一、概述

　　目前，在我國各油田的抽油機(jī)總數(shù)已超過10萬臺，是各油田的主要耗能設(shè)備。按每臺電機(jī)容量30KW（實際上不止于此，在油田使用最多的是37KW和45KW電機(jī)，部分使用55KW和75KW電機(jī)，30KW電機(jī)較少使用）計算，裝機(jī)總?cè)萘吭谌偃f千瓦以上。作為油田生產(chǎn)中使用最多的耗能設(shè)備，抽油機(jī)拖動電機(jī)的負(fù)載率普遍較低，造成能源浪費。

　　在實際開采作業(yè)過程中，抽油機(jī)受油井的井深、油質(zhì)、雜質(zhì)、含沙量、含水量等諸多客觀因素的影響，須經(jīng)常性地調(diào)整作業(yè)沖次、沖程，甚至于電機(jī)的功率；同時，由于油田所處地理位置、緯度的不同，以及所處地區(qū)的氣候等自然因素（一般是緯度越高，氣候越寒冷，石油的黏稠度越大），也會對開采作業(yè)產(chǎn)生影響，要求抽油機(jī)根據(jù)實際工況進(jìn)行相應(yīng)的速度調(diào)整。

　　鑒于以上所述油田抽油機(jī)的技術(shù)要求以及使用的社會效益，抽油機(jī)對電機(jī)控制系統(tǒng)的基本要求是：大范圍穩(wěn)定可靠的無級調(diào)速；具有比較顯著的節(jié)電效果。

二、BWS系列油田抽油機(jī)專用伺服控制系統(tǒng)

　　BWS系列伺服控制器是廣州博瑋伺服科技有限公司研制、開發(fā)的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的交流異步電機(jī)伺服控制器。其控制對象是普通的BWS三相交流異步電機(jī)，控制精度達(dá)到同步伺服電機(jī)的水平。BWS系列伺服控制器調(diào)速范圍廣，定位精度高，低速轉(zhuǎn)矩大，軟件功能完善。

　　在此基礎(chǔ)上，公司研制了BWS系列油田抽油機(jī)專用伺服控制系統(tǒng)。此伺服控制系統(tǒng)可結(jié)合抽油機(jī)的運行工況和油井的實際情況，及時地、自動地調(diào)整電機(jī)的運行速度、加速度、扭矩等參數(shù)，使原有拖動電機(jī)在高效、節(jié)能狀態(tài)進(jìn)行工作。通過在中原、勝利油田的實際應(yīng)用，證明了BWS系列油田抽油機(jī)專用伺服控制系統(tǒng)可以簡便而安全的進(jìn)行調(diào)速操作，大大降低了現(xiàn)場工作人員的工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，并取得了明顯的節(jié)能效果。

（一）BWS系列伺服控制系統(tǒng)的構(gòu)成

 　  BWS系列油田抽油機(jī)專用伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成圖。

 圖1  BWS系列油田抽油機(jī)專用伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成圖

（二）IMS系列伺服控制系統(tǒng)的特點

 BWS節(jié)能伺服控制柜

1、交-直-交的主電路

　　BWS系列伺服控制單元先將輸入的三相50Hz交流電變?yōu)橹绷?，再逆變?yōu)轭l率、電壓有效值可調(diào)的三相交流電供給拖動電機(jī)，從而起到如下作用：

① 有效消除由于輸入的電壓三相不平衡所導(dǎo)致的電機(jī)溫升增加及空載損耗，達(dá)到節(jié)電效果；

② 按抽油機(jī)所需的電機(jī)功率及時改變供給電機(jī)的電壓和電流，而對無功電流進(jìn)行有效控制，達(dá)到節(jié)電效果。

2、大范圍的速度控制

　　BWS系列伺服控制單元采用伺服控制，準(zhǔn)確地、大范圍地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，滿足了抽油機(jī)調(diào)整沖次的要求。

3、三倍額定轉(zhuǎn)矩的過載能力

　　BWS系列伺服控制單元在零至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有恒轉(zhuǎn)矩輸出特性，并具有三倍額定轉(zhuǎn)矩的過載能力。因此，在很低的轉(zhuǎn)速下，電機(jī)可以輸出額定轉(zhuǎn)矩并具有300%的過載能力，滿足了抽油機(jī)變負(fù)載的工作要求。

