潜油电泵智能节电装置的研制

潜油电泵智能节电装置的研制

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毕洪波1,2,张玉波1

(1.东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江大庆　163318;2.北京邮电大学,北京　100876)

摘　要:在进入高含水期的油田开发中,潜油电泵得到广泛应用,而如何提高其采油系统效率,降低电泵采油井耗电量,成为油田节能减排工作的重点。本文设计了一种新型智能潜油电泵有载调压变压器,给出了结构组成及工作流程,进行了室内外的现场实验,结果表明,该装置可以有效地选择最佳电压,节电效果显著。

关键词:混沌;RBF 神经网络;电力负荷;预测

中图分类号:T E933+.3 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)07—0037—03 在油田开采中,如何最大限度降低生产成本,达到产能利益的最大化,已经成为油田实现节能降耗的一个重要方面。潜油电泵是油田中使用的一种重要的机械采油设备,是油田高产稳产的重要手段,同时也是油田主要的消耗设备之一,因此其综合节能

技术日益受到人们的关注[1]

。推广使用潜油电泵系统节能技术使潜油电泵机组更加节约电能,降低损耗,对于提高配电设备的供电能力是极其有利的,将

给用户带来显著的经济和社会效益[2]

。

本文设计了一种潜油电泵智能节电装置,通过自动控制最佳运行电压,在不需要大幅提高成本的前提下,通过电泵井地面设备的技术改造,有效降低了电泵井的能耗,取得了明显的经济效益。1　潜油电泵智能节电装置的组成

当油井处于长期开采状况下,井液会随之发生改变,但机组仍然运行在初始状态,导致机组欠载运行,电机工作效率低,造成对电力能源的浪费。针对这样工况不理想的油井,智能节电装置自动调整电机的工作电压、电流,使电机工作在与负载相适应的

工作点,便可以节省电能[3]

。

本文设计的潜油电泵智能节电装置由三部分组成:

1.1　测量系统

其作用是将主回路中的电机电压和电流信号转换为弱电信号,同时,将有载调压变压器的档位信号进行处理,便于潜油电泵节电器CPU 进行使用。1.2　潜油电泵节电控制器

其作用是信息采集、显示,电压优化计算,变压器的控制。

3　有载调压变压器

其作用是根据控制器要求调到最佳电压档位,

给潜油电泵供电。

该装置的外观如图1

所示。

图1　潜油电泵智能节电控制器

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　潜油电泵智能节电装置的工作原理

图　潜油电机消耗功率随电压变化曲线图

实现智能节电的关键是要确定最佳的运行电

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　2012年第7期 内蒙古石油化工

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收稿日期3

1.2:2012-02-1

压,即最佳节能点。对于最佳节能点的选择,本文首先分析了潜油电机消耗功率随电压变化的规律,在拖动同一负载的情况下,电压不同,电机的功率损失也将不同,而且电压过高或者过低,都将导致电机的功率可损失率增大(效率降低),电压为某值时电机的功率损失达到最小值,该值为电机拖动该负载的经济运行电压[4]。如图2所示。

从图2可以看出:电压不同,电机总损耗也不同,进而使消耗功率也不同,功率消耗的最低点也就是功率损耗的最低点,其对应的电机外加电压就是潜油电机最佳运行电压。

为方便分析潜油电机,现作两点假设:井深、油液面、油的粘稠度等抽汲参数确定,

即电动机的输出有功功率保持不变;电动机的磁路保持线性,即电动机的磁路不饱和。

则潜油异步电机的转矩特性如下:

T em =m 180U 21

r ′2S (r 1+r ′2S

)2+(X 1+X ′2)

2

(1)

而电机转子电流I 2由以下因素决定:

I ′

2=

U 1(r 1+r ′2S

)2+(X 1+X ′2)

2

(2)由公式(1)和(2)可得定子电流和电机电压之间的对应关系,则当井下负载发生变化时,若能通过适当调整电源电压至最佳值时,则定子电流始终将保持为最小值,即可实现节能目的[5,6]。

为此,本文采用智能有载调压变压器给潜油电机供电,构建了节电控制器的基本架构。其工作的基本原理是:潜油电泵节电控制器采集到主回路的电流和电压,计算实时的有功功率、无功功率和功率因数,综合考虑有功功率和电流之后,判断当前电压是否为最优,是最优值则无须调节;否则预测出电压最优值,向有载调压变压器发出调节命令,由变压器完成分接头的切换。经过数次切换后,变压器即可输出最优值电压。3　实验结果

图2为智能节电器在实验井的测试数据,电机额定电压为700V ,功率为37kW ,额定排量为200m 3/d,实际排量为150m 3/d 时的数据图。

在实际排量为150m 3

/d 时,电机的有功功率和无功功率随电压降低而显著降低,但是电机电流存在拐点,该点表明此时电机的转子电流开始增大,电机的转差增大加快,不宜再过大的降低电压了,可以确定最佳的运行电压。此时,有功节电率为5%;无功节电率为5%;综合节电率为3%

。

图3　排量150m 3/d 时的数据图

表1和表2分别是各油井在应用智能节电装置前后的参数对比。

　表1　应用智能节电装置的油井参数(产液、动液面)对比

采油厂

井号

8月份油井参数

(应用前)

10月份油井参数

(应用后)

产液(m 3/d )动液面(m )产液(m 3/d)动液面(m)

一厂东6-465.57554.8868552.4二厂

N13-40105489.698433.78N 33-B 3292705.695751.4X44-P2*******.4134630四厂X -4-22

7574672702X5D4-15264826.662796.2五厂X 83-37138620.8141660.4六厂

L5-3215163539.8168560.2L 6-2415

70

440.2

68

451.9

表2

应用智能节电装置的油井参数

(电流、电压和功率因数)对比

采油厂井号

8月份油井参数(应用前)

10月份油井参数(应用后)

电压(V)电流(A)功率因数电压(V )电流(A )功率因数

一厂东6-4804340.72767310.83二厂

N13-40

900400.71890370.81N 33-B 32680280.73660260.82X44-P261040360.76960360.83四厂X -4-22

520

300.72500290.88X5D 56656五厂X 33333633六厂

L 5353636L 65

638

内蒙古石油化工 2012年第7期　

10.247.118.44-124020.778020.888-7900.78800.84-21110090.7102080.8-2411000

29

0.8

920

29

0.79