節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化

抽油機(jī)節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化一、抽油機(jī)節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化背景國(guó)際環(huán)境當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，有兩條顯著的相互交織的主線：能源和環(huán)境。能源的緊張不僅制約了相當(dāng)多發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，也為許多發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)?lái)了相當(dāng)大的問(wèn)題。因此，不論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)中，節(jié)能問(wèn)題已經(jīng)受到越來(lái)越多的重視。而油田作為耗能大戶其節(jié)能受到全世界的關(guān)注。國(guó)內(nèi)環(huán)境我國(guó)油田在原油生產(chǎn)過(guò)程中，油氣集輸、含油污水處理、油田注水水源井供水等主要生產(chǎn)工藝大部分是通過(guò)各種泵、空氣壓縮機(jī)來(lái)完成，其用電量占油田總用電量的70%?80%。在油田開采過(guò)程中，通常電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率較大：一是泵裝置的設(shè)計(jì)能力按最大化的抽取要求選擇，設(shè)計(jì)及選型階段即存在能力過(guò)剩；二是隨著油井由淺入深的抽取，抽油機(jī)裝置的能力過(guò)剩隨流體總量的減少而加大，產(chǎn)量越趨降低，泵裝置水泵和空氣壓縮機(jī)大都處于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于設(shè)計(jì)時(shí)考慮到油田發(fā)展的需要，選型時(shí)一般選擇容量較大的電動(dòng)機(jī)，使得大多數(shù)油井泵都存在大馬拉小車的現(xiàn)象；另一方面，隨著油田開發(fā)程度的加深，注采、集輸?shù)纫蟮牟粩嗾{(diào)整，很大一部分油、水泵處于變工況狀態(tài)下運(yùn)行，因此在運(yùn)行中普遍存在著離心泵節(jié)流、往復(fù)泵打回流的現(xiàn)象，造成電能損失巨大。三是為保證抽油機(jī)的啟動(dòng)要求；四是保證在運(yùn)行時(shí)有足夠的過(guò)載能力。而電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)常以輕載運(yùn)行，因此造成抽油機(jī)與電動(dòng)機(jī)的荷載匹配不合理，在運(yùn)行中處于大功率帶小負(fù)載的情況。電機(jī)在抽油機(jī)上行時(shí)處于有功工作狀態(tài)，下行時(shí)處于發(fā)電狀態(tài)，大部分時(shí)間出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象普遍存在于油田開采中。特別是在油田的開發(fā)后期，機(jī)采井的產(chǎn)量急劇下降，抽油機(jī)在工作中存在著不同程度的“泵空”和“干抽”情況，工作效率低，能耗大，無(wú)效行程增加孤島油田進(jìn)入開發(fā)中后期，部分區(qū)塊由于含水上升，開發(fā)難度加大設(shè)備老化，機(jī)械采油耗電量增加。電動(dòng)機(jī)的平均負(fù)荷率僅為20%一30%，部分電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率更低，造成能源的極大浪費(fèi)。在采油成本中，抽油機(jī)電費(fèi)占30%左右，年耗電量占油田總耗電量的20%-30%，為油田電耗的第二位，僅次于注水。如果一臺(tái)抽油機(jī)節(jié)省一點(diǎn)能源消耗，則整個(gè)經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)驚人的。面對(duì)現(xiàn)狀，孤島采油廠加強(qiáng)內(nèi)部用電管理，優(yōu)化抽油機(jī)倒發(fā)電與節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)，電量消耗得到有效控制。1.4游梁式抽油機(jī)運(yùn)行技術(shù)分析游梁式抽油機(jī)，性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，維修方便，是我廠普遍采用的抽油機(jī)。雖然其抽汲速度慢，卻一直是世界上使用的主要抽油設(shè)備，在我國(guó)的老油田，使用率在80%以上。孤島采油廠有稠油井900多口，生產(chǎn)井750口左右。游梁式抽油機(jī)使用率達(dá)99%。游梁式抽油機(jī)電機(jī)軸扭矩與時(shí)間的變化曲線如圖1所示。從圖1中可以看出，游梁式抽油機(jī)的負(fù)荷是周期性波動(dòng)變化的，同時(shí)在每個(gè)周期中存在負(fù)扭矩。