摘要：目前，國內外很多電力拖動場合已將矢量控制的變頻器廣泛應用于通用機械、紡織、印染、造紙、軋鋼、化工、石油等行業中交流電動機的無級調速，已明顯取得節能效果并滿足工藝和自動調速要求。目前油田節能降耗，建造數字化油田已成為中國石油行業的發展目標。采用變頻調速及無線通訊系統能對油田油井的運行狀態實時監控，遠程調整運行狀態。從而降低工人勞動強度。使抽油機運行在最佳理想狀態。本文以PL-ZNCY系列變頻遠程監測控制系統先容其工作原理及在油田中的應用情況。

一、前言

我國的油田絕大部分為低能、低產油田，不像國外的油田有很強的自噴能力，大部分油田要靠注水來壓油入井，靠抽油機(磕頭機)把油從地層中提升上來。以水換油、以電換油是目前我國油田的現實，電費在我國的石油開采成本中占了相當大的比例，所以，石油行業十分重視節約電能、增產、減少設備維護等。

目前據統計我國抽油機的保有量在10萬臺以上，電動機裝機總容量在3500MW，年耗電逾百億KW·h。抽油機的運行效率特別低，在我國平均運行效率為25.96%，國外平均水平為30.05%，年節能潛力可達幾十億KW·h。除了抽油機之外，油田還有大量的注水泵、輸油泵、潛油泵等設備，總耗電量超過油田總用電量的80%。可見，石油行業也是推廣“電機系統節能”的重點行業。

抽油機節能，其首選方案是采用變頻器對其電機拖動系統進行改造，抽油機改用變頻器拖動后有以下幾個好處：

1)大大提高了功率因數(提高到0.9以上)，大大減小了供電(視在)電流，從而減輕了電網及變壓器的負擔，降低了線損，可省去大量的“增容”開支；

2)可根據油井的實際供液能力，動態調整抽取速度，一方面達到節能目的，同時還可以增加原油產量；

3)由于實現了真正的“軟起動”，對電動機、變速箱、抽油機都避免了過大的機械沖擊，大大延長了設備的使用壽命，減少了停產時間，提高了生產效率。

但是，變頻器用于抽油機電機時，也有幾個問題需要解決。

(1)沖擊電流問題

如圖1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不間斷地工作。也就是說抽油機的節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能技術變得十分復雜。因此，可以說游梁式抽油機的節能技術就是平衡技術

(2)電磁干擾(EMI)問題，即變頻器對微電腦控制器，傳感(變送)器及通信設備的干擾問題。因為變頻器是一個很強的電磁干擾源，變頻器中的開關器件，以及產生的SPWM電壓波形，會對控制及通信系統造成很大的干擾。干擾的途徑，除了感應，輻射之外，也包括傳導干擾。

(3)諧波干擾問題，變頻器對輸入側產生諧波對變頻器而言只要有整流回路就將產生非線性引起的諧波，按傅氏級數可分解基波和各次諧波，通常含有6m+1(m=1，2，3，……。)次。在變頻器逆變輸出回路中輸出電壓輸出電流均有諧波。由于變頻器是通過CPU產生6組脈寬可調的SPWM波控制三相6組功率元件導通/關斷，從而形成電壓、頻率可調三相輸出電壓。其輸出電壓和輸出電流是由SPWM波和三角波的交點產生的，不是標準的正弦波用傅氏級數分解電壓方波和電流正弦鋸齒波可分析出包含較強的高次諧波成分。

因此變頻器的諧波產生危害不可忽視對容量大的電力系統影響不是十分明顯，但對于電力系統容量小的系統諧波的產生不可忽視。它對公用電網是一種污染，使電設備所處的環境惡化，給周圍的通信系統和公用網以外的設備帶來危害。主要表現在一下幾點：1、諧波使電網中電器元件產生附件的諧波損耗，降低輸變電及用電設備的效率。2、諧波會引起電網中局部串聯或并聯諧振，3、電流諧波將增加變壓器銅損。4、諧波引起電動機附加發熱，導致電動機額外溫升并影響電機絕緣。

(4)可靠性和環境適應性問題

由于抽油機都在環境惡劣的野外工作，并且很多油井是無人值守的，所以，對變頻器的可靠性和環境適應能力提出了很高的要求：既要選用可靠性指標高的變頻器品牌，又要給變頻器在野外惡劣環境下工作創造必要的條件，如設計防護等級高的雙層密閉隔墊(保溫)控制柜，對晝夜溫差大的地區，柜內設計強迫風冷系統，可以將柜內的熱量排出，并在柜底設計有冷空氣入口，使之適合在夏季沙漠高溫環境中使用。并使控制柜避免陽光直接照射及雨淋。

二、PL-ZNCY系列變頻監測控制系統