游梁式抽油機(jī)清潔高效智能節(jié)電裝置PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1 游梁式抽油機(jī)清潔高效智能節(jié)電裝置游梁式抽油機(jī)清潔高效智能節(jié)電裝置 技術(shù)技術(shù)原理原理1. 清潔智能節(jié)電裝置清潔智能節(jié)電裝置2. 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)3. 實施案例實施案例4. 測試結(jié)果測試結(jié)果5. 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益經(jīng)濟(jì)效益和社會效益6. 第1頁/共25頁 游粱 式抽 油機(jī) 主要 耗能 來源 抽油機(jī)電動機(jī)在輕載運(yùn)行下的過多有功 功耗 抽油機(jī)電機(jī)輕負(fù)載率產(chǎn)生的大量磁化無 功電流，經(jīng)過油田長距離供電傳輸線， 造成傳輸線損耗及變壓器損耗，并帶來 電網(wǎng)容量損失（電網(wǎng)傳輸大量無功電流 ） 抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整不平衡 供液嚴(yán)重不足油井沒有好的間抽策略， 電機(jī)空抽 變頻器等設(shè) 備造成的高 次諧波“污 染”

2、電網(wǎng)， 造成電網(wǎng)品 質(zhì)下降、高 次諧波造成 傳輸線損耗 、變壓器損 耗及電網(wǎng)容 量損失 油田 電網(wǎng) “不 清潔 ”來 源 1.1技術(shù)原理游梁式抽油機(jī)耗能來 源 第2頁/共25頁 1.2技術(shù)原理目前抽油機(jī)節(jié)電采用的方法 方法方法詳述詳述優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn) 高轉(zhuǎn)差多 速電機(jī) 保證低功率輸 出仍有高啟動 轉(zhuǎn)矩 僅需更換電動機(jī)， 即減少電機(jī)功率 高轉(zhuǎn)差電機(jī)需過熱 保護(hù)，不解決磁化 電流過大問題 變頻器負(fù)荷小時變頻 減速減少沖次 省電 可以調(diào)電機(jī)速度 （但不是真正意義 的降低“噸液電 耗”） 油田反饋：不節(jié)能！油田反饋：不節(jié)能！ 高次諧波造成高線 損和變壓器損耗， 且污染電網(wǎng) 液力耦合 器 電機(jī)倒發(fā)電時

3、切斷 液力結(jié)構(gòu)，可靠性 維護(hù)性差 動態(tài)跟蹤 交交調(diào)壓 動態(tài)跟蹤功率 因數(shù)降壓節(jié)電 真正節(jié)電可達(dá)50%， 故障時旁路不停機(jī)， 不產(chǎn)生諧波 不調(diào)速 第3頁/共25頁 電流諧波在長供電線和變壓器上產(chǎn)生大量耗電，下為實測的變頻器高次電流諧波數(shù)據(jù) 1.3技術(shù)原理變頻器不節(jié)電 所有油田的領(lǐng)導(dǎo)都講：變頻器不節(jié)電。目前已經(jīng)不批準(zhǔn)以節(jié)電理由購置變頻器。 變頻器不節(jié)電的原因 變頻器工作 過程自身耗 能，特別是 在其回饋電 網(wǎng)能量時耗 能 在“交-直-交 ”變換實現(xiàn) 變頻過程中 產(chǎn)生大量高 次電流諧波 。 諧波計量產(chǎn) 生計量表高 電費(fèi) 基波基波100%100%5次7次11次13次17次19次 變頻器88.54%70

4、.84%27.52%21.39%12.71%13.20% 第4頁/共25頁 1.4技術(shù)原理變頻器高次諧波產(chǎn)生的危害 1.電容器 補(bǔ)償裝備 2.電表 3.弱電系 統(tǒng) 4.用電設(shè) 備 5.配電系 統(tǒng) 6.變壓器 7.繼電保 護(hù)裝置 8.電動機(jī) 消除電力電子裝置諧波污染的 工作，可稱之為當(dāng)今技術(shù)應(yīng)用 的“綠色工程”。由于諧波的 存在,設(shè)備電感與無功補(bǔ)償用 的電容器組發(fā)生并聯(lián)諧振，及 外系統(tǒng)感抗與無功補(bǔ)償用的電 容器發(fā)生串聯(lián)諧振，使得諧波 進(jìn)一步放大，從而使得電壓和 電流畸變更加嚴(yán)重。電氣線路 的集膚效應(yīng)，導(dǎo)致電纜、電線 發(fā)熱，絕緣材料加速老化。 第5頁/共25頁 1.5技術(shù)原理節(jié)電 - 物理學(xué)基礎(chǔ)