由于所用電機(jī)的輸出功率是穩(wěn)定的，兩者的工作特性不匹配，造成了每個(gè)抽油周期中存在“倒發(fā)電”和“大馬拉小車”現(xiàn)象。“倒發(fā)電”的危害是十分大的，除了造成一部分電能損失外，還會(huì)極大的影響電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)。根據(jù)計(jì)算和測(cè)試，可造成20%左右的電能損耗，使功率因數(shù)降低0.4左右；再加上“大馬拉小車”造成的電能損耗及功率因數(shù)的降低、正常的機(jī)械摩擦損耗及電機(jī)發(fā)熱損耗，游梁式抽油機(jī)的效率不超過(guò)30%，電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)只有0.3左右。根據(jù)電業(yè)部門出臺(tái)的新法規(guī)，電機(jī)電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)達(dá)不到0.85就按一定比例罰款，這對(duì)使用地方電網(wǎng)供電的油田和油區(qū)來(lái)說(shuō)，提高抽油機(jī)電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)的問(wèn)題迫在眉睫。二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案圖2所示為本系統(tǒng)的組成原理框圖，本系統(tǒng)采用功能單元模塊化結(jié)構(gòu)，其總體方案主要包括交流電源控制變流器單元；不平衡饋能自動(dòng)處理單元；檢測(cè)與保護(hù)控制單元；單片機(jī)系統(tǒng)控制單元。單片機(jī)系統(tǒng)控制模塊作為整個(gè)系統(tǒng)的智能化控制核心，連續(xù)不斷地通過(guò)檢測(cè)與保護(hù)控制單元模塊，對(duì)抽油機(jī)電機(jī)的電流、功率因數(shù)和功率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)而對(duì)電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行綜合判斷，并通過(guò)電源控制功率模塊，對(duì)電機(jī)繞組的工作電壓實(shí)施平滑控制。本方案采用16位高檔單片機(jī)完成電機(jī)工作電壓的尋優(yōu)控制算法，使抽油機(jī)電機(jī)總是運(yùn)行于功率因數(shù)和效率最佳的工作狀態(tài)。采用先進(jìn)的高頻PWM控制技術(shù)，使系統(tǒng)具有供電波形好（電機(jī)電流很接近正弦波），諧波含量少等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)將倒發(fā)電能量吸收與處理單元模塊和電機(jī)并行連接，通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)控制模塊、檢測(cè)與保護(hù)控制單元模塊的配合，完成倒發(fā)電吸收單元與抽油機(jī)電機(jī)之間的檢測(cè)反饋、切換和協(xié)調(diào)控制，并通過(guò)閉環(huán)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)達(dá)到功率的跟蹤平衡效果。三、電路與軟件設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)采用逆變式PWM變流器實(shí)現(xiàn)，其主電路如圖3所示。圖3逆變式PWM變流器主電路圖電路中的自關(guān)斷器件采用了IGBT，具有較快的響應(yīng)速度，適合跟蹤負(fù)荷調(diào)節(jié)輸出電壓，解決“大馬拉小車”的問(wèn)題。給主電路的直流側(cè)電容并聯(lián)一個(gè)由IGBT與能耗電阻R0組成的泵升電壓限制電路。當(dāng)抽油機(jī)處于倒發(fā)電狀態(tài)時(shí)，控制電路使V0開關(guān)導(dǎo)通，把電動(dòng)機(jī)反饋的電能消耗在叫上。Ro用套管式散熱器制作，并套在井口附近的油管上，給管內(nèi)原油加熱，減少管壁結(jié)臘。該變流器主電路的整流電路采用二極管整流，使輸入電壓與輸入電流相比沒(méi)有相位滯后，即使輸入電流中含有諧波成分，輸入回路總的功率因數(shù)能接近于1。逆變電路采用PWM控制方式，可以大大減少輸出電壓中所含諧波，使輸出電流接近正弦波，而對(duì)輸出回路的基波功率因數(shù)沒(méi)有影響。因此，采用該逆變式PWM變流器，可以使電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)得到大大提高。逆變式PWM變流器的控制電路選用了Intel公司的16位高檔單片機(jī)80C196MC作為控制核心，該單片機(jī)配有專門的PWM波形發(fā)生器，特別適合于逆變器控制。檢測(cè)與保護(hù)電路對(duì)系統(tǒng)的電壓、電流、溫度等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)并通知單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算處理后，向相應(yīng)的控制元件發(fā)出指令，從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、再生反饋電壓、過(guò)溫及輕載與過(guò)載保護(hù)。