新型IPC回馈变频一体机在油田抽油机中的应用

引言
    IPC变频器由加拿大 Albert 油田设计院设计，美国 Smart Chip 公司生产。中国市场由深圳加能电子有限公司二次开发和推广应用。
    新型IPC回馈变频一体机是完全从油田使用者的角度出发并适应油田生产实际而新开发的油田专用变频器，具有宽广的气候变化适应性、强大的保护功能、极简单的操作，是油田生产首选产品。

项目简介
    鞍山市新兴石油设备厂与深圳加能电子有限公司在变频领域的合作，开发了新型IPC-MD回馈变频一体机，并在辽河油田七个采油厂应用近1000台，效果显著名列中石油推荐产品。
从生产实际角度出发，我将全方位的阐释新型IPC-MD的特性：

问题1：我国石油生产过程中，很多井都将出现供液不足或机械阻力变化，从而导致动平衡不稳定的特点。
解决方法：
    从两个方面解决：启动和运行。
    频率从0Hz～设定频率启动时，由于交流阻抗变小而直流电阻不变，低速下产生的转矩有不足倾向，因此在低频时给定V/f，使输出电压提高一些，以便获得一定的转矩，这种补偿称增强启动。有自动进行、选择V/f模式或调整电位器方法。
    运行过程中的不平衡可以表现为无规则发电和电动，新型IPC可以适时的将能量回馈到电网。

问题2：油井生产过程中势必遇到改变冲次甚至为达到增产超工频运行。
解决方法：
    一改老式用皮带轮改变冲次的方法，始终摆脱不了有级调冲次，调节不方便有时更达不到预期效果，新型IPC有3种方式可以达到改冲次调液量。
⑴、 动态调整抽油机的转速，可无级调节抽油机的冲次。
⑵、 “上快下慢”，改变抽油机上下行运行速度，上行“快”减少泵内的漏失系数，下行“慢”增加泵内的充盈系数。（自喷井反之“上慢下快” ）分手动设定和自动运行两种方式，自动运行在变频器内部输入额定冲次，通过采集电机的电流参数，变频器自动设定上下行加速时间。
⑶、 快速抽取：在机械转矩承受范围之内，新型IPC变频器频率可调至75Hz，冲次上调范围120%，单位时间内节能效果非常显著（选择部分采油厂的数据）。见表1

    从表1中可以看出降低产液单耗的同时提高了产液量,充分说明了泵效得到了提高。

问题3：能耗制动与回馈制动的区别，回馈电能的是否会对电网产生冲击？
解决方法：
    能耗制动是将抽油机势能转化电能的能量以电阻散热的方式消耗掉，而回馈制动是将这部分能量回馈到电网重复使用。
    国内唯一一款回馈变频一体机，完美的节能增效方式。它包容了能够节约的电能和再生电能回收功能，较理想、较彻底的一次性实现了抽油机节能增效项目的改造。回馈到电网的电能经过滤波、消谐、PWM等一系列处理，使得重复再用的能量得到净化，进而改善了电网。相对意义上讲，二次资源得到了再生。
问题4：抽油机负载变化频繁是否会影响到IPC变频器的正常工作？
解决方法：
强大的故障报警系统及系统自检功能，可以减小变频器及电机的损坏几率，在第一次故障报警后，变频器会自动检测故障原因，消除后会自动进行二次启动，如果再次发生故障变频器会连续进行3次自动检测并3次启动尝试。仍无法自动排除故障，变频器会自动切旁路（即工频）运行，保证抽油机的正常工作。
电气原理图

功能介绍
    本数字式操作器上并无按键操作能迫使变频器进入运行状态，变频器的运行必须通过控制端子1ST、2ST、EXT其中之一与COM短接才能实现，所以变频器的运行监控模式定义为变频器上电初始化完毕以后，而且1ST、2ST、EXT其中之一与COM短接，变频器所处的正常状态。
    在运行监控模式，数字式操作器有两个功能：
功能1：修改上冲程与下冲程的设定频率。
功能2：观察变频器运行变量如输出频率、输出线电流、直流母线电压等。
    作为显示的发光半导体二极管（LED）排列如图5-2所示：

图5-2：发光半导体二极管（LED）排列图

1.运行监控模式下的按键操作
    当变频器初次进入运行监控模式，数字式操作器显示变频器实际输出频率。例如当前输出频率为33.66Hz，显示如下：

    注意：变频器记忆上次断电前所设定的频率，以该值作为本次上电后的设定频率，除非在本次变频器进入运行监控模式前，使用者修改了设定频率（即变频器上电初始化完毕后，在控制端子1ST、2ST、EXT之一与COM短路前，先修改了设定频率）。
    运行监控模式下，各有效按键功能如下表所示。

运行监控模式按键功能一览表

2.显示灯含义
    数字式操作器的上方有五个发光二极管显示灯，指示不同运行状态与按键操作。具体如表5-2所示。

表5-2：显示灯功能一览表

问题6：IPC变频器经济效益分析
计算方法：
1、 需要改变冲次更换皮带轮，单井更换一次作业时间最快为1个小时，势必影响一个小时的产量，以0.5t原油计算：0.5t×3000元=1500元，一年不定期需要改变5～10次，直接造成经济损失7500～15000元不等。
2、 IPC变频器具有“上快下慢”功能可以预防砂卡事故发生。砂卡作业时间为5～7天，费用在3万元左右，牵涉人力物力相当多，最主要耽误5～7天的产量，一天取10吨液（含油30%）计算，即3吨原油，一吨原油取3000元计算：3×5×3000=45000元。
3、 笔者选举辽河油田曙光采油厂作业1区为例，此区生产井总数为550口，目前应用IPC变频器为101台，平均有功节电率为：20.93%，平均综合节电率为25.49%。（中国石油天然气股份有限公司油气节能监测中心检测报告编号为：D2008-051），工频平均日耗电为267KWh/d，变频平均日耗电为211KWh/d，日累计节电为56KWh/d，56×0.5元×300天=8400元，101台总节约：101台×8400元=848400元。
    综合以上几条节能计算，单井每年节约资金7万元。合理使用的情况下，当年就可以收回投资，其经济效益相当可观。

结束语

    IPC变频器做为国内唯一一款回馈变频一体机一直引领国内变频器技术，不断的自我更新，并吸取现场大量的生产经验在产品的实际应用中探索，已经应用到油田生产中的ZJB油田增效节能控制装置、全闭环注水泵变频、螺杆泵全闭环变频、智能抽油机间抽、联合站整体泵房改造等等系列产品，取得了油田生产者的广大好评。