[发明专利]一种抽油机电机专用变频变极二元调速控制柜

说明书

一、技术方案

本发明涉及一种电机调速控制柜，特别是一种抽油机电机专用变频变极二元调速控制柜。

二、背景技术

油田抽油机是一种动力状况、负荷状况和负荷变化状况表现非常复杂的带载启动和连续运行机械。不同区块油井泵挂深度不同、同一区块不同油井的泵挂深度不同、同一油井开采不同层位的泵挂深度不同，和不同原油的物性、油井不同的供液能力和上述因素的不断变化等非常具体复杂的因素综合表现，使得油井与油井之间的动力配套，根本无法采用同一种动力配套方式。通常情况下，抽油机的启动负荷一般都超过实际运行负荷的5-7倍，在低冲次深泵挂条件下，甚至可以达到6-10倍。因此，为了保证抽油机有效的启动，根据不同的泵深、冲程和冲次条件，对1500～2200米井段的油井，动力系统实际配套的电动机，额定功率都在37～55kW之间。这种配置，尽管满足了采油机械的带载启动要求，但根据不同井况，油井实际正常运行功率，只有4～13kW左右，动力系统的负荷率明显太低。但由于系统配套过大，沿用的抽油机动力系统，都存在显著的大马拉小车现象，电能超耗现象十分严重。近年来，随着变频技术等先进功率控制技术的成熟，有效的解决了一部分中低冲次油井的节能运行问题，但对于冲次低于1.5次/分以下油井，变频设备由于工作在20赫兹以下的低频率范围，运行效率过低，节能效果并不显著；同时，由于被拖动电机长期处于过低转速下运行，电机风扇转速过低，尤其是夏季，其散热条件严重恶化，易造成电机过热发生故障，并引起运行寿命下降。于此相反，对于液量向上变化较大，需要在5冲/分左右高冲次抽吸条件的油井，常规的变频拖动系统，则往往又因为在接近工频状态运行时，受变频器功率元件自耗电的影响，采用变频器拖动的电机，此时反而比电力变压器直接拖动电机更加耗电。

本发明的目的，就在于针对上述技术的不足之处，结合电源变频调速技术和电机变极调速技术，设计一种抽油机电机专用二元调速控制柜，与抽油机专用减速双速电机进行配套。在确保其技术性能充分满足野外恶劣使用条件要求的同时，能够对抽油机专用齿轮减速双速电机进行分档变频调速，使其最大转矩范围向高低两端大幅度扩展，增大高启动转矩条件下的最大弹性调速空间，大幅度提升对采油机械配套覆盖范围，在满足采油生产经常需要工艺参数调整要求的同时，实现单一技术体系设备在不同负荷采油机械上的大规模配套，进而实现采油机械大范围的节能运行。

三、发明内容

图一是本发明的系统原理图。一种抽油机电机专用变频变极二元调速控制柜，由柜体1、空气开关2、直通切换单元3、变频器4、、变极调速单元5构成。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.采用本发明替代目前在用的油井变频调速装置，由于配套双速减速电机，可在电机两个不同极数的基础速度段上，分别实现连续调速，能使电机输出的最大转矩范围向高低速两端大幅度扩展，进而实现复杂采油工艺需求下的转矩和速度调节，保证抽油机带载启动性能和工艺性能实现最圆满满足，综合技术性能优于目前使用的各类油井动力控制技术。

2.用本发明配套机械减速双速电机，替代抽油机现有的通用异步电动机、电磁调速电机和通用变频调速技术，其应用可扩大至于5冲/分至以下各类抽油井范围，电机配套与上述技术相比，额定功率降低30％～70％，综合节电率超过35％，节能效果十分显著。

3.采用本发明配套机械减速双速电机，替代目前在用的油井变频调速装置，在1冲/分以下的低抽场合，不仅节电效果更好，而且电机本身转速变化范围不大，风扇散热条件远好于通用变频器驱动的普通电机，无电机过热损坏问题，运行安全可靠。

4.采用本发明配套机械减速双速电机，替代目前在用的油井变频调速装置，用于5冲/分左右的中高冲次油井，比普通变频器需在40赫兹以上较高频段范围进行转速控制的快抽场合，节电效果更好。

5.采用本发明配套机械减速双速电机，替代目前在用的其它动力装置，电机额定装机功率大幅度下降，系统运行电流小，故障率更低。

6.采用本发明配套机械减速双速电机，替代目前在用的其它动力装置，抽油机电机装机功率可下降2～5个功率档级，整机重量同步下降40～65％，大量使用后，可为国家节约大量钢材和铜材，并同时降低整个产业链和运输链的系统能耗和大气污染。

7.采用本发明配套机械减速双速电机，替代目前在用的其它动力装置，因装机功率大幅度下降，可直接降低动力变压器装机容量40％～60％，大幅度降低电力系统的冗余电耗和变压器容量费支出，提高系统装机容量，降低电网投资费用。