該變流器控制軟件框圖如圖4，圖4變流器控制軟件框圖電機(jī)運(yùn)行以后，各檢測(cè)電路所檢測(cè)的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào),通過(guò)查表與計(jì)算處理得出波形發(fā)生器所需的控制參數(shù)，從而控制波形發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波。、FACTS中控制器的使用4.1靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC靜止無(wú)功補(bǔ)償器的典型代表是晶閘管投切的電容器(TSC)，和晶閘管控制的電抗器(TCR)。實(shí)際應(yīng)用中，將TCR與并聯(lián)電容器配合使用，根據(jù)投切電容器的元件不同，可分為TCR與固定電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器，和TCR與斷路器投切電容器配合使用的補(bǔ)償器，以及TCR與TSC配合使用的無(wú)功補(bǔ)償器。這些組合而成的SVC的重要特性是它能連續(xù)調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置的無(wú)功功率，進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使補(bǔ)償點(diǎn)的電壓接近維持不變，但SVC只能補(bǔ)償系統(tǒng)的電壓，其無(wú)功輸出與補(bǔ)償點(diǎn)節(jié)點(diǎn)電壓的平方成正比，當(dāng)電壓降低時(shí)其補(bǔ)償作用會(huì)減弱。SVC的主要作用是電壓控制，采用適當(dāng)?shù)目刂品绞胶螅琒VC也可以有阻尼系統(tǒng)功率振蕩和增加穩(wěn)定性等作用。目前，SVC技術(shù)已經(jīng)比較成熟，國(guó)外從60年代就已經(jīng)開始應(yīng)用SVC，七十年代末開始用于輸電系統(tǒng)的電壓控制，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，不僅將靜止無(wú)功補(bǔ)償器，用于輸電系統(tǒng)的電壓控制，也用于配電系統(tǒng)的補(bǔ)償和控制，還可用于電力終端用戶的無(wú)功補(bǔ)償一電壓控制。4.2靜止同步補(bǔ)償器STATCOM靜止同步補(bǔ)償器也可以稱為ASVG有源靜止無(wú)功發(fā)生器。它的基本原理是將自換相橋式電路直接或者通過(guò)電抗器并聯(lián)到電網(wǎng)上，適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，就可以使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。ASVG根據(jù)直流側(cè)采用的電容和電感兩種不同的儲(chǔ)能元件，可以分為電壓型和電流型。它可以通過(guò)控制其容性或感性電流，與系統(tǒng)交換無(wú)功，在任何系統(tǒng)電壓的情況下都能輸出額定的無(wú)功功率，與SVC相比，在系統(tǒng)故障的情況下靜止同步補(bǔ)償器維持系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和抑制系統(tǒng)振蕩的作用較明顯；近二十幾年，靜止同步補(bǔ)償器受到了國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的普遍重視，日本從1980年研制出第一臺(tái)20Mvar的強(qiáng)迫自換相的橋式ASVG，1991年又投入了一臺(tái)±80Mvar的ASVG成功地運(yùn)行在154kV的輸電線路上，而美國(guó)于1995年投入了一臺(tái)土lOOMvar的ASVG。我國(guó)清華大學(xué)和河南電力局共同研制成功了一臺(tái)±20Mvar的靜止無(wú)功補(bǔ)償器，并于1999年在河南洛陽(yáng)朝陽(yáng)變電所投入運(yùn)行。并聯(lián)蓄能系統(tǒng)并聯(lián)蓄能裝置包括蓄電池蓄能系統(tǒng)(BESS)和超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)器(SMES)等，是采用并聯(lián)式電壓源換流器的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，其換流器可通過(guò)快速調(diào)節(jié)向交流系統(tǒng)供給或吸收電能。將SMES用于兩機(jī)系統(tǒng)的頻率控制，可以有效地抑制兩系統(tǒng)之間的頻率偏移。也可將SMES與靜止移相器相結(jié)合用于互聯(lián)系統(tǒng)負(fù)荷頻率控制。但這種超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置不但技術(shù)要求高而且在目前的條件下投資費(fèi)用比較昂貴，大量投入系統(tǒng)運(yùn)行還存在一定的困難。