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游梁式抽油機進行變頻調速改造能夠有效利用再生能量和延長設備使用壽命，經過對五種變頻調速節能方案對比，四象限變頻器可更加有效地利用再生能量，提高節能效率和公司綜合效益。鑒于此，合康變頻的HID520系列四象限變頻器在勝利油田游梁式抽油機獲得成功應用。

在起重、礦山、油田等應用場合，電機在運行中會產生再生能量，所產生的再生能量如果不加以有效利用，就會被浪費。如何有效利用這些再生能量，并解決輸入電流的諧波含量高、功率因數低的問題，則成為客戶迫切的應用需求。由此，合康變頻經過潛心研究，推出HID520系列四象限能量回饋變頻器，有助于提升客戶的節能效率與綜合經濟效益。

HID520系列四象限能量回饋變頻器采用PWM控制的IGBT整流技術，實現對整流與回饋的雙向控制，成功解決了負載在快速下降或停機時的再生發電能量處理問題，具有四象限的運行功能。同時，能滿足各種位勢負載的調速要求，可將電機的再生能量轉換為電能輸送回電網；可進一步提高節電效率，減小電源的諧波污染，提高功率因數，減小供電電流，從而減輕電網和變壓器的負擔，降低線損，可節省大量的增容開支。

文章結合游梁式抽油機的工作原理及變頻調速節能方案對比，全面介紹合康變頻HID520系列四象限變頻器在勝利油田游梁式抽油機（磕頭機）上的成功應用。

游梁式抽油機的弊端

游梁式抽油機屬于有桿類抽油桿往復運動類的抽油設備，是目前應用最為廣泛的一種，它由三部分組成，地面部分、井下部分和連接地面和井下的中間部分-抽油桿柱。

游梁式抽油機工作時，懸點上的負載在一個周期內是不斷變化的。上沖程時，懸點要提起抽油桿柱和液柱，當抽油機未平衡時，此時負載就很重。下沖程時，抽油機桿柱對電動機做功，使電動機處于發電狀態。當抽油機未平衡時，上下沖程的負載變化非常大，這樣會嚴重影響抽油機的機械連接，影響其使用壽命。為解決此負載不均勻的問題，一般在抽油機上采用機械配重的方法來解決。增加機械配重調節平衡后，下沖程時，平衡重從低點轉到高點，增加其位能。平衡配重上升時，其能量由抽油桿柱下落所釋放的位能和電動機付出的部分能量兩部分組成。上沖程時，平衡配重由高點轉到低點，釋放下沖程時儲存的能量，幫電動機提升抽油柱和液柱，從而減少了上沖程時電動機給出的能量。但即使當平衡配重調節較好時，電機仍然存在發電狀態并產生能量。

抽油機在工頻狀態下啟動時，沖擊電流大，會產生尖峰電流；轉矩動態大，啟動過程快，會影響各機械部件的壽命；啟動后，不能根據油井的實際情況調節其頻率，且配重不能實時調節，所以會造成大部分能量的浪費；另外，下沖程時，電動機處于發電狀態，釋放的能量直接回饋給電網，會使供電系統功率因數降低，對電網質量影響非常大。所以為了降低啟動時沖擊電流，延長設備使用壽命，減少能源損耗，改善電網質量，有必要對抽油機進行變頻改造。

可靠的抽油機變頻調速節能方案

抽油機屬于位能性負載，尤其是在配重不平衡時，在抽油機的一個沖程周期中，會使電動機處于發電狀態。電動機由于位能或者慣性，其轉速會超過同步轉速，再生能量通過與變頻器逆變橋功率開關器件IGBT并聯的續流二極管的整流作用，反饋到直流母線。由于普通兩象限的變頻器，其母線是通過普通二極管整流橋供電，不能向電網回饋電壓，所以反饋到直流母線的再生能量只能對濾波電容充電而使母線電壓升高。變頻器在設計時，為了保護器件，會設置一個母線過壓保護，當母線電壓值達到一定值時，會觸發此保護。所以再生能量會將母線電壓充電到設定的過壓值，會保護停機。因此，處理抽油機再生能量的方法有以下五種：