5、由于多數(shù)抽油機(jī)工作在輕載狀態(tài)，抽油機(jī)的功率因數(shù)降低，效率下降，無功 損耗大，這不僅給抽油機(jī)本身造成能量損失，還使電網(wǎng)運(yùn)行品質(zhì)變壞。 油田采油生產(chǎn)電力系統(tǒng)中，無功功率的主要消耗者是異步電動機(jī)，它消耗的 無功功率的最主要部分是磁化無功功率Q。 Q = Q = mfRumfRu = C = C（Bm/Bm/）fVfV Q Q C (U C (U1 1/)/)fVfV 式中，C為比例常數(shù)；Ru為磁路的磁阻；m磁通量；為導(dǎo)磁系數(shù)；B為磁感應(yīng)強(qiáng) 度；V為磁路體積；f為頻率；U1為定子電壓。對于已出廠的抽油機(jī)電動機(jī)，Ru，V基 本已定，m或Bm主要由電壓U1決定，頻率f變化很小，可忽略。 由上式可見，電動機(jī)

6、消耗的磁化無功功率Q基本上與對于U1的平方成正比。在 允許范圍內(nèi)，電壓越低，磁化無功功率愈小。另外，電壓降低后，電動機(jī)主 要損耗部分的電動機(jī)定子銅阻消耗的有功功率也會減少。由此可以使電動機(jī) 節(jié)能運(yùn)行。 第6頁/共25頁 1.6技術(shù)原理節(jié)電 降壓可以節(jié)電 根據(jù)歐姆定律，電動機(jī)有功 功耗與電壓平方成正比，在 不堵轉(zhuǎn)的條件下使電動機(jī)降 壓運(yùn)行可以有效降低電動機(jī) 的定子銅耗有功功率達(dá)10- 30%以上 降壓減少有 功功耗 用于勵磁的無功功率也和電 壓的平方成正比，在降壓情 況下銳減，可以減少50-70%。 這些電流不再需要變電站供 給，輸電線路和變壓器上的 損耗大大降低 降壓減少磁 化無功功率， 進(jìn)而

7、減少線 損和變損 第7頁/共25頁 1.7技術(shù)原理節(jié)電 - 快速動態(tài)跟蹤功率因數(shù)是關(guān)鍵 由于游梁式抽油機(jī)具有每一沖次內(nèi)負(fù)載、功率因數(shù)的快速變化， 要實現(xiàn)調(diào)壓節(jié)電就必須能夠快速地跟蹤動態(tài)功率因數(shù)調(diào)壓。一般的 非電子的調(diào)壓技術(shù)難以快速跟蹤這樣快的變化，所以快速動態(tài)跟蹤 功率因數(shù)技術(shù)是能否高效節(jié)電的關(guān)鍵。 電子交交調(diào)壓技術(shù)從技術(shù)上采用40KHZ采樣信號處理，為快速響 應(yīng)調(diào)壓帶來基礎(chǔ)條件，再加上電子線路快速跟蹤功率因數(shù)，使得交 交調(diào)壓節(jié)電裝置可以根據(jù)功率因數(shù)的變化快速動態(tài)地調(diào)節(jié)電動機(jī)輸 入電壓，使得每個瞬間都能產(chǎn)生最優(yōu)節(jié)電效果。 第8頁/共25頁 1.8技術(shù)原理清潔節(jié)電 - 高速采樣濾波不產(chǎn)生諧波 清

8、潔智能節(jié)電裝置的電子交交調(diào)壓從技術(shù)上采用40KHz采樣信號 處理。從電工原理得知，采樣頻率越高，其濾波的實現(xiàn)越容易，濾 得越“干凈”。 從產(chǎn)品現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)看，本電子交交調(diào)壓節(jié)電裝置沒有諧波，是 “清潔綠色”產(chǎn)品。 典型測試記錄如下（變頻器中低于基波10%的諧波未顯示）： 基波基波100%100%5次7次11次13次17次19次 清潔高效節(jié)能 裝置 未見未見未見未見未見未見 變頻器88.54%70.84%27.52%21.39%12.71%13.20% 第9頁/共25頁 2.1清潔智能節(jié)電裝置外形 智能視音頻 監(jiān)控部分 機(jī)箱 節(jié)電電路 輸入輸出 端子 控制面板 第10頁/共25頁 2.2清潔智能

9、節(jié)電裝置功能 高效節(jié)電 ： 30% - 50%以上 清潔節(jié)電 ：無諧波產(chǎn)生 清潔節(jié)電功能 遠(yuǎn)程視音頻監(jiān)控 ：保證設(shè)備和人身安全 遠(yuǎn)程安全啟停井 ：實現(xiàn)智能間抽，減少 工人，減輕勞動強(qiáng)度 數(shù)據(jù)采集功能 ：用ZigBee采集配套的功 圖數(shù)據(jù)、電氣數(shù)據(jù) 智能RTU 功能 第11頁/共25頁 2.3清潔智能節(jié)電裝置結(jié)構(gòu) 根據(jù)以上油田節(jié)能現(xiàn)狀和理論，清潔智能節(jié)電裝置以新的理 念進(jìn)入游梁式抽油機(jī)節(jié)電領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)如下： 旁路接觸器 供電輸入 正弦波 電子 調(diào)壓模塊 電動機(jī) 控制電路 智能監(jiān)控功能 第12頁/共25頁 2.4清潔智能節(jié)電裝置主要節(jié)電電路 U UsrUsc （交交調(diào)壓模塊） 主控單元 AT BT

10、1 采樣單元 高壓穩(wěn)壓電源框圖 工作原理：工作原理： 清潔智能節(jié)電裝置主要電路由補(bǔ)償變壓器（BT1）、推動整形變壓 器（AT）及正弦波電子調(diào)壓模塊等組成。 其主要工作流程為：調(diào)壓模塊以40kHz對輸入電壓Usr采樣，當(dāng)檢 測到低功率因數(shù)后，模塊內(nèi)專用調(diào)壓芯片調(diào)整輸出，配合BT1、AT產(chǎn) 生一個降壓電壓U，達(dá)到輸出電壓Usc降壓的目的。 第13頁/共25頁 2.5清潔智能節(jié)電裝置現(xiàn)場連接 清潔智能節(jié)電裝清潔智能節(jié)電裝 置置 井場供電柜井場供電柜 電動機(jī)電動機(jī) 實施方式簡單實施方式簡單： 將清潔智能節(jié)能 裝置串入供電柜 和電動機(jī)之間 故障旁路：故障旁路：裝置 故障將自動旁路， 不停產(chǎn) 第14頁/共

11、25頁 3.1技術(shù)參數(shù)交交調(diào)壓技術(shù)參數(shù) 交交調(diào)壓技術(shù)參數(shù) 輸入電壓三相四線相電壓175V-260V相電壓 線電壓304V-456V 輸出電壓接三相 380V 電動機(jī) 效率98 跟隨響應(yīng)速度40ms 環(huán)境溫度-10 + 50 絕緣電阻 5M 波形失真正弦波，無附加波形失真（諧波） 保護(hù)功能過壓、過流、缺相 旁路功能設(shè)備故障發(fā)生后將輸入輸出旁路，不影響抽油機(jī)運(yùn)行 第15頁/共25頁 3.2技術(shù)參數(shù)：增強(qiáng)型RTU技術(shù)參數(shù) 主芯片ARM9 操作系統(tǒng)Linux 無線傳感器通信方式ZigBee 780MHz 電量模塊通信方式RS485 上位機(jī)通信方式WiFi 或 3G 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP 視頻輸入最大4

