罗艳红

摘 要：伺服直驱螺杆泵驱动装置与传统液压驱动装置最大的区别除了刹车方式的改变以外，更体现在伺服系统省略了传动箱的设计，避免了传动系统中能量的损耗，因而降低了耗电量。主要介绍了伺服电机系统的结构、原理及优点、应用效果和应用前景。

关键词：电机；系统；螺杆泵；节能

前言

由于螺杆泵在锦州采油厂应用较为广泛，并且大多数为结构复杂的棘轮棘爪式防反转驱动装置[1]或液压防反转驱动装置[2]，管理难度较大，运动部件多，节能效果也受到一定限制。因此，利用伺服电机系统提高螺杆泵驱动装置的节能效果具有重要意义。

1 结构及原理

伺服电机系统（以下简称直驱装置）由驱动器和专用控制柜组成。驱动器主要由永磁电机[3]、方卡子、密封盒、轴承箱、井口底座、封井器等部件组成。专用控制柜主要由控制器、操作面板、泄放电阻、空气开关、交流接触器、加热管等组成。直驱驱动装置[4]采用高效节能的永磁电机提供动力，该装置可实现转速的无级智能调速，具有结构简单、无皮带等传动机构，传动效率高、维护维修费用低、噪音低、无泄漏等优点。

当按下“停机”按钮正常停机时，控制器开始按预定梯度将电机正向转速降为0，如果此时检测到的负载驱动扭矩（抽油杆及螺杆泵弹性扭矩）大于电机额定扭矩的10%（如1000NM电机对应的检测值为100NM），则控制器驱动电机反向匀加速至额定转速的10%（如350RPM的电机反向转速为35RPM）并持续进行反向转动以释放能量，直到当负载驱动扭矩小于预定值时，控制器关闭运行，并自动短接电机绕组，利用永磁同步电机固有的转动——发电——制动功能继续在无源的情况下减缓的弹性反转，做到既能缓慢释放弹性力，又不至于造成抽油杆脱扣。在螺杆泵下次起动时，初始起动力矩很小，便于起动，修井作业也不会出现反转问题。这种扭矩释放方式既能在较短时间内稳定停机，又能有效防止失控反转造成抽油杆脱扣事故。

当由于负载原因出现过载、过热等故障时，如系统尚能继续运转，则首先启动上述停机流程，再进入过载保护、过热保护等报警保护状态；如系统已不能继续运转，则自动关闭运行，接触器自动短接电机绕组实现下述制动流程：

当停电、控制器出现不能继续运行的保护状态或控制器已坏处于不可控电机状态时，接触器自动短接电机绕组实现快速制动，以保证不出安全事故，但此时抽油杆弹性势能较大，无法启动主动释放动作，需较长时间短接制动才能释放完能量。当系统恢复供电且控制器正常工作时，可以正常启动。

2 优点

承重轴承安装在润滑油池内，承重轴承轴向可承受10t的拉（压）力，并且油池与电机间设有油封，防止润滑油进入电机定子，降低了轴承温度，延长了寿命。

采用专用永磁同步电机，电机结构为空心轴，系统配有专用控制器，可实现转速的无级智能调速；并能精确的控制力矩和速度，避免了断杆、反转脱扣等问题。

采用两套安全可靠的刹车系统防止倒转，并能根据井况及扭矩的不同调节相应的刹车电阻值，使扭矩完全释放。

3 现场实施情况

伺服电机系统首先在锦2-丙5-2416井上试验。

锦2-丙5-2416井，抽油机生产时日产液55m3，日耗电106.6度。8月8日转用直驱装置配合GLB1100-16t螺杆泵生产，泵挂806米，日产液50.1m3，日耗电51.5度。将该井使用螺杆泵生产前后的产液单耗进行对比，日耗电量减少55.1度。8月11日调参至50转/分，日产液量上升至90.1m3，现场测试日耗电量62.3度，效果非常理想，目前该井运行平稳。

2012年应用伺服电机系统在锦州采油厂锦16、锦99、锦45、锦626等区块实施了23口，目前已经对16口油井进行了能耗测试，其中10口油井可进行节能对比，总体效果较好，只有3口油井未达到节电目的，分别为14-503侧2（连测2次均不节电）、12-3侧（作业异常待重复测试）、15-03侧，节电效果最好的7-006，测试表明产液单耗下降5.67，下降了83.7%。平均单井产液单耗降低0.59度/m3。

4 经济效益

4.1 该伺服系统省略了传动箱的设计，避免了传动系统中能量的损耗，因而降低了耗电量。

4.2 今年应用伺服电机系统实施了23口井，累计产液65945 m3，平均单井产液单耗降低0.59度/m3，如果平均按1个月生产，电费按0.51元/度。

节电量=70442×0.59×30=1167226.5度

5 应用范围及前景

利用伺服电机螺杆泵驱动装置给生产管理带来了很大方便，其潜在的经济效益及社会效益也是很明显的。伺服电机螺杆泵驱动装置的广泛应用必将为我厂节能减排和原油上产做出积极的贡献。

参考文献

[1]程贵华，唐建平，等.机械式防反转机构在螺杆泵上的应用.石油矿场机械，2002，（04）.

[2]范海涛，吕玉兴，等.GBF型螺杆泵地面驱动装置的研制及应用.石油机械，2004，（04）.

[3]孙双，朴雪峰，等.螺杆泵环空测试永磁电动机直驱驱动装置.石油机械，2011，（10）.

[4]杨永华，郑学成，等.机械密封上置式螺杆泵地面驱动装置研制[J].石油机械，2004，（02）.