邁信MR500系列是一款高性能矢量控制變頻器：采用全新硬件平臺，端子功能靈活多樣化，獨立風道設計，運行更穩定，產品具有完善的制動回路方案，內置自適應PID功能模塊，配置全面的保護功能及振蕩抑制功能。

1、引言

磕頭機電量約占油田總用電量的40%，運行效率非常低，平均運行效率只有25%，功率因數低，電能浪費大。因此，磕頭機節能潛力非常巨大，石油行業也是推廣“電機系統節能”的重點行業。

本文介紹了采用變頻調速技術，使磕頭機的運動規律適應油井的變化工況，實現系統效率的提高，達到節能增產的目的。

2、方案優勢

· 大大提高功率因數（0.25～0.5提高0.9以上），減小了供電電流，從而減小了電網及變壓器的負荷。

· 動態調整抽取速度，一方面節能，同時增加原油產量。

· 實現真正“軟起動”對電機變速箱磕頭機，避免過大機械沖擊，延長設備使用壽命。

3、負載分析

（1） 國內應用最廣泛的是游梁式豎井磕頭機，它有三部分組成：

地面部分：由電動機、減速器和四連桿構成；

井下部分：抽油泵（吸入閥、泵筒、柱塞和排油閥），它懸掛在套管中的下端；

抽油桿柱：連接地面磕頭機和井下抽油泵的中間部分。

（2） 磕頭機的電機負荷是按周期變化

開始起動時，負荷很大，要求啟動轉矩很大。正常運行時負荷率很低，一般在20%左右，高時負荷率只有30%。電機的負荷曲線有2個峰值，分別為磕頭機上、下沖程的“死點”。

未進行平衡的條件下，上、下沖程的負載極度不均衡，在上沖程時，需要提起抽油桿柱和液柱，電機需付出很大能量。在下沖程時，抽油桿柱對電機作功，使電機處于發電狀態。通常在磕頭機的曲柄上加上平衡塊，消除上下沖沖程負載不平衡度。平衡塊調節較好，其發電狀態的時間和產生的能量就小，由于抽油載荷是每時每刻在變化，平衡配重，不可能隨抽油負荷作完全一致的變化，絕大部分磕頭機配重嚴重不平衡，從而造成過大的沖擊電流，沖擊電流最大可是5倍的工作電流，甚至達到額定電流的3倍。調整好平衡配重，可降低沖擊電流是正常工作電流的1.5倍。

（3） 負載特性

是恒速運行，由于配重，是變轉矩，變功率負載在一個循環周期內有兩次發電狀態，起動力矩大、慣性大。

（4） 國內油田使用的磕頭機普遍存在的問題

運行時間長，“大馬拉小車”，效率低，耗能大，沖程和沖次調節不方便，有時空抽現象。

4、改造難點

磕頭機在一個工作循環中，有兩次發電狀態，尤其當配重不平衡時，產生的“泵升電壓”很高，靠加大變頻器直流側電解電容和減小制動電阻值，不能完全解決問題，并且隨著油層的變化，“泵升電壓”也在變化。

磕頭機起動需要較大的起動轉矩，如變頻器參數設置不當，易造成過流或不能起動。

以往的變頻節能改造設計方案很少考慮油井的油面、油濃度的變化等情況。在提高產量方面，效果不佳。

5、解決方案

（1） 采用變頻調速技術，使電機轉速與磕頭機負載匹配

在前期井中由于剛開采，油量大，讓變頻器運行到65Hz，電機轉速提高30%，采油率比工頻提高20%，工效提高1.2倍。在中、后期井中，油量減小，降低轉速，減少沖程，一般頻率運行至35～40Hz之間，電機轉速下降30%。節電率可達25%，而且提高了功率因數。

（2） 動態調節磕頭機的沖程頻次

隨著油井由淺入深的抽取，油量逐漸減小，出現泵充滿度不足，泵效下降，當油井的供油能力小于抽油泵排量時，就造成泵抽空和液擊現象。降低頻率，電機轉速下降，提高充滿度，不僅節能而且增加原油產量。

（3） 動態調節磕頭機上下行程的速度

適當降低下行程速度，提高泵內的充滿度，適當提高上行程速度，可減小提升中漏失系數，使磕頭機工作在最佳運行狀態。

（4） 起動力矩大，運行中負荷低，沖擊電流大

要從根本上解決問題，加大電動機極對數或增大減速箱速比，增大輸出力矩。變頻器正常運行80～90HZ。這也有利于減少發電狀態的能量，減少“泵升電壓”。

（5） 再生能量的處理問題

增大變頻器直流側濾波電容的容量；減少制動電阻值，提高制動系統的耗電能力，或直接使用回饋制動，減小能量損失。

（6） 防空抽，增產

動態調節磕頭機沖程頻次和上、下行程速度。設定電機的輸出功率標準值，實時檢測電機輸出功率，控制電機轉速，大于標準值，加速。反之減速，實現閉環控制。

6、變頻控制方案

· 系統有變頻運行和工頻運行兩種方式，當變頻出現故障時，可切換到工頻運行；

· 采用能耗制動來消耗“泵升電壓”；

· 采用PLC+變頻器控制系統。
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