12、路 視頻分辨率1路D1，3路CIF 圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.264 音頻輸入最大4路 音頻輸出1路 語音提示輸出1路，最大功率5W喇叭 開關(guān)量輸出3路繼電器 開關(guān)量報警輸入4路干接點(diǎn) 工作溫度-10 + 50 相對濕度1090% 無凝結(jié) 第16頁/共25頁 4.1實施案例中石油冀東油田 冀東油田陸上作業(yè)區(qū)（高77、高3101井場，37KW電機(jī)，12型抽 油機(jī)） 第17頁/共25頁 4.2實施案例延長石油 延長石油某采油廠（5.5KW電機(jī)，3型抽油機(jī)） 第18頁/共25頁 5.1測試結(jié)果冀東油田最新實測數(shù)據(jù) 在G104-5P11抽油機(jī)供電柜處測試數(shù)據(jù) 井號G104- 5P11 旁路節(jié)能減少比例 電流59

13、.1923.09 有功功率21.749.8654.65% 無功功率31.029.3269.95% 綜合節(jié)電率55.31% 井號G104- 5P11 旁路節(jié)能減少比例 電流60.2923.27 有功功率3.732.2639.41% 無功功率13.364.5266.17% 綜合節(jié)電率42.01% 在抽油機(jī)供電柜之前30米處的配電柜處測試數(shù)據(jù) 注：體現(xiàn)了供電線路線損的重要，離抽油機(jī)越遠(yuǎn)測量節(jié)電效果越好 以上綜合節(jié)電率計算時的無功當(dāng)量值采用0.03，可以看出油田實際無 功當(dāng)量值顯然遠(yuǎn)大于0.03 第19頁/共25頁 5.2測試結(jié)果最新實測數(shù)據(jù)分析 同一臺抽油機(jī)節(jié)電裝置為什么會在不同的地點(diǎn)（在抽油機(jī)供電

14、柜處和離開供電柜 30米的配電柜處兩個地點(diǎn)）測試數(shù)據(jù)測試取得不同的節(jié)電率？結(jié)論是：無功功率 減少帶來可觀的供電線路線損減少不容小覷！也就說對于油田來講，節(jié)省長供電 線路和變壓器損耗所占的電能消耗潛力巨大！側(cè)面也反映出為什么變頻器不節(jié)電。 僅僅有功功率節(jié) 電就達(dá)到 54.65%，效果 極佳！ 比較：在抽油機(jī) 供電柜處檢測的 有功功率節(jié)電 39.41% 相比首臺樣機(jī)的 28.42%（首臺 樣機(jī)經(jīng)國家管道 局節(jié)能測試中心 正式檢測，數(shù)據(jù) 附后頁）增加了 近一倍！ 第20頁/共25頁 5.3測試結(jié)果 中石油管道節(jié)能測試中心對首臺樣機(jī)測試結(jié)果 井號：G104-5P87 （本產(chǎn)品在冀東油田的首臺樣機(jī)的抽油

15、機(jī)井號） 測試條件：高轉(zhuǎn)差電機(jī)低速檔，從接近節(jié)能裝置輸入處的啟動柜測量 井號：G104-5P87 測試條件：高轉(zhuǎn)差電機(jī)低速檔，從18米外的啟動柜測量 測量項目無節(jié)能裝置時有節(jié)能裝置時減少比例 平均電流（A）58.3425.7 有功功率（KW/H）6.865.7316.47% 無功功率（KVar/H）38.716.0658.50% 功率因數(shù) 0.17620.3386 綜合節(jié)電率 27.10% 測量項目無節(jié)能裝置時有節(jié)能裝置時減少比例 平均電流（A）58.3325.77 有功功率（KW/H）7.225.8618.84% 無功功率（KVar/H）38.4816.0158.89% 功率因數(shù) 0.18440.3439 綜合節(jié)電率 28.42% 第21頁/共25頁 經(jīng)濟(jì)效益 游梁式抽油機(jī)清 潔智能節(jié)電裝置 直接帶來油田節(jié) 電效益 按照50%綜合節(jié)電 率計算，每年每 臺抽油機(jī)（12型） 節(jié)電3.5萬元 通常電力費(fèi)用是 采油廠運(yùn)營費(fèi)用 的40% 降壓