游梁式抽油機結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示
　　

　　圖1：游梁式抽油機結(jié)構(gòu)圖
　　

　　游梁式抽油機是一種變形的四連桿機構(gòu)，其整機結(jié)構(gòu)特點像一架天平：一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對于支架來說，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致，那么用很小的動力就可以使抽油機連續(xù)不間斷地工作。也就是說抽油機的節(jié)能技術(shù)取決于平衡的好壞。在平衡率為100％時電動機提供的動力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，則需要電動機提供的動力越大。因為，抽油載荷是每時每刻都在變化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，才使得游梁式抽油機的節(jié)能技術(shù)變得十分復(fù)雜。因此，可以說游梁式抽油機的節(jié)能技術(shù)就是平衡技術(shù)。

工作時，驢頭懸點上作用的載荷是變化的。上沖程時，驢頭懸點提起與懸繩器相連的抽油桿柱和液柱，在抽油機未進行平衡的條件下，電動機就要付出很大的能量。在下沖程時，抽油機桿柱反轉(zhuǎn)而對電動機做功，使電動機處于發(fā)電機的運行狀態(tài)。抽油機未進行平衡時，上、下沖程的載荷極度不均勻，這樣將嚴(yán)重地影響抽油機的四連桿機構(gòu)、減速箱和電動機的效率和壽命，惡化抽油桿的工作條件，增加它的斷裂次數(shù)。為了消除這些缺點，一般在抽油機的游梁尾部或曲柄上或兩處都加上了平衡重，這樣一來，在懸點下沖程時，平衡重從低處上升至高處，平衡重位能增加。平衡重所增加的位能由兩部分構(gòu)成：油桿柱下落所釋放的位能與電動機產(chǎn)生的能量。在上沖程時，平衡重由高處下落，把下沖程時儲存的位能釋放出來，幫助電動機提升抽油桿和液柱，減少電動機在上沖程時所需給出的能量。目前使用較多的游梁式抽油機，都采用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油機的一個工作循環(huán)中，有兩個電動機運行狀態(tài)和兩個發(fā)電機運行狀態(tài)。當(dāng)平衡配重調(diào)節(jié)較好時，其發(fā)電運行狀態(tài)的時間和產(chǎn)生的能量都較小。
　　
　　2.2改造方案對比
　　
　　（1）無變頻改造。
　　
　　此方案利用抽油機本身配置的平衡裝置，實現(xiàn)電機的運行耗能比較小化。由于原油的稠度等是時刻變化的，但是配置不能實時調(diào)節(jié)，所以勢必造成大部分能量的浪費，及設(shè)備壽命的縮短。另外，上沖程時，電動機處于電動狀態(tài)時，從電網(wǎng)吸收電能；下沖程時，電動機處于發(fā)電狀態(tài)時，釋放能量，電能直接回饋給電網(wǎng)，造成抽油機供電系統(tǒng)功率因數(shù)降低，對電網(wǎng)質(zhì)量影響較大。
　　
　　（2）變頻改造，加裝制動單元
　　
　　如圖2所示。在變頻器主回路直流母線兩端加制動電阻和制動單元。在加裝變頻器后，電動機進入再生發(fā)電狀態(tài)時，其產(chǎn)生的電能沒有逆向流回電網(wǎng)的通路，所以勢必引起主變頻器主回路直流母線電壓升高。此時必須用電阻來就地消耗，這就是我們在變頻器上必須使用制動單元和制動電阻的原因，。CHV100（18.5KW以下機型內(nèi)置制動單元）系列可以選配制動單元，完全可以達到理想中的控制效果。
　　

　　圖2：變頻器加制動單元
　　

　　
　　圖3:接線圖(制動單元耗能方式)

　該套系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試，運行正常，經(jīng)檢測，網(wǎng)側(cè)功率因素有大幅提高。跟蹤后期使用情況，與無變頻時比較，節(jié)能約30%左右。符合預(yù)期。
　　
　　（3）變頻改造，加裝能量回饋單元。
　　
　　制動電阻的散熱壽命問題及節(jié)能效果不理想成為方案（2）實際應(yīng)用中的技術(shù)瓶頸。針對上述情況，為實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化，提高效率，可以采用變頻器加裝能量回饋裝置方案，將再生能量回饋給電網(wǎng)。
　　
　　所謂能量回饋裝置，其實就是一臺有源逆變器。按采用的功率開關(guān)器件的不同又可以分為晶閘管（SCR）有源逆變器及絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）逆變器兩種，它們的共同特點是可以將變頻器直流回路的電壓反饋到電網(wǎng)，如下圖3所示。