4.4晶閘管控制的串聯(lián)電容器TCSC晶閘管控制的串聯(lián)電容器的模塊主要由串聯(lián)電容和含有電抗、晶閘管開關(guān)的并聯(lián)回路組成，通過(guò)可控硅控制可以靈活、連續(xù)地改變補(bǔ)償容量，達(dá)到快速響應(yīng)的效果。TCSC在改善電力系統(tǒng)性能方面有很多優(yōu)點(diǎn)，將TCSC用于高壓輸電系統(tǒng)，可發(fā)揮現(xiàn)有系統(tǒng)的潛力，提高功率傳輸極限，靈活地調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流，增加系統(tǒng)阻尼作用，是保證超高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。TCSC與其它FACTS裝置相比，潮流控制功能比較簡(jiǎn)單,受到了GE、ABB和Siemens等大公司的關(guān)注和重視。在美國(guó)有三處已經(jīng)安裝了TCSC，并且運(yùn)行良好，瑞典、巴西等國(guó)家也相繼將TCSC投入實(shí)際運(yùn)行。我國(guó)在伊敏電廠至齊齊哈爾地區(qū)的馮屯變電站的雙回輸電線上采用串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)。4.5靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器是以DC/AC逆變器為基本結(jié)構(gòu)，它的基本原理是向線路注入一個(gè)與電壓相差90的可控電壓，以快速控制線路的有效阻抗、從而進(jìn)行有效地系統(tǒng)控制。它在系統(tǒng)中的作用有些類似于TCSC，但是，它控制潮流的能力遠(yuǎn)大于單方向減少線路阻抗功能的TCSC控制器，并且諧波含量小。4.6晶閘管控制的移相變壓器TCPST晶閘管控制的移相變壓器是利用可控硅開關(guān)控制移相角度從而改變線路兩側(cè)的移相角來(lái)控制潮流的大小或方向。移相器的發(fā)展比較早，早在三十年代第一臺(tái)移相器已經(jīng)在美國(guó)投入運(yùn)行，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，70年代開始各國(guó)電力專家將晶閘管與移相器相結(jié)合開始進(jìn)行晶閘管控制的移相器TCPST的研究。經(jīng)研究表明TCPST具有提高聯(lián)絡(luò)線傳輸潮流，抑制小干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，阻尼功率振蕩，母線電壓控制，規(guī)約聯(lián)絡(luò)線潮流等功能，晶閘管控制的移相器的控制速度快，相角階梯可以很小，甚至達(dá)到無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，但晶閘管控制的移相器有一個(gè)缺點(diǎn)，它本身需要消耗無(wú)功功率，運(yùn)行中一般需要與無(wú)功補(bǔ)償裝置聯(lián)合使用，并且諧波的含量較高，因此對(duì)電能質(zhì)量有一定的影響4.7可轉(zhuǎn)換式靜止補(bǔ)償器CSC可轉(zhuǎn)換式靜止補(bǔ)償器是近兩年推出的FACTS控制器的一種新產(chǎn)品，它實(shí)際上是將基于同步變流器的串并聯(lián)補(bǔ)償器技術(shù)，通過(guò)在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)柔性化，使其可以更加靈活地應(yīng)對(duì)不斷變化的電力系統(tǒng)要求。CSC是由2臺(tái)電壓源換流器、一個(gè)與輸電線并聯(lián)的變壓器和2個(gè)串聯(lián)的變壓器組成。通過(guò)開關(guān)的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償器的不同運(yùn)行工作狀態(tài)，根據(jù)控制目標(biāo)的不同CSC可以提供靜止同步無(wú)功補(bǔ)償器，靜止同步串聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償器、統(tǒng)一潮流控制器和線間潮流控制器4種基本控制方式。4.8統(tǒng)一潮流控制器UPFCUPFC的概念是由美國(guó)西屋科技中心的L.Gyugyi于1992年首次推出的，統(tǒng)一潮流控制器是一種從原有潮流控制裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的新型潮流控制裝置，它由一個(gè)并聯(lián)的換流器和一個(gè)串聯(lián)的換流器通過(guò)公共側(cè)的電容耦合而成，僅僅通過(guò)控制量的變化就可以分別實(shí)現(xiàn)并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償或移相器的功能，也可以將三者的功能結(jié)合使用。通過(guò)不同控制策略的設(shè)計(jì)，UPFC不但可以用于控制母線電壓。線路潮流、提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性，抑制系統(tǒng)振蕩，而且可以快速地轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)以適應(yīng)系統(tǒng)的緊急狀態(tài)的需要。