4、低速大轉(zhuǎn)矩的控制特性

　　BWS系列伺服控制單元在抽油機(jī)電機(jī)啟動的過程中，可以驅(qū)動電機(jī)輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。從而在轉(zhuǎn)速從0上升到設(shè)定值過程中，使電流平穩(wěn)，實現(xiàn)了真正的“軟啟動”。這樣不僅避免了對電網(wǎng)的沖擊，而且能夠延長電機(jī)的使用壽命并提高電動機(jī)的功率因素。如用于負(fù)荷較輕的油井，在伺服軟啟動的基礎(chǔ)上，完全可以用較小功率的電機(jī)取代原有的電機(jī)，進(jìn)一步地節(jié)約能源。

5、下慢上快的速度控制

　　BWS系列伺服控制單元通過速度與轉(zhuǎn)矩的可解耦以及獨立控制，實現(xiàn)了對抽油沖程下慢上快的速度控制，從而提高了抽油機(jī)的出油量。

6、具有內(nèi)部軟PLC功能

　　BWS系列伺服控制單元根據(jù)對力矩變化規(guī)律的分析，利用內(nèi)部軟PLC功能，編制抽油機(jī)的運行程序?qū)Τ橛蜋C(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行監(jiān)測；按照力矩的變化趨勢，設(shè)定電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不同控制方式，從而達(dá)到節(jié)電的目的。

三、BWS伺服控制柜的應(yīng)用實例

1、應(yīng)用實例一

地點：Z油田2-102井

測試日期：2003年3月29日

配備電機(jī)： 37kW普通異步電機(jī)（6極）

抽油機(jī)沖次：5次/分

測試時間：10分鐘

測試數(shù)據(jù)：

使用BWS伺服控制柜的節(jié)電率為8.3%。

2、應(yīng)用實例二

地點：S油田35-4206井

測試日期：2004年1月4日~2004年1月12日

配備電機(jī)：30kW普通異步電機(jī)（6極）

抽油機(jī)沖次：7次/分

測試時間：工頻和IMS伺服控制柜輪換運行（各24小時，共8天）

測試數(shù)據(jù)：

使用BWS伺服控制柜的節(jié)電率為19.7%。

3、應(yīng)用實例三

S油田24-14井現(xiàn)場圖

地點：S油田24-14井

測試日期：2004年7月21日

配套電機(jī)：30kW 電磁調(diào)速電機(jī)（8極）

30kW普通異步電機(jī)（6極）

抽油機(jī)沖次：2.5次/分

測試時間：40小時

使用BWS伺服控制柜的節(jié)電率為76%。

4、應(yīng)用實例四

地點：S油田28-7井

測試日期：2004年7月22日

配備電機(jī)：30kW 電磁調(diào)速電機(jī)（8極）

              30kW 普通異步電機(jī)（6級）

抽油機(jī)沖次：1.3次/分

測試時間：24小時

測試數(shù)據(jù)：

使用BWS伺服控制柜的節(jié)電率為81%。

四、結(jié)論

　　根據(jù)BWS系列伺服控制單元的設(shè)計原理、控制特點以及應(yīng)用實例的分析， 油田抽油機(jī)配備BWS系列節(jié)能伺服控制柜，具有如下優(yōu)勢：

1、調(diào)速操作簡便

　　由于BWS系列節(jié)能伺服控制柜具有大范圍、連續(xù)調(diào)速的特點，只需調(diào)整一個旋鈕即可實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的調(diào)速功能，滿足抽油機(jī)調(diào)整沖次的要求。對于現(xiàn)場工人而言，操作極為簡便。

2、工作強(qiáng)度減輕

　　由于使用BWS系列節(jié)能伺服控制柜調(diào)速操作簡便，無需在開采作業(yè)過程中更改抽油機(jī)及配套設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，大大降低了現(xiàn)場工人的工作強(qiáng)度。

3、生產(chǎn)效率提高

　　使用BWS系列節(jié)能伺服控制柜，在開采作業(yè)過程中無需停機(jī)進(jìn)行調(diào)整；同時，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(jī)的出油量。這些因素均提高了抽油機(jī)的生產(chǎn)效率。

4、節(jié)能效果顯著

　　根據(jù)實際應(yīng)用統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算，BWS系列節(jié)能伺服控制柜具有顯著的節(jié)能效果。相對而言，對于高產(chǎn)油井即抽油機(jī)負(fù)載較大、沖次頻率越低，節(jié)電效果越明顯：當(dāng)抽油機(jī)沖次頻率低于2.5次/分，節(jié)電率高達(dá)75%以上。

　　對于負(fù)荷較輕的油井，可根據(jù)BWS系列節(jié)能伺服控制柜具有的軟啟動功能，可以用較小功率的電機(jī)取代原有的電機(jī)，取得較為顯著的節(jié)能效果。