【摘要】游梁式抽油机以其结构合理、噪音小、使用方便、维修方便等特点，是油田应用最广泛的机械采油设备。本文以台达C2000变频器为控制中心，详细介绍了变频器在游梁式抽油机上运行和停止过程中的应用方法，同时结合电气控制原理，使得控制系统运行更加可靠稳定。
【Abstract】The beam-pumping unit with characteristics of reasonable structure, low noise, convenient use, convenient repair, is the most widely used in mechanical oil recovery equipment. Take the Delta C2000 inverter as the control center, this paper introduces the application of inverter in beam-pumping unit for running and stopping process, combined with the principle of electrical control, the control system will be more reliable and stable.
【关键字】游梁式抽油机；C2000变频器；三相异步电机；工变频自动切换
【Keywords】beam-pumping unit; C2000 Inverter; triple-phase asynchronous motor; variable frequency and power frequency switching
目前国内最常用的抽油机种类有游梁式抽油机、塔架式抽油机和螺杆泵式抽油机三种，其中游梁式抽油机作为一种简单、高效、操作方便的抽油设备，在各种含砂、含气、含水原油的开采中得到了广泛的应用。
某油田约有7万口采油井，其中游梁式抽油机数量高达近6万口，新建的采油厂作为油田的试验型井田配备了台达C2000高阶磁束向量通用型变频器，采用工变频自动切换的方式，使整个控制系统简单紧凑，运行可靠，达到了很好的节能效果。
1 游梁式抽油机的组成与工作原理
游梁式抽油机俗称“磕头机”，通过加压的办法使石油出井，其作为一种广泛的采油方式，在富油井、贫油井、稀油井、稠油井上都体现出了卓越的性能。
1.1 系统组成
游梁式抽油机主要由游梁—连杆—曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装备等四大部分组成。
工作时，电动机的传动经变速箱、曲柄连杆机构变成驴头的上下运动，驴头经光杆、抽油杆带动井下深井泵的柱塞作上下运动，从而不断地把井中的原油抽出井筒，再通过地面管线输送至计量站。
1.2 工作原理
当抽油机上冲程时，油管弹性收缩向上运动，带动机械解堵采油器向上运动，撞击滑套产生振动；同时，正向单流阀关闭，变径活塞总成封堵油，当抽油机下冲程时，油管弹性伸长向下运动，带动机械解堵采油器向下运动，撞击滑套产生振动；同时，反向单流阀部分关闭，变径活塞总成仍然封堵油套环形油道，使反向单流阀下方区域形成高压区，这一运动又对地层内的油流通道产生一种反向的冲击力。
2 游梁式抽油机的节电技术
抽油机的节电技术通常采用变频调速控制，这样可以改变抽油机长期处于低效做功的状态，使其工作方式与油井实际负荷相匹配，保证每次都抽油，减少低效甚至无效抽取，从而降低电费开支，减少维护成本，提高运行效率。
变频器具有软起动功能，起动时电流较小，对电网冲击小，起动时能耗大为降低，同时减少了对电动机、变速箱、抽油机等大机械的冲击，延长了相关设备的使用寿命。
引进变频器控制可实现对设备上、下行程运行频率可调，以改变抽油机上、下行程的运行速度，达到了满足泵效的情况下耗用最少的电能。
由于抽油机下行时负载性质为位势负载，变频器加装制动电阻后恰能适应其工况。
3 系统设计
台达C2000变频器通过VF模式控制三相异步电动机，当变频器出现故障停机时，变频器结合控制柜电气结构会自动将控制状态从变频切为工频，保证抽油机不停机。同时，在抽油机下行冲程时，变频器结合外部制动电阻，将回生能量合理释放。
C2000变频器与国产某品牌数据采集远传器相连接，将电机的运行工况、电流、转矩等数据远传到中控室内。
3.1 C2000变频器特点
台达C2000高阶磁束向量通用型变频器集驱动（IM/PM）、控制（PLC）、显示（文本）、以及多种协议现场总线技术于一体，内建CANOpen可做主站，具有高性能、易维护、多语言操作等特点：
异步及同步电机控制一体化，具有多种控制模式，对电机可实现开闭环控制；
启动转矩在0.5Hz时可达150%以上，并支持重载模式；
过载能力最大200%转矩电流；
内置PLC功能，程序容量10K步；
强大的面板编辑功能，相当于文本使用，并且面板参数设定有文字提示，使用简便；
模块化设计，控制端子及风扇可拆卸，并支持穿墙式安装；
丰富的网络扩展功能，内建CANOpen，可扩展Profibus、DeviceNet、MODBUS TCP、EtherNet-IP现场总线及以太网络卡；
-50℃至+50℃超宽环境温度，全球安规兼容于CE/UL/CUL。
3.2 C2000的基本参数设置
变频器的参数设置主要分为两部分，一为基本参数，二为通讯参数。
3.3电气控制原理
游梁式抽油机在变频柜门板上进行操作，变频控制柜门板上有启动、停止、故障复位、工变频转换按钮，并有运转指示灯、工变频指示灯和电位计调整电机转速旋钮，可以在现场或远程对变频柜进行实时操作。
当变频器在运转中出现故障时，变频器会利用继电器输出功能自动将变频状态切为工频状态，保证了抽油机不停机，同时，C2000变频器通过RS485与北京安控CPU相连接，可以远程上传数据和远程修改相关参数。
4 系统节能
采油井在开采过程中，油况可能随时发生变化，C2000变频器可以实时将负载情况送到北京安控CPU内进行分析计算，从而得到合理的转速控制。同时，还可以根据采油厂的采油量指标，由采油工人自行或定时改变输出频率，满足了手动与自动控制的二合一功能，不仅节约了电能，还节省了人力物力，深受用户好评。
5 结束语
台达C2000变频器（18.5～30KW）自2012年10月份在华北某油田多个游梁式抽油机井口投运，运行效果稳定，节能明显，并且操作简便易懂，在客户处取得了良好反响。
作者简介：
赵成亮，男，出生于1984年7月，毕业于佳木斯大学，自动化专业。现任中达电通东北大区业务支援处高级应用工程师，从事中达机电产品在黑龙江区域的技术支持和推广工作，有着丰富的业界经验。
