面向用户的有杆采油系统实用仿真模型及应用

目前有杆采油系统模型主要侧重于机械环节抽油杆行为预测及抽油机结构优化,无法对抽油机电机电气能耗状况及节能潜力进行准确分析。针对这一问题,以一台Y2—280S—8、37k W异步电机驱动的CYJ10型游梁式抽油机为例,建立了计及电机磁路饱和与抽油杆波动的有杆采油系统实用仿真模型;并利用上述模型对抽油机不同运行条件下系统能耗状况进行了对比分析。进一步针对当前油田普遍存在的供电线路长、动液面大小不一等特点,在不过多追加投资及更换设备前提下,对系统节能潜力进行了分析。结果表明:通过改变配电变压器分接开关位置,系统可节电2.5%;按照行标SYT5264将抽油机平衡度调至95%左右,系统仍有一定节电空间;若辅以传统星角转换及无功补偿等节能技术,系统综合节电率可达16.8%。通过与常规井实测数据对比,验证了所建模型的有效性与正确性。     

抽油机电动机起动及运行特性时步有限元分析

抽油机电动机的负载始终处于动态变化中,其起动及运行性能的影响因素繁多,经典方法很难得到满意结果。该文从麦克斯韦方程基本物理定律出发,对电动机定转子各电磁量正方向进行了统一规定,建立用于起动及正常运行特性分析的时步有限元模型。以油田常用的37 kW、8极感应电动机驱动的10型抽油机为实例,对比分析了抽油机动液面、平衡状况、电源电压等主要结构及运行参数对起动能力及运行性能的影响。实例计算表明:在抽油机动液面较小的情况下,通过对平衡量及电源电压的协调控制,系统节电率可达到15%。通过与实测数据对比验证了有限元分析结果的正确性。文中研究成果为油田电机系统节能潜力分析及节能新技术开发提供了新的技术基础。     

用于模拟游梁式抽油机电动机动态负荷的测试系统设计及应用

抽油机电动机(beam pumping motor,BPM)负荷具有周期性动态变化特点,对于此类工况下的电动机能效检测通常采用标准井测试方法,该方法存在负载单一、通用性差等局限性,难以灵活地模拟油田复杂的负荷特性。为解决这一问题,以国内外油田广泛应用的游梁式抽油机为例,建立了抽油机系统(beam pumping system,BPS)数学模型并分析了模型参数对仿真误差的影响;在此基础上,提出一种通过调整平衡配重及井下摩擦力参数值大小来补偿模型误差的技术手段,并通过遗传算法(genetic algorithms,GA)对上述参数进行优化求解;进一步基于该模型开发出一套室内BPM模拟加载测试系统,该系统采用由四象限变频器与伺服电机组成的能量回馈式单元作负载,仅通过改变上位机BPS模型参数便可实现不同动态负荷的精确模拟。与现场测试结果对比表明,该系统可模拟抽油机空载、轻载及重载工况下的动态负荷特性,误差低于2%,系统节电率达87%。文中研究成果可为油田电机选型及能效动态评估提供重要技术支持。     

基于MATLAB/Simulink的变频电机系统能耗实用模型

变频电机系统能耗分析需要对系统各环节建立准确的损耗计算模型。针对目前有限元模型建模繁琐、计算量大的现状,在考虑了变频电源谐波对铁耗电阻影响的基础上,建立了计及铁耗等效电阻的异步电机数学模型及PWM变频器主电路损耗模型,提出一种基于MATLAB/Simulink的变频电机系统实用模型,实现了变频电机系统各环节损耗准确分析。通过对不同工况下变频器、电机和系统总效率的仿真分析,揭示了传统忽略变频器能耗的损耗分析方法对系统最佳运行点估算存在一定误差。为了验证模型正确性,对一组5.5 k W变频电机系统进行了试验对比,验证了文中模型能够正确有效地模拟变频电机系统运行。研究成果为进一步研究系统能耗最优控制策略提供了重要理论支撑。     

油田电机轻载节能控制策略的研究

针对油田抽油机和风机轻载时效率低下、功率因数低,且现有的轻载节能模型要求精确了解电动机的模型和参数,难以用于工程实现等问题,利用异步电机线性化的转矩一转差率关系,对恒转矩负载与平方转矩负载推导了异步电机损耗公式。根据电机铜耗与铁耗相等的原则导出了轻载时损耗最小的控制策略方程,并且量化了轻载的概念。给出了仿真结果,并与恒压频比方法进行了对比,研究表明,新方法较恒压频比效率有所提高,功率因数得到较大改善;而新方法有实用、简单的特点,可使电动机的效率有较大提高。     