　　
　　圖3：變頻器加能量回饋單元

　　
　　加裝能量回饋單元的變頻器適用于交流50HZ，額定電壓380V或660V的異步電動機和永磁同步電動機，實現(xiàn)軟起動，軟停車及過程調(diào)速控制功能。其具備起動電流小、速度平穩(wěn)、性能可靠、對電網(wǎng)沖擊小等優(yōu)點，避免對電動機、變速箱、抽油機造成機械沖擊，大大延長設(shè)備的使用壽命，減少停產(chǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率，提高了電網(wǎng)質(zhì)量。
　　
　　應(yīng)用案例
　　
　　CHV100-075G-4在勝利油田游梁式抽油機上成功應(yīng)用。
　　
　　勝利油田的工況與江漢油田有所不同，其原油稠度大，電機的負載率大。為實現(xiàn)節(jié)能比較大化，此方案采用變頻器加裝能量回饋單元的方式。基本接線圖如圖4所示。其工/變頻轉(zhuǎn)換電路與圖3中類似，不再畫出。回饋單元型號為：RBU-075G-4.
　　

　　圖4：標(biāo)準(zhǔn)接線圖[再生能量回饋方式]

主要參數(shù)表【變頻器部分】

　　自動模式
　　
　　自動運行時，回饋單元檢測母線電壓，自動執(zhí)行運行停止。
　　
　　當(dāng)母線電壓大于P0.04開始回饋電壓時，回饋開始。
　　
　　當(dāng)母線電壓小于P0.04－P0.05電壓值時，回饋停止。
　　
　　手動模式
　　
　　當(dāng)運行指令給定時，回饋單元一直回饋。
　　
　　由于變頻器安裝在野外，勝利油田當(dāng)?shù)氐臍夂蛞蛩兀瑫円箿夭畲螅捉Y(jié)露。為解決此問題，需在柜體內(nèi)安裝加熱與抽濕裝置。
　　
　　經(jīng)過較長時間的應(yīng)用比較，多套設(shè)備均運行穩(wěn)定，且節(jié)能效果十分明顯，節(jié)能率達到了40%～50%。電網(wǎng)質(zhì)量顯著提高。
　　
　　（4）共直流母線方式
<script language=javascript src="/include/js/digg.js"></script>

對于同一井場上有多口油井的場所，可以采用共用直流母線系統(tǒng)方案,即若干臺抽油機的變頻器將其直流母線聯(lián)結(jié)在一起，利用各變頻器的回饋能量不可能在同時發(fā)生的原理，將某一臺變頻器的回饋能量作為其它變頻器的動力。這樣即節(jié)約了能量，又防止了泵升電壓的產(chǎn)生。此方式可以搭配方式（2）或（3）使用，效果更佳。
　　
　　應(yīng)用案例
　　
　　CHV100-055G-4在中原油田應(yīng)用成功
　　
　　此方案參數(shù)設(shè)置方面與（2）、（3）區(qū)別不大。僅在接線圖上有所區(qū)別，現(xiàn)將有差異部分做簡圖繪出，如圖6。其他控制接線部分基本與上述兩方案雷同。
　　
　　由于油井分布地理位置限制，此方案中大多為3臺～4臺變頻器共一組直流母線。
　　

　　圖6：接線簡圖【共直流母線方式】
　　

　　此方案應(yīng)用情況良好，節(jié)能效果明顯，約為40%左右，且前期投入較適中。其必需條件是油井分布需在限制距離以內(nèi)。
　　
　　2.3節(jié)能原理與數(shù)據(jù)分析
　　
　　根據(jù)電機學(xué)原理：
　　
　　其中：
　　
　　n=電機轉(zhuǎn)速
　　
　　s=轉(zhuǎn)差率
　　
　　p=電機極對數(shù)
　　
　　以上可以看出，通過改變運行頻率，可以改變電機的運行轉(zhuǎn)速。根據(jù)負載特性，電機運行轉(zhuǎn)速下降，則電機軸功率下降。另通過變頻改造，能量回饋單元將下沖程時產(chǎn)生的能量回饋給電網(wǎng)。另外，電網(wǎng)功率因數(shù)的提高所產(chǎn)成的節(jié)能效果也是十分可觀的。通過INVT多個系列變頻器在我國多個大型油田的實際使用數(shù)據(jù)測算可得，在油田游梁式抽油機的應(yīng)用中，變頻節(jié)能比可達30～50%，同時，產(chǎn)油量可增加20～30%。
　　
　　結(jié)束語
　　
　　總之，變頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)和節(jié)能技術(shù)，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到石油行業(yè)的各個技術(shù)部門。在游梁式抽油機控制應(yīng)用還處于開始階段，在應(yīng)用中也出現(xiàn)了許多問題，這些都待于進步解決。只有充分考慮油田油井的實際情況，才能促進變頻技術(shù)在采油設(shè)備中的應(yīng)用。