它被認(rèn)為是FACTS家族中最有代表性、功能最強(qiáng)大和技術(shù)最復(fù)雜的成員。五、抽油機(jī)的節(jié)能措施5.1.采用節(jié)電驅(qū)動(dòng)設(shè)備雙功率電動(dòng)機(jī)石油大學(xué)與勝利油田合作進(jìn)行了雙功率電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，其定子繞組是兩個(gè)可以并聯(lián)運(yùn)行的繞組。電控箱中有一個(gè)電流檢測(cè)電路，能夠?qū)崿F(xiàn)繞組的自動(dòng)切換。啟動(dòng)時(shí)兩個(gè)繞組分時(shí)投入，根據(jù)負(fù)荷的變化以不同的繞組運(yùn)行。如果抽汲工況變化，負(fù)荷較大時(shí)，兩個(gè)繞組都投入。這樣，電動(dòng)機(jī)在各種狀況下都有較高的負(fù)荷率，運(yùn)行效率和功率因數(shù)都有較大的提高，原有電動(dòng)機(jī)的改造成本也低。蓄能器蓄能器用來(lái)增加抽油機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，充分發(fā)揮其動(dòng)能的均衡作用，具體做法是，在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，首先帶動(dòng)合適轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的飛輪旋轉(zhuǎn)，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，再閉合離合器，啟動(dòng)抽油機(jī)，只要電動(dòng)機(jī)的額定功率大于抽油機(jī)的平均功率，抽油機(jī)就能平穩(wěn)工作，因而可降低電動(dòng)機(jī)容量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。調(diào)壓節(jié)能裝置可控硅調(diào)壓是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率的變化不斷調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸入端電壓，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入電壓隨著抽油機(jī)井的載荷變化自行調(diào)節(jié)，即載荷小時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸入電壓下降，載荷大時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸入電壓升高。減少了電動(dòng)機(jī)的損耗，提高了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。5.2．改進(jìn)結(jié)構(gòu)型式5.2．1偏置式抽油機(jī)這種抽油機(jī)曲柄平衡重中心線與曲柄對(duì)稱中心線偏離一個(gè)角度，所以人們稱它為偏置型游梁式抽油機(jī)（簡(jiǎn)稱偏置機(jī)）。偏置機(jī)是對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)“慢提快放”，改變抽油機(jī)曲柄軸凈扭矩曲線的形狀和大小，使其波動(dòng)平坦，減小負(fù)扭矩，從而小抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)，提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，達(dá)到節(jié)能目的。5.2．2前置式抽油機(jī)前置式抽油機(jī)多為重型長(zhǎng)沖程抽油機(jī)。目前生產(chǎn)的12型，16型兩種機(jī)型已在油田廣泛使用。從工作扭矩曲線分析，前置式抽油機(jī)平衡后的理論凈扭矩曲線是一條比較均勻的接近水平的直線，因此其運(yùn)行平衡，減速箱齒輪基本無(wú)反向負(fù)荷，連桿游梁不易疲勞損壞，機(jī)械磨損小，噪聲比常規(guī)式抽油機(jī)低，整機(jī)壽命長(zhǎng)。改進(jìn)平衡方式平衡相位角前面提到的偏置抽油機(jī)的曲柄平衡塊重心與曲柄軸中心連線和曲柄銷中心與曲柄軸中心連線之間構(gòu)成一定的夾角，稱為平衡相位角。這個(gè)角的存在主要是因?yàn)楦淖儏?shù)后抽油機(jī)的與下死點(diǎn)對(duì)應(yīng)的曲柄位置比常規(guī)機(jī)“滯后”了一個(gè)相位角。為了平衡扭矩與載荷扭矩對(duì)齊，偏置了這樣一個(gè)角度。很多其它結(jié)構(gòu)的抽油機(jī)也應(yīng)用了這一平衡方法。5.3.2氣動(dòng)平衡氣動(dòng)平衡重量輕，比機(jī)械平衡輕40%，平衡效果好，比機(jī)械平衡轉(zhuǎn)矩下降10%，節(jié)能效果顯著，比機(jī)械平衡能耗降低28.15%，但氣動(dòng)平衡的可靠性較差。而且受到各方面條件的制約，未能大量推廣使用。