油田电机轻载节能控制策略的研究

针对油田抽油机和风机轻载时效率低下、功率因数低,且现有的轻载节能模型要求精确了解电动机的模型和参数,难以用于工程实现等问题,利用异步电机线性化的转矩-转差率关系,对恒转矩负载与平方转矩负载推导了异步电机损耗公式.根据电机铜耗与铁耗相等的原则导出了轻载时损耗最小的控制策略方程,并且量化了轻载的概念.给出了仿真结果,并与恒压频比方法进行了对比,研究表明,新方法较恒压频比效率有所提高,功率因数得到较大改善;而新方法有实用、简单的特点,可使电动机的效率有较大提高.     

油田游梁式抽油机节能控制系统

抽油机是油田上耗能最多的设备,约占油田总用电负荷的40%。抽油机载荷参数变化非常大,造成电能的巨大浪费。为降低能耗,对抽油机进行调速节能改造显得尤为重要。针对抽油机功率小、数量多,电动机间歇性处于发电状态,对控制性能要求高等特点,本文采用共用直流母线,单独配置逆变部分,平衡各电动机间电能需求及能量反馈,采用有速度矢量控制算法稳定位势负载上升下降,节约电能的同时平稳电动机运行。     

考虑电压稳定性的油田电机-抽油机启动特性及失压脱扣保护研究

针对油田电网瞬时故障短时电压跌落引起的电机失压脱扣甩负荷现象,对考虑电压稳定性的油田电机-抽油机启动特性进行了理论分析;建立了符合油田电机-抽油机负荷实际运行特性的电磁暂态仿真模型,对电机-抽油机启动暂态特性进行了仿真验证。搭建了某油田下二门电网仿真模型,根据单井电机-抽油机不失稳极限启动残压以及配网机端电压不失稳极限持续时间对该油田电网制定了合理的考虑电压稳定性的油田电机-抽油机失压脱扣保护措施。仿真结果表明,该方法可有效防止电压瞬时跌落时非失稳电机失压脱扣甩负荷,并能够可靠切除失稳堵转电机。     

低压线路末端补偿的应用效果

一、抽油机负荷的特点 在油田的后期原油生产中,机械采油是生产原油的主要手段,同时机械采油的电力消耗也是主要的能耗之一。就中原油田而言,目前油区抽油机负荷约占生产用电负荷的70％以上。而这类负荷是一种依抽油机的冲程为周期性连续变化的负荷,即在一个周期内,每时每刻负荷的大小是不同的。通常拖动抽油机转动的三相异步电动机在运行过程中,电网除供给一定的有功功率外,还要供给一定量的无功功率,这     

永磁同步电动机损耗分离的应用研究

永磁同步电动机的低损耗高效率是其获得广泛应用的优势之一,精确分析永磁同步电动机的各项损耗是电机相关性能设计及优化的重要条件。从工程应用角度出发,依据电机的常规测试,根据电流和功率损耗与电压关系的双V形曲线,研究适合工程应用的铁耗、机械损耗和杂散损耗的分离方法。样机验证各项损耗的分离值与实测值相比,误差在5%以内,表明该损耗分离方法的正确性和实用性,能够满足工程实际的应用需求。     

转子斜槽对鼠笼电动机损耗的影响

本提出了一种根据多片有限元模型计算斜槽感应电动机总损耗的技术，这个模型预测该电动机内磁通密并轴向变化的能力初次得到证实。然后将此模型用于研究斜槽是怎样影响感应电动机内的损耗的，并表明斜槽改变了电机内转子铁耗与高频转子焦耳损耗之间的平衡。     

势能负载条件下感应电机变频–调压分段节能控制策略研究

目前投入油田应用的节能设备大多基于单一节能技术,且通用性较差。该文结合抽油机负载特点及四连杆运动规律,提出一种基于变频器的变频?调压分段协调运行的通用节能新技术。该技术通过在不同曲柄运行位置区间选择性地改变感应电机供电模式,使其运行状态发生改变,主要特征:1)采用变频手段控制悬点加速度大小,间接削弱悬点载荷中的惯性力矩成分,从而减小上冲程阶段电机消耗的电功率;2)实时监测电机实际负荷状况,采取跟踪调压技术确保电机运行效率最优。以一台Y2-280S、37k W感应电机及其驱动的CYJ10型游梁式抽油机为算例,对多种复杂工况下的节电效果进行综合仿真对比。结果表明:该方法能够有效改善上冲程前半周期平衡块对负载的平衡作用,降低了最大载荷值;不同动液面、平衡配重下系统节电率大于12%,具有较强通用性;从而为油田节能开辟了新思路,具有重要理论意义和实用价值。     

