油田抽油機的變革—IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜

概述
目前，在我國各油田的抽油機總數已超過(guò)10萬(wàn)臺，是各油田的主要耗能設備。按每臺電機容量30KW（實(shí)際上不止于此，在油田使用最多的是37KW和45KW電機，部分使用55KW和75KW電機）計算，裝機總容量在三百萬(wàn)千瓦以上。作為油田生產(chǎn)中使用最多的耗能設備，抽油機拖動(dòng)電機的負載率普遍較低，造成能源浪費。
在實(shí)際開(kāi)采作業(yè)過(guò)程中，抽油機受油井的井深、油質(zhì)、雜質(zhì)、含沙量、含水量等諸多客觀(guān)因素的影響，須調整作業(yè)沖次、沖程，甚至更換電機、改變電機的功率；同時(shí)，由于油田所處地理位置、緯度的不同，以及所處地區的氣候等自然因素，也會(huì )對開(kāi)采作業(yè)產(chǎn)生影響，要求抽油機根據實(shí)際工況進(jìn)行相應的速度調整。
鑒于以上所述油田抽油機的技術(shù)要求以及使用的社會(huì )效益，抽油機對電機控制系統的基本要求是：
☆大范圍的、穩定可靠的無(wú)級調速；
☆具有比較顯著(zhù)的節電效果。
一、IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜
IMS系列伺服控制器是時(shí)光科技有限公司研制、開(kāi)發(fā)的擁有自主知識產(chǎn)權的交流異步電機伺服控制器。其控制對象是普通的三相交流異步電機，控制精度達到同步伺服電機的控制水平。IMS系列伺服控制器調速范圍廣，定位精度高，低速轉矩大，軟件功能完善。
針對油田工作的實(shí)際需求，時(shí)光公司研制了IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜。此伺服控制柜結合抽油機的運行工況和油井的實(shí)際情況，及時(shí)地、自動(dòng)地調整電機的運行速度、加速度、扭矩等參數，使原有拖動(dòng)電機在高效、節能狀態(tài)進(jìn)行工作。
通過(guò)在中原、勝利、遼河油田的實(shí)際應用，證明了IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜可以簡(jiǎn)便而安全的進(jìn)行調速操作，大大降低了現場(chǎng)操作人員的工作強度，提高了生產(chǎn)效率，并取得了明顯的節能效果。
（一）IMS伺服控制柜的構成
IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜構成情況如下圖所示：

圖IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜構成圖

（二）IMS伺服控制柜的特點(diǎn)
IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜具有如下特點(diǎn)：
1、交-直-交的主電路
IMS伺服控制柜先將輸入的三相50Hz交流電變?yōu)橹绷�，再逆變�(yōu)轭l率、電壓有效值可調的三相交流電供給拖動(dòng)電機。
2、大范圍的速度控制
IMS系列伺服控制柜采用伺服控制，可準確、大范圍地控制電機的轉速，速度控制范圍為0-1500r.p.m，速度控制精度為0.3r.p.m。
3、三倍額定轉矩的過(guò)載能力
IMS系列伺服控制柜在零至額定轉速范圍內具有恒轉矩輸出特性，并具有3倍額定轉矩的過(guò)載能力。因此，在很低的轉速下，電機也可輸出額定轉矩并具有300%的過(guò)載能力。
4、低速大轉矩的控制特性
IMS系列伺服控制柜在抽油機電機啟動(dòng)的過(guò)程中，可以驅動(dòng)電機輸出足夠的轉矩。從而在轉速從0上升到設定值過(guò)程中，使電流平穩，實(shí)現了真正的“軟啟動(dòng)”。
5、下慢上快的速度控制
IMS系列伺服控制柜通過(guò)速度與轉矩的可解耦以及獨立控制，實(shí)現了對抽油沖程下慢上快的速度控制。
6、具有內部軟PLC功能，可對轉矩進(jìn)行檢測和控制。
（三）IMS伺服控制柜的優(yōu)勢
根據IMS系列伺服控制柜的設計原理、控制特點(diǎn)以及應用實(shí)例的分析，油田抽油機配備IMS系列伺服調速節能控制柜，具有如下優(yōu)勢：
1、調速操作簡(jiǎn)便
由于IMS系列伺服調速節能控制柜具有大范圍、連續調速的特點(diǎn)，只需調
整一個(gè)旋鈕即可實(shí)現連續、穩定的調速功能，滿(mǎn)足抽油機調整沖次的要求。對于現場(chǎng)操作人員而言，操作極為簡(jiǎn)便。
2、降低作業(yè)強度
使用IMS系列節能伺服控制柜調速操作簡(jiǎn)便，無(wú)需在作業(yè)過(guò)程中更改抽油機及配套設備的機械結構，大大降低了現場(chǎng)工人的作業(yè)強度。
3、提高生產(chǎn)效率
使用IMS系列節能伺服控制柜，在作業(yè)過(guò)程中無(wú)需停機進(jìn)行調整；控制柜具有的抽油沖程下慢上快的速度控制，提高了抽油機的出油量。這些因素，均提高了抽油機的生產(chǎn)效率。
4、節能效果顯著(zhù)
根據實(shí)際應用統計數據計算，IMS系列節能伺服控制柜具有顯著(zhù)的節能效
果。相對而言，對于高產(chǎn)油井即抽油機負載越大、沖次頻率越低，節電效果越明顯：當抽油機沖次頻率低于2.5次/分，節電率高達75%以上。針對負荷較輕的油井，可根據IMS系列節能伺服控制柜具有的軟啟動(dòng)功能，采用以較小功率的電機取代原有電機的解決方案，同樣可以取得較為顯著(zhù)的節能效果。
二、結論
IMS系列油田伺服調速節能控制柜正是順應油田抽油機對電機控制系統的基本要求而研制生產(chǎn)的，彌補了目前普遍采用的抽油機調速方案存在的缺陷,實(shí)現了：
◆大范圍的連續調速，且在零至額

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