游梁偏置復(fù)合平衡它是基于常規(guī)機(jī)結(jié)構(gòu)不變，在游梁尾部增加固定偏置平衡裝置，其重心相對(duì)游梁下偏一個(gè)角度。變矩平衡所謂變矩平衡原理：即抽油機(jī)尾梁平衡配重的力臂是變化的，因此平衡扭矩也是變化的。在上沖程抽油載荷最大時(shí)，其平衡重的力臂也最大，下沖程時(shí)平衡塊儲(chǔ)能以克服負(fù)扭矩。從而提高了電機(jī)的功率利用率這種動(dòng)態(tài)平衡節(jié)能技術(shù)解決的是抽油載荷正常生產(chǎn)時(shí)的周期變化。采用節(jié)能監(jiān)控裝置多功能程控裝置目前抽油機(jī)用電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)僅為0.3-0.6左右，有的甚至更低，造成電網(wǎng)無(wú)功損失；大慶石油學(xué)院研制的DSC系列抽油機(jī)多功能程控裝置較好地解決了這一問(wèn)題。DSC多功能程控裝置有程控啟動(dòng)、斷電保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路及無(wú)功補(bǔ)償?shù)榷囗?xiàng)功能。這可視為是我國(guó)抽油機(jī)無(wú)人監(jiān)控由定時(shí)巡查走向自動(dòng)監(jiān)控的起步。間抽定時(shí)控制裝置該裝置可以根據(jù)油井工況和抽油工藝要求伺服調(diào)整電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)間，選定開停次數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油井間抽定時(shí)控制，從而避免抽空現(xiàn)象對(duì)于老油井，低產(chǎn)井無(wú)疑是一絕好的節(jié)能手段和增產(chǎn)措施，該裝置由華北采研所研制，頗受油田歡迎。采用節(jié)能傳動(dòng)元件5.5.1窄V帶傳動(dòng)近二十年來(lái)，窄V帶在美、英、德、日、俄羅斯等國(guó)早已普及推廣。目前在國(guó)內(nèi)石油礦場(chǎng)己大量應(yīng)用。窄V帶具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)承載能力，比普通三角帶高30%-50%；傳動(dòng)效率高，可達(dá)96%-98%，比普通三角帶高4.5%（普通三角帶傳動(dòng)效率只有92%-93%）；工作壽命長(zhǎng)可達(dá)2000-3000小時(shí)，比普通三角帶長(zhǎng)3-7倍。5.5.2同步帶傳動(dòng)1986年大慶石油學(xué)院與樺林橡膠總廠開始研制同步帶。同步帶傳動(dòng)效率高，可達(dá)99%。傳動(dòng)比準(zhǔn)確，永不打滑。是一種很有技術(shù)前途的新型傳動(dòng)帶。同步帶問(wèn)世于70年代，日本應(yīng)用最早。1985年美國(guó)率先首次應(yīng)用于抽油機(jī)，獲得令人滿意的效果。同步帶比普通三角帶節(jié)能14.4%。研究開發(fā)新型節(jié)能抽油機(jī)鏈條式無(wú)游梁抽油機(jī)利高原公司生產(chǎn)的長(zhǎng)沖程、低沖次、ROTAFLEX鏈條驅(qū)動(dòng)的皮帶式抽油機(jī)是一種全新結(jié)構(gòu)的高性能有桿抽油設(shè)備，該機(jī)可以滿足下泵深抽、大泵排液、長(zhǎng)沖程低沖次抽稠采油工藝中高含水期油井加深泵掛大排量的需要，是一種高效節(jié)能經(jīng)濟(jì)性好的機(jī)種。液壓抽油機(jī)液壓抽油機(jī)由液力、電動(dòng)、氣動(dòng)元件結(jié)合組成。其特點(diǎn)是：（1）沖程長(zhǎng)度和速度可以任意調(diào)節(jié)，液控元件可通過(guò)儀表隨時(shí)顯示抽油桿的瞬時(shí)負(fù)荷，示功儀亦可預(yù)先裝在抽油機(jī)上，以觀察全機(jī)運(yùn)行情況；（2）上下沖程的速度可以單獨(dú)控制，使抽油桿受力比較平穩(wěn)、合理；（3）輕便。數(shù)控抽油機(jī)數(shù)控抽油機(jī)是近幾年研制的機(jī)電一體化的抽油裝置，數(shù)控抽油機(jī)采用了全數(shù)控電力拖動(dòng)系統(tǒng)，綜合了微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、過(guò)程控制技術(shù)，是按照機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)思想精心制作的電子機(jī)械裝置。寬帶長(zhǎng)沖程抽油機(jī)該機(jī)仍然采用普通異步交流電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力并采用了和游梁方式等，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)節(jié)能的目的，減小能源消耗，降低采油成本，已經(jīng)有一大批新型的抽油機(jī)相繼投入油田開采。在開發(fā)新產(chǎn)品的同時(shí)，也要對(duì)現(xiàn)有抽油機(jī)實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造，不斷地推廣節(jié)能技術(shù)。