一、 前言

進入21世紀，伺服驅動技術得益于其優(yōu)異的節(jié)能特性和速度特性，在我國油田中得到廣泛應用，中國產(chǎn)值能耗是世界上最高的國家之一。要解決產(chǎn)品能耗問題，除 其它相關的技術問題需要改進外，變頻調(diào)速技術已成為節(jié)能及提高產(chǎn)品質量的有效措施。
油田作為一個特殊行業(yè)，有其獨特的背景，油田中變頻器的應用主要集中在 游梁式抽油機控制、電潛泵控制、注水井控制和油氣集輸控制等幾個場合。游梁式抽油機俗稱“磕頭機”，是目前各個油田所普遍采用的抽油機，但是目前的抽油機 系統(tǒng)普遍存在著效率低、能耗大、沖程和沖次調(diào)節(jié)不方便等明顯的缺點。本文主要介紹BWS-BBH系列伺服驅動器在游梁式抽油機上的應用。

一、 磕頭機的工作原理

游梁式抽油機實物圖所示,當磕頭機工作時，驢頭懸點上作用的載荷是變化的。上沖程時，驢頭懸點需提起抽油桿柱和液柱，在抽油機未進行平衡的條件 下，電動機就要付出很大的能量。在下沖程時，抽油機桿柱轉而對電動機做功，使電動機處于發(fā)電機的運行狀態(tài)。抽油機未進行平衡時，上、下沖程的載荷極度不均 勻，這樣將嚴重地影響抽油機的四連桿機構、減速箱和電動機的效率和壽命，惡化抽油桿的工作條件，增加它的斷裂次數(shù)。為了消除這些缺點，一般在抽油機的游梁 尾部或曲柄上或兩處都加上了平衡重，如圖1所示。這樣一來，在懸點下沖程時，要把平衡重從低處抬到高處，增加平衡重的位能。為了抬高平衡配重，除了依靠抽 油桿柱下落所釋放的位能外，還要電動機付出部分能量。在上沖程時，平衡重由高處下落，把下沖程時儲存的位能釋放出來，幫助電動機提升抽油桿和液柱，減少了 電動機在上沖程時所需給出的能量。目前使用較多的游梁式抽油機，都采用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油機的一個工作循環(huán)中，有兩個電動機運行狀態(tài)和兩 個發(fā)電機運行狀態(tài)。當平衡配重調(diào)節(jié)較好時，其發(fā)電機運行狀態(tài)的時間和產(chǎn)生的能量都較小。

二、 BWS伺服驅動器在抽油機的控制問題

目前，在勝利油田采用的抽油設備中，以游梁式抽油機最為普遍，數(shù)量也最多。其數(shù)量達十萬臺以上。抽油機用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(shù)低，電能浪費大。因此，抽油機節(jié)能潛力非常巨大，石油行業(yè)也是推廣“電機系統(tǒng)節(jié)能”的重點行業(yè)。

2.1 BWS伺服驅動器在抽油機的控制問題主要體現(xiàn)在如下幾個方面
一方面是再生能量的處理問題,如圖2所示，游梁式抽油機運動為反復上下提升，一個沖程提升一次，其動力來自電動機帶動的兩個重量相當大的鋼質滑塊，當滑塊 提升時，類似杠桿作用，將采油機桿送入井中；滑塊下降時，采油桿提出帶油至井口，由于電動機轉速一定，滑塊下降過程中，負荷減輕，電動機拖動產(chǎn)生的能量無法被負載吸引，勢必會尋找能量消耗的渠道，導致電動機進入再生發(fā)電狀態(tài)，將多余能量反饋到電網(wǎng)，引起主回路母線電壓升高，勢必會對整個電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，導致 電網(wǎng)供電質量下降，功率因數(shù)降低的危險；頻繁的高壓沖擊會損壞電動機，造成生產(chǎn)效率降低、維護量加大，極不利于抽油設備的節(jié)能降耗，給企業(yè)造成較大經(jīng)濟損失。

另一方面是沖擊電流問題，如圖二所示游梁式抽油機是一種變形的四連桿機構，其整機結構特點像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對于支架來說，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致，那么用很小的動力就可以使抽油機連續(xù)不間斷地工作。也就是說抽油機的節(jié)能技術取決于平衡的好壞。在平衡率為100％時電動機提供的動力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，則需要電動機提供的動力越大。因為，抽油載荷是每時每刻都在變 化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，才使得游梁式抽油機的節(jié)能技術變得十分復雜。因此，可以說游梁式抽油機的節(jié)能技術就是平衡技術。