一是增大變頻器直流母線上濾波電容的容量。這種方式對節能有利，但其儲能作用是有限的。在大容量或負載慣量大的系統中，不可能只靠濾波電容實現。

二是共直流母線。這種方式適用于在同一井場有很對口油井的場合，即同若干臺變頻器共用一個整流器，將其直流母線連接在一起，可以將回饋能量作為另一臺變頻器的動力。但是，受空間及油井的位置限制較大。

三是變頻器加制動單元。這種方式是在母線電壓上并制動單元及制動電阻，將能量直接消耗在制動電阻上，這是一種耗能的方法，對節能不利，且制動電阻的散熱及壽命問題很難解決。

四是變頻器加回饋單元。這種方式是在母線上并聯回饋單元，將電機工作在發電狀態時變頻器直流母線上的直流泵生電壓轉化為與電網通過回饋單元回饋到電網，實現了變頻器與電網之間能量的反向流動，且能量在返回電網時的電流諧波可以做到小于5%，功率因數接近于1，但卻沒有解決能量由電網流向變頻器時功率因數低、諧波電流大的問題。但未解決能量由電網流向變頻器時功率因數低，諧波電流大的問題。

五是四象限變頻器。四象限變頻器（如圖1所示）可以解決以上應用中的各種缺點，不論是能量從電網到直流母線還是從母線到電網，均可保證輸入諧波在5%以下，功率因數接近于1。采用PWM控制的IGBT整流技術，實現對整流與回饋的雙向控制，成功解決了負載在快速下降或停機時的再生發電能量處理問題，具有四象限的運行功能。同時，能滿足各種位勢負載的調速要求，可將電機的再生能量轉換為電能輸送回電網；可進一步提高節電效率，減小電源的諧波污染，提高功率因數，減小供電電流，從而減輕電網和變壓器的負擔，降低線損，可省去大量的增容開支。

從圖2和圖3可以看出，不論能量的流向是從電網到母線還是從母線到電網，HID520四象限變頻器都可以保證電流的諧波在5%以下，功率因數接近于1。可充分減小電源的諧波污染，提高功率因數，減小供電電流，從而減輕電網和變壓器的負擔，降低線損，可為油田或者起重行業客戶提供一個可靠的節能解決方案。

HID520四象限變頻器成功應用于勝利油田

電機功率45KW的游梁式抽油機應用于勝利油田，變頻器型號為HID520-T4-37G，現場要求是，可以工變頻切換，遠程監控變頻器的運行狀態、頻率源及命令源由本地給定（如圖4）。

應用時需配合客戶的電氣控制柜，可實現工變頻切換。變頻運行時，啟動指令由控制柜上的啟動按鍵給定，所以變頻器設定為端子運行指令。停止指令由停止按鈕給定，客戶需要即按即停，停車方式設置為自由停車。變頻器運行頻率為鍵盤給定，可以根據油井的實際情況自動調節頻率。

使用SVC控制時需要進行電機參數自學習，其他參數設置均相同。該套系統經過調試，運行正常，經第三方檢測機構檢測，網側功率因數大幅提高，電流諧波大幅降低，無功功率大幅減小。綜合節電率約為20%左右。

表1為客戶的監控系統上的電能參數曲線，此曲線顯示的為一個沖程周期內的電流，電壓，功率的曲線圖。對比工頻運行和變頻運行時的電能參數曲線，相對于工頻運行、電流、功率等各項，都有大幅度的降低。

目前HID520系列四象限變頻器已成功運用于勝利油田、中原油田等多個運行現場，經過長時間的應用比較，多套設備均運行穩定，且節能效果十分明顯，電網質量顯著提高。同時，合康變頻還可為用戶量身打造抽油機變頻控制一體柜，為客戶提供變頻加電氣控制整體解決方案，以實現對抽油機的遠程智能監控，提高采油系統的安全性和系統工作效率，并能在油田野外環境下能長時間可靠運行，防護等級達IP54，提高綜合節能效益。