周期性势能负载下电机变频-调压综合节能控制策略

在分析抽油机系统效率构成以及调压节能与变频调速节能控制机理的基础上,提出一种调压与变频调速相结合的综合节能控制策略,并建立了适用于复杂工况的电机暂态能耗分析模型。该控制策略的突出优势在于保证抽油机系统井下运行效率的前提下,能够实现抽油机电机运行效率最优,提高抽油机系统整体效率。以一台37 kW异步电机为例,利用电机暂态模型进行仿真验证。仿真结果证明该控制策略可有效提高抽油机系统的整体运行效率。     

问与答

问:三相异步电动机在不平衡电压下运行时,对其性能有何影响,试举例说明。答:当电压不平衡时,电机内部产生负序磁场,形成负的转矩,从电机轴上吸收一部分机械功率,在电机内部消耗了。因此在同样的转差率下电动机轴上有用机械功率有所降低。又因负序磁场在转子上引起额外的铁耗、铜耗和杂散损耗,致使总损耗增加。对JO2、Y系列电动机,当电压不平衡率K_(acu)=3％时,产生的负序电流约为额定电流的15～21％,满载时,若定子某一相的正、     

一种实用型交流电机软起动器

介绍一种简单实用的交流电机软起动器，可实现交流电动机平衡可靠起动，制动，反转，可控制起动过程中的电流及时间，避免起动中的电流尖峰及机械冲击。     

感应电动机新型最小损耗控制策略

在变频驱动中,施加在电机定子绕组上的电压和频率对一给定的转矩－转速运行点可以有不同的组合,其中存在某一最佳的电压－频率组合使电机在该点运行损耗最小。但是目前所有最小损耗控制方法都要求精确了解电动机的模型和参数,因此难以用于实际工程。本文首次利用感应电动机线性化Ｍ－ｓ公式导出了最小损耗控制方程及其约束条件,文中给出仿真和实验结果,对新方法和基于模型的效率优化方法［１］进行了对比,并给出７．５ｋＷ标准效率感应电动机采用最小损耗控制与恒Ｖ／Ｆ控制时传动系统的效率比较。研究结果表明,新方法和基于模型的效率优化方法的控制效果十分近似,而新方程却具有简单、实用的突出特点,可较大地改善电动机的效率。     

供电电源包含谐波及不平衡共存时感应电机损耗特性

受系统中电源多样化及非线性负荷的影响,用户侧电源中会出现包含谐波及不平衡共存现象。当电动机运行在此类复杂电源质量条件下,会造成能效降低、温升增加,严重情况下会导致电机损坏,影响安全生产。为了研究供电电源包含谐波及不平衡共存时感应电机损耗特性,以一台5.5 kW笼型感应电机为例,设计了9种电源包含谐波及不平衡共存时的供电电源波形,进一步利用时步有限元法,分析了在上述不同供电电源波形情况下,电机内部定转子铁心磁密及转子导条电流密度的分布特点,并进一步分析了空载及负载情况下的损耗特性;最后通过试验验证了文中分析结果的正确性。     

中型高压异步电动机中的空载铁耗分析

一、概述电机在运行中,其内部总会产生一部份能量损耗。异步电动机的总损耗,包括铁损耗(空载铁耗)、绕组的I~2R损耗、机械损耗及负载时的杂散损耗等。由于消耗的部份能量都转化为热量,导致电机发热,限制了     

中原油田油区配电系统无功补偿研究与应用

为了提高油区配电系统的功率因数 ,文中根据油区用电负荷的分类 ,分析了抽油机负荷的特点、抽油机电机运行的特性及中原油田油区低压配电系统无功补偿的现状、存在的主要问题 ,提出了切实可行的技术解决措施。     

纯电动客车用高速永磁轮边电机损耗分析方法研究

针对纯电动客车用高速永磁轮边电机进行损耗分析方法研究。通过有限元模型对定子齿部、轭部以及转子铁耗进行计算,分别对不同工况下的电磁损耗进行分析,并考虑非正弦激励的影响,建立电磁损耗计算模型。通过设计损耗分离实验,利用无磁体转子电机分离机械损耗与空载铁耗,并对机械、杂散损耗分别建模,完善全工况点电机损耗计算模型。通过样机实验验证,该方法能够对同平台电机损耗进行准确分析。