一、概述

    目前，在我國各油田的抽油機總數已超過10萬臺，是各油田的主要耗能設備。按每臺電機容量30KW（實際上不止于此，在油田使用最多的是37KW和45KW電機，部分使用55KW和75KW電機）計算，裝機總容量在三百萬千瓦以上。作為油田生產中使用最多的耗能設備，抽油機拖動電機的負載率普遍較低，造成能源浪費。

    在實際開采作業過程中，抽油機受油井的井深、油質、雜質、含沙量、含水量等諸多客觀因素的影響，須調整作業沖次、沖程，甚至更換電機、改變電機的功率；同時，由于油田所處地理位置、緯度的不同，以及所處地區的氣候等自然因素，也會對開采作業產生影響，要求抽油機根據實際工況進行相應的速度調整。

    鑒于以上所述油田抽油機的技術要求以及使用的社會效益，抽油機對電機控制系統的基本要求是：

    ☆ 大范圍的、穩定可靠的無級調速；

    ☆ 具有比較顯著的節電效果。

    二、IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜

    IMS系列伺服控制器是時光科技有限公司研制、開發的擁有自主知識產權的交流異步電機伺服控制器。其控制對象是普通的三相交流異步電機，控制精度達到同步伺服電機的控制水平。IMS系列伺服控制器調速范圍廣，定位精度高，低速轉矩大，軟件功能完善。

    針對油田工作的實際需求，時光公司研制了IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜。此伺服控制柜結合抽油機的運行工況和油井的實際情況，及時地、自動地調整電機的運行速度、加速度、扭矩等參數，使原有拖動電機在高效、節能狀態進行工作。
通過在中原、勝利、遼河油田的實際應用，證明了IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜可以簡便而安全的進行調速操作，大大降低了現場操作人員的工作強度，提高了生產效率，并取得了明顯的節能效果。

    （一）IMS伺服控制柜的構成

    IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜構成情況如下圖所示：

      


圖1  IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜構成圖

    （二）IMS伺服控制柜的特點

    IMS系列油田抽油機伺服調速節能控制柜具有如下特點：

    1、交-直-交的主電路

    IMS伺服控制柜先將輸入的三相50Hz交流電變為直流，再逆變為頻率、電壓有效值可調的三相交流電供給拖動電機。

    2、大范圍的速度控制

    IMS系列伺服控制柜采用伺服控制，可準確、大范圍地控制電機的轉速，速度控制范圍為0-1500r.p.m，速度控制精度為0.3r.p.m。

    3、三倍額定轉矩的過載能力

    IMS系列伺服控制柜在零至額定轉速范圍內具有恒轉矩輸出特性，并具有3倍額定轉矩的過載能力。因此，在很低的轉速下，電機也可輸出額定轉矩并具有300%的過載能力。

    4、低速大轉矩的控制特性

    IMS系列伺服控制柜在抽油機電機啟動的過程中，可以驅動電機輸出足夠的轉矩。從而在轉速從0上升到設定值過程中，使電流平穩，實現了真正的“軟啟動”。

    5、下慢上快的速度控制

    IMS系列伺服控制柜通過速度與轉矩的可解耦以及獨立控制，實現了對抽油沖程下慢上快的速度控制。

    6、具有內部軟PLC功能，可對轉矩進行檢測和控制。

    （三）IMS伺服控制柜的優勢

    根據IMS系列伺服控制柜的設計原理、控制特點以及應用實例的分析， 油田抽油機配備IMS系列伺服調速節能控制柜，具有如下優勢：

    1、調速操作簡便

    由于IMS系列伺服調速節能控制柜具有大范圍、連續調速的特點，只需調整一個旋鈕即可實現連續、穩定的調速功能，滿足抽油機調整沖次的要求。對于現場操作人員而言，操作極為簡便。

    2、降低作業強度

    使用IMS系列節能伺服控制柜調速操作簡便，無需在作業過程中更改抽油機及配套設備的機械結構，大大降低了現場工人的作業強度。

    3、提高生產效率

    使用IMS系列節能伺服控制柜，在作業過程中無需停機進行調整；控制柜具有的抽油沖程下慢上快的速度控制，提高了抽油機的出油量。這些因素，均提高了抽油機的生產效率。

    4、節能效果顯著

    根據實際應用統計數據計算，IMS系列節能伺服控制柜具有顯著的節能效果。相對而言，對于高產油井即抽油機負載越大、沖次頻率越低，節電效果越明顯：當抽油機沖次頻率低于2.5次/分，節電率高達75%以上。

    針對負荷較輕的油井，可根據IMS系列節能伺服控制柜具有的軟啟動功能，采用以較小功率的電機取代原有電機的解決方案，同樣可以取得較為顯著的節能效果。

    三、IMS伺服控制柜的應用實例

    1、應用實例一

    地點：Z油田2-102井

    測試日期：2003年3月29日

    配備電機： 37kW普通異步電機（6極）

    抽油機沖次：5次/分

    測試時間：10分鐘

    測試數據：

    工頻運行 IMS伺服控制柜運行

    視在功率（KVA） 28.78 16.12

    有功功率（KW） 13.18 12.82

    無功功率（KVAR） 25.58 9.78

    功率因數 0.458L 0.795C

    ★ 使用IMS伺服控制柜的節電率為8.3%。

    2、應用實例二

    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：30kW普通異步電機（6極）

    抽油機沖次：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）

    測試數據：

    工頻運行     IMS伺服控制柜運行

    液量      102.85     102.23

    電流范圍（A）      28~39     4~43

    電量（KW）      221.93     178.2

    ★ 使用IMS伺服控制柜的節電率為19.7%。
   
    3、應用實例三

    地點：S油田24-14井

    測試日期：2004年7月21日

    原配電機：30kW 電磁調速電機（8極）

    替換電機：30kW普通異步電機 （6極）

    抽油機沖次：2.5次/分

    測試時間：40小時

    測試數據：

    電磁調速電機運行 IMS伺服控制柜運行

    電機電流范圍（A） 15~24 10~24

    電源電流范圍（A） 15~24 1.1~7.3

    電機運行頻率（Hz） 50 18

    電量（KW） 200 47.5

    ★ 使用IMS伺服控制柜的節電率為76%。
 
    4、應用實例四

    地點：S油田28-7井

    測試日期：2004年7月22日

    原配電機：30kW 電磁調速電機（8極）

    替換電機：30kW 普通異步電機（6級）

    抽油機沖次：1.3次/分

    測試時間：24小時

    測試數據：

    電磁調速電機運行 IMS伺服控制柜運行

    電機電流范圍（A） 34~43 15~44

    電源電流范圍（A） 34~43 1.5~7.5

    電機運行頻率（Hz） 50 9.5

    ★ 使用IMS伺服控制柜的節電率為81%。

    四、結論

    IMS系列油田伺服調速節能控制柜正是順應油田抽油機對電機控制系統的基本要求而研制生產的，彌補了目前普遍采用的抽油機    調速方案存在的缺陷,實現了：

    ◆ 大范圍的連續調速，且在零至額定轉速之間保持恒力矩以及短時三倍的額定轉矩的負載能力；

    ◆ 良好的節電效果，尤其對于有調速要求的富產油井節電效果更佳。