傳統(tǒng)的懸梁式抽油機(jī)采用恒速運(yùn)行加裝制動(dòng)單元或能量回饋的方案，能耗和成本方面存在很大的弊端。本文介紹了以RNB2000-U系列變頻器為核心的電控系統(tǒng)在油田抽油機(jī)上的應(yīng)用，提出了能量和功率雙閉環(huán)控制的全新方案，效率更高，成本更低。
一、引言
我國(guó)的油田絕大部分為低能、低產(chǎn)油田，不像國(guó)外的油田有很強(qiáng)的自噴能力，大部分油要靠注水來壓油入井，靠抽油機(jī)(磕頭機(jī))把油從地層中提升上來。在我國(guó)，以水換油、以電換油是目前油田的現(xiàn)實(shí)，耗電費(fèi)用在我國(guó)的石油開采成本中占了相當(dāng)大的比例。所以，石油行業(yè)十分重視節(jié)約電能，節(jié)省電耗就是直接降低石油的開采成本。
抽油機(jī)節(jié)能，其首選方案是采用變頻器對(duì)其電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，抽油機(jī)改用變頻器拖動(dòng)后有以下幾個(gè)好處：
(1)提高功率因數(shù)：輸入側(cè)功率因數(shù)可由原來的0.25～0.5提高到0.9以上，大大減小了供電電流，從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān)，降低了線損，可省去大量的“增容”開支。
(2)提高運(yùn)行效率：可根據(jù)油井的實(shí)際供液能力，動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度，一方面達(dá)到節(jié)能目的，同時(shí)還可以增加原油產(chǎn)量，系統(tǒng)效率大大提高。
(3)實(shí)現(xiàn)了真正的“軟起動(dòng)”：對(duì)電動(dòng)機(jī)、變速箱、抽油機(jī)都避免了過大的機(jī)械沖擊，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減少了停產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。
但是，變頻器用于抽油機(jī)電機(jī)時(shí)，也有幾個(gè)問題需要解決，主要是沖擊電流問題和再生能量的處理問題，下面分別加以分析。
二、懸梁式抽油機(jī)現(xiàn)狀介紹
2.1懸梁式抽油機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)介紹
游梁式抽油機(jī)主要是由四大部分組成的：
(1)游梁部分：驢頭、游梁、橫梁、尾梁、連桿、平衡塊(復(fù)合平衡抽油機(jī))
(2)支架部分：橫梁軸承座、工作梯、護(hù)圈、操作臺(tái)、支架
(3)減速器部分：底座、減速器筒座、減速器、曲柄、配重塊、剎車等部件
(4)配電部分：電機(jī)座、電機(jī)、配電箱等
2.2懸梁式變頻改造現(xiàn)狀介紹
就實(shí)際的變頻改造情況來看，絕大部分抽油機(jī)的配重實(shí)際上是嚴(yán)重不平衡的，從而造成過大的沖擊電流，不僅無謂浪費(fèi)掉大量的電能，而且嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全。同時(shí)也給采用變頻器調(diào)速控制造成很大的困難：一般變頻器的容量是按電動(dòng)機(jī)的額定功率來選配的，過大的沖擊電流會(huì)引起變頻器的過載保護(hù)，不能正常工作。
此外，在油井開采前期儲(chǔ)油量大，儲(chǔ)油量大，供液足，為提高才有效率可采用固定頻率運(yùn)行，保證較高的產(chǎn)油量。但是在中、后期，由于石油儲(chǔ)油量減少，易造成供液不足，電機(jī)若仍然工作在當(dāng)前頻率狀態(tài)勢(shì)必浪費(fèi)電能造成不必要的損耗，這時(shí)需要考慮實(shí)際工作情況，適當(dāng)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速減少?zèng)_程有效提高充盈率。
三、傳統(tǒng)的變頻解決方案介紹
變頻技術(shù)引入到游梁式抽油機(jī)控制中去是大勢(shì)所趨。變頻調(diào)速屬于無極調(diào)速，根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電流的大小確定電動(dòng)機(jī)的工作頻率，這樣可以根據(jù)井況的變化，方便的調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程，達(dá)到節(jié)能和提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的。而矢量變頻控制技術(shù)的應(yīng)用可保證低速大轉(zhuǎn)矩輸出，轉(zhuǎn)速可以平滑地大范圍調(diào)節(jié)。同時(shí)，變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能齊全，如短路、過載、過壓、欠壓及失速等，可有效地保護(hù)電機(jī)及機(jī)械設(shè)備，保證設(shè)備在安全的電壓下工作，具有運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，提高功率因數(shù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，是采油設(shè)備改造的理想方案。目前主流的解決方案有以下幾種：
方案1：變頻器加能耗制動(dòng)單元
這種方式比較簡(jiǎn)單，但運(yùn)行效率低。這主要是因?yàn)楹闼龠\(yùn)行時(shí)下沖程狀態(tài)下電機(jī)發(fā)電能量回饋導(dǎo)致的。在使用普通變頻器時(shí)，普通變頻器的輸入是二極管整流，能量不可反方向流動(dòng)。上述這部分電能沒有流回電網(wǎng)的通路，必須用電阻來就地消耗，這就是必須使用能耗制動(dòng)單元的原因，也直接導(dǎo)致了能耗較大，整體效率偏低。
缺點(diǎn)：能效偏低，且需加裝制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。
方案2：變頻器加回饋單元控制