而在研究節(jié)能抽油機(jī)的同時(shí)，系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和使用維護(hù)方便是生產(chǎn)廠家和用戶所特別關(guān)注的問(wèn)題。研究經(jīng)濟(jì)、可靠耐用、節(jié)能效果顯著的抽油機(jī)有著廣闊的發(fā)展前景，具有重大的潛在工程應(yīng)用背景，科式抽油機(jī)相似的皮帶傳動(dòng)及減速器作減速裝置，是當(dāng)前油田機(jī)械裝備研究的熱點(diǎn)方向之一。摩擦式抽油機(jī)摩擦式抽油機(jī)通過(guò)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)減速器帶動(dòng)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)觸點(diǎn)換向開關(guān)換向，使抽油桿上下運(yùn)動(dòng)來(lái)抽汲油液。鋼絲繩一端通過(guò)懸繩器與光桿連接，另一端與配重箱連接，根據(jù)示功圖載荷的大小可調(diào)整配重鐵，以調(diào)節(jié)摩擦輪兩端的拉力差，做到精確平衡。直線電機(jī)抽油機(jī)由于游梁式抽油機(jī)是利用電能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，減速后再經(jīng)四連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其傳動(dòng)系統(tǒng)能量損失高，加上旋轉(zhuǎn)特性造成啟動(dòng)扭矩大，系統(tǒng)效率一般不超過(guò)30%。六、游梁式抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)今后的發(fā)展1．在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，油田開發(fā)必須以經(jīng)濟(jì)效益為中心。因此，依靠技術(shù)，節(jié)能降耗，挖潛增效是油田開發(fā)永恒的主題，也是節(jié)能型抽油機(jī)發(fā)展的方向。2．節(jié)能型抽油機(jī)的發(fā)展，必須使其技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性相統(tǒng)一，而且技術(shù)性永遠(yuǎn)是第一位的。即必須在保證其正常運(yùn)行的前提下，才能提高節(jié)能效果和整機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。過(guò)分強(qiáng)調(diào)其節(jié)能效果和整機(jī)價(jià)格低廉，將會(huì)犧牲整機(jī)的安全性和使用壽命，故障率也高，不利于生產(chǎn)。3．節(jié)能型抽油機(jī)的發(fā)展，經(jīng)國(guó)內(nèi)各油田十幾年的探索證明：近期內(nèi)必須立足于在常規(guī)游梁式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上求發(fā)展，繼承其優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，才能形成適于野外生產(chǎn)的節(jié)能新型機(jī)。4．節(jié)能型抽油機(jī)的設(shè)計(jì)制造必須盡可能的使抽油機(jī)平衡曲線和抽油機(jī)載荷曲線的變化規(guī)律相抵消，而且和不同階段的抽油機(jī)載荷相適應(yīng)。5．智能化抽油機(jī)是節(jié)能型抽油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向。6．評(píng)價(jià)新型高效節(jié)能抽油機(jī)的綜合標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該遵守的原則。即：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠耐用，操作簡(jiǎn)便，維護(hù)容易，節(jié)能效果好，調(diào)參方便及整機(jī)價(jià)格低。七、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果變流器實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：在實(shí)驗(yàn)室中，用示波器繪出了幾條變流器輸出波形，它們是兩路線電壓波形、電機(jī)電流波形（輕載）、電機(jī)電流波形（加載）及Y接電機(jī)兩路相電壓波形。由于篇幅的限制，這里只給出有代表性的兩個(gè)波形圖，即圖5。圖中可以看出，不論輕載還是加載，經(jīng)PWM控制方式控制的變流器輸出電流波形，正弦波形保持良好，特別是沒(méi)有換流電壓尖峰，對(duì)器件耐壓要求較低，使變流器具有了較高的可靠性。八、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果變流器樣機(jī)完成以后，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行