石油行业；冶金行业；建材、采矿行业；食品、医药行业；造纸、水泵行业等，特别适用在起重提升、油田、矿井等大惯量负载设备，设备的转动惯量较大，又要强力制动效果的场合或者需要长时间重载电气制动的场合。为了提高节电效果，减少制动过程的能量损耗，将从电机侧回馈的能量反馈到电网，以达到节能、环保的效果。3. 施姆特四象限变频器工作原理图1 四象限变频器的电路原理图如图1所示，四象限变频器的电路有电动状态和发电状态。当电机工作在电动状
6、态的时候，整流控制单元的DSP产生6路高频的PWM脉冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。IGBT的开通和关断与输入电抗器共同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形，这样就消除了二极管整流桥产生的6K1谐波。功率因数高达0.9998。消除了对电网的谐波污染。如图2所示，当能量从电网经由整流回路和逆变回路流向电机，输入的电压和输入的电流波形图呈正弦波状态。图2 输入电压和输入电流的波形图如图3所示，当电动机工作在发电状态的时候，电机产生的能量通过逆变侧的二极管回馈到直流母线，当直流母线电压超过一定的值，整流侧能量回馈控制部分启动，将直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网
7、，达到节能的效果。此时能量由电机通过逆变侧、整流侧流向电网。输入电抗器的主要功能是电流滤波。图3 回馈电流和电网测波形图 我公司四象限变频器施姆特四象限变频器型号：SMT-M75-44.抽油机工作原理 抽油机其工作过程为：用电机带动减速机，减速机带动皮带轮，皮带轮带动两个很重的钢质滑块的旋转往复运动，依靠杠杆的作用，将盛油器提上放下，而将油带出地面进进输油管道中或储油罐中，完成抽油过程。 抽油机电机的负荷是一周期性脉动负荷,并迭加有瞬间的冲击。为了减小抽油机上下冲程负荷的波动,一般都配有平衡块。为了保证足够大的启动转矩,抽油机电机正常运行时负荷率很低,一般在20%30%。低负荷率运行，造成功率
8、因数低,效率低,电能浪费大。 因此，在设计选配抽油机电机时，普遍的做法是令其抽取量大于实际负荷。它所带来的问题是当抽油机排量过剩时，抽油机的运行会出现无功抽取，出现空抽或泵空状态，过剩的抽油能力令抽油机的无功抽取时间增加，造成油井开采的电费本钱居高不下，能源浪费十分严重。因此，抽油机的节能潜力非常可观。 节能包括两个方面：一是从电动机本身考虑，进步电动机的负荷率和效率；二是从系统考虑，改变电动机的机械特性，使机、杆、泵整个系统达到较好的配合，进步系统效率。两者比较，后者的节能潜力比前者大得多。在抽油机上应用变频调速技术不仅机、杆、泵整个系统达到较好的配合,自动化程度进步，降低工人的劳动强度，减
9、少工作量，而且节能效果明显，综合效益明显。 5.变频器运用在抽油机上的工作原理 近些年变频器作为一种工业控制设备在不断更新发展，各行各业有着广泛的应用。随着电力电子技术、变频控制理论、微机控制技术的不断成熟，变频器的性能不断完善、功能也不断增强：如多段速、可编程自动运行、通讯功能等，这使用得变频器能适应多种应用场合。根据抽油机是交变工作载荷的特点，抽油机专用变频器内置了专用的运动控制程序。抽油机专用变频器，可以根据油井的实际情况，由操纵设置油井工作参数和工作方式，经过运算处理后，变频器自行调整抽油井工作制度，改变抽油机的冲程频次，达到上、下冲程间的平稳过渡。变频器本身具有抽油机所需的各种保护功
10、能及相应的放电回馈电路，而且风机可以有温度自动控制，也节约相应的能源消耗。 我们针对抽油机载荷的特殊性和野外工作特点，按照严格的产业标准设计、制造抽油机专用变频器，把制动电路、回馈电路、无线滤波器、线路电抗器和防雷击装置集成到专用变频器中，增强整机的可靠性。 抽油机专用变频器可根据井下供液情况，自动调整抽油井工作制度，使抽油机的固定动态特性变为可根据油井开采情况自动调节的可变动态特性，进步泵布满系数及排量系数，达到节能，增产，无级调速的效果。 抽油机专用变频器采用动态调节抽油机的冲程频次和上、下行程的速度，达到节电又增产的目的。 (1)可以动态调节抽油机的冲程频次，节电。抽油机的冲程频次可以通
11、过机械的方法调整，但是，一旦调整好之后，人是不可以经常改动的，并且通过皮带轮直径调整频次的方法是有限的，不能动态适应油井负荷的需要。而变频调速则能动态调整抽油机的转速，可无级调节抽油机冲次，从而调整泵的布满度，进步抽取效率，增加原油产量，减少了电机功率，实现了节能目的。 (2)可以动态调节抽油机的上、下行程的速度实现节能增产的目的。由于采用变频调速技术，通过上、下死点位置传感器控制变频调速器上、下冲程输出不同频率的电源，从而使电动机上、下冲程转速不同，可无级调节抽油机上下冲程速比。还可以根据实际需要分别地调整每一冲程下行程的速度，可以进步原油在泵的布满度；而适当控制上、下行程的速度，则可以减少
12、在提升过程中的漏失系数，有效地进步单位时间内的原油产量。节电，节能。 SMT（施姆特）四象限变频器在满足通变频器所有功能的基础上增加了正向正弦波整流和能量回馈功能，它的整流部分采用BOOST电路实现了变频器输入侧电流的双向流动，将抽油机产生的电能回馈到了电网并采用矢量控制算法的数字控制技术实现了变频器输入电流与电网电压完全同步，电动状态时输入电流与电网电压相位一致；发电状态时输入电流与电网电压相位相反。输入电流波形始终保持很好的正弦波，四象限变频器实现了单位功率因数为1，输入电流的总畸变率THD小于5%，真正做到绿色节能装置。 结束语 ：武汉市晶鑫新能源技术有限公司秉承的“为城市的天更蓝，空气
13、更加清新而不断努力奋斗”的节能环保理念，将施姆特四象限变频器应用在抽油机上，根据不同工艺要求进行调速，根据物料的不同可方便地选择多段速运行，同时采用四象限变频控制实现电机的软启动，减少对电网的冲击，四象限变频器具有过流、过载、过压等丰富的保护功能，当负载或电机出现异常时四象限变频器因故障停机并快速封锁输出，这样可及时保护电机，延长使用寿命。变频用具有软起、停功能，减少了对抽油机杆的机械冲击，保护了电机及机械设备，减少维修量，变频器对过压、欠压、过载、短路及电路失速都能可靠地保护。总之，变频控制技术在抽油机上应用，对抽油生产设备来说是一个很大进步，它从根本上改变了抽油机的运动特性和动力特性，使抽油机抽油杆抽油泵达到动态协调，使有杆抽油系统和油井供液系统达到动态协调。抽油机应用变频器，即可以进步工效，增加采油量，又可以节约电能，保护电机及设备，其应用远景是十分广泛的。11 武汉市晶鑫新能源技术有限公司
