Các nhà cung cấp biến tần chuyên dụng cho ngành dầu khí xin lưu ý rằng biến tần đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp của doanh nghiệp và đời sống hàng ngày. Việc ứng dụng rộng rãi của biến tần chủ yếu là do đặc tính tiết kiệm năng lượng và điều chỉnh tốc độ tuyệt vời của chúng. Sản lượng và mức tiêu thụ năng lượng của Trung Quốc nằm trong số những nước có mức tiêu thụ năng lượng cao nhất thế giới. Để giải quyết vấn đề tiêu thụ năng lượng của sản phẩm, bên cạnh các vấn đề kỹ thuật liên quan khác cần được cải thiện, việc điều chỉnh tốc độ biến tần đã trở thành một biện pháp hiệu quả để tiết kiệm năng lượng và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Hiện nay, trong số các thiết bị bơm được sử dụng tại hầu hết các mỏ dầu, cụm bơm dầm là loại được sử dụng phổ biến nhất và có số lượng lớn nhất. Một mặt, chuyển động của cụm bơm dầm là nâng lên hạ xuống liên tục, mỗi lần nâng một lần. Lực đẩy của cụm bơm đến từ hai thanh trượt thép có trọng lượng đáng kể được dẫn động bởi động cơ điện. Khi các thanh trượt được nâng lên, chúng hoạt động như đòn bẩy, đưa cần bơm dầu vào giếng. Khi các thanh trượt được hạ xuống, cần bơm dầu được nâng lên đầu giếng cùng với dầu. Do tốc độ không đổi của động cơ, tải trọng giảm trong quá trình các thanh trượt hạ xuống, và năng lượng sinh ra từ lực cản của động cơ không thể bị tải trọng hấp thụ. Nó chắc chắn sẽ tìm thấy một kênh tiêu thụ năng lượng, khiến động cơ chuyển sang trạng thái phát điện tái tạo, phản hồi năng lượng dư thừa về lưới điện, gây ra sự gia tăng điện áp thanh cái mạch chính, điều này chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ lưới điện, dẫn đến giảm chất lượng cung cấp điện và hệ số công suất, đồng thời phải đối mặt với các khoản phạt từ các doanh nghiệp cung cấp điện. Nguy hiểm: Các cú sốc điện áp cao thường xuyên có thể làm hỏng động cơ và thiếu khả năng bảo vệ đáng tin cậy. Một khi động cơ bị hư hỏng, hiệu suất sản xuất sẽ giảm và chi phí bảo trì tăng lên, ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ năng lượng của thiết bị bơm, gây thiệt hại kinh tế đáng kể cho doanh nghiệp. Mặt khác, việc lắp đặt hai thanh trượt thép lớn trong cụm bơm dầm dẫn đến nhiều vấn đề như lực tác động khởi động lớn của cụm bơm. Ngoài hai vấn đề nêu trên, môi trường địa lý đặc thù của hoạt động khai thác dầu khí quyết định đến đặc điểm vận hành của thiết bị khai thác dầu. Trong giai đoạn đầu khai thác giếng dầu, trữ lượng dầu lớn và nguồn cung cấp chất lỏng dồi dào. Để nâng cao hiệu suất, có thể áp dụng vận hành tần số điện để đảm bảo sản lượng dầu cao; ở giai đoạn giữa và sau, do trữ lượng dầu giảm, dễ dẫn đến tình trạng cung cấp chất lỏng không đủ. Nếu động cơ tiếp tục vận hành ở tần số điện, chắc chắn sẽ gây lãng phí điện năng và gây ra những tổn thất không đáng có. Lúc này, cần xem xét tình hình vận hành thực tế, giảm tốc độ động cơ, giảm hành trình và cải thiện hiệu quả tốc độ bơm. Để giải quyết các vấn đề trên, có thể áp dụng công nghệ biến tần vào điều khiển cụm bơm dầm.
Bằng cách xác định tần số hoạt động của động cơ dựa trên biên độ dòng điện làm việc, hành trình của cụm bơm có thể được điều chỉnh thuận tiện theo sự thay đổi của điều kiện giếng, đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng và cải thiện hệ số công suất của lưới điện. Đồng thời, bộ biến tần có khởi động mềm tốc độ thấp, tốc độ có thể được điều chỉnh mượt mà và rộng rãi. Nó có đầy đủ các chức năng bảo vệ động cơ, chẳng hạn như ngắn mạch, quá tải, quá áp, thấp áp và chết máy, có thể bảo vệ hiệu quả động cơ và thiết bị cơ khí, đảm bảo thiết bị hoạt động ở điện áp an toàn và có nhiều ưu điểm như vận hành trơn tru và đáng tin cậy, hệ số công suất được cải thiện, v.v. Đây là giải pháp lý tưởng cho việc cải tạo thiết bị sản xuất dầu.
Hiện nay, có ba khía cạnh chính của quá trình chuyển đổi biến tần cho các đơn vị bơm chùm tia:
(1) Việc chuyển đổi tần số nhằm mục đích nâng cao chất lượng lưới điện và giảm thiểu tác động của nó lên lưới điện. Điều này chủ yếu tập trung vào các trường hợp doanh nghiệp cung cấp điện có yêu cầu cao về chất lượng lưới điện. Để tránh suy giảm chất lượng lưới điện, cần áp dụng điều khiển tần số biến đổi, với mục đích chính là giảm thiểu tác động của quá trình vận hành tổ máy bơm lên lưới điện. Ứng dụng này đã được đưa vào kế hoạch ứng dụng tại Nhà máy sản xuất dầu Linpan thuộc Mỏ dầu Shengli.
(2) Đổi mới biến tần với mục tiêu chính là tiết kiệm năng lượng. Điều này khá phổ biến. Một mặt, để khắc phục mô-men xoắn khởi động lớn của các tổ máy bơm dầu mỏ, người ta sử dụng động cơ điện có công suất lớn hơn nhiều so với công suất thực tế cần thiết. Tỷ lệ sử dụng động cơ điện trong quá trình vận hành thường nằm trong khoảng từ 20% đến 30%, cao nhất không quá 50%. Động cơ điện thường ở trạng thái tải nhẹ, dẫn đến lãng phí tài nguyên động cơ. Mặt khác, điều kiện làm việc của tổ máy bơm liên tục thay đổi, phụ thuộc vào trạng thái ngầm. Nếu luôn hoạt động ở tần số điện lưới, chắc chắn sẽ gây lãng phí năng lượng điện. Để tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu suất của động cơ điện, cần phải chuyển đổi biến tần.
(3) Cải tiến chuyển đổi tần số nhằm nâng cao chất lượng lưới điện và tiết kiệm năng lượng. Tình huống này kết hợp ưu điểm của hai chuyển đổi trên và là hướng phát triển quan trọng trong ứng dụng.
Trong quá trình ứng dụng thực tế, nhiều vấn đề đã phát sinh, chủ yếu tập trung vào việc xử lý năng lượng được tạo ra từ trạng thái phát điện của tổ máy bơm chùm tia. Đối với kịch bản đầu tiên, việc sử dụng bộ biến tần thông thường với bộ hãm tiêu thụ năng lượng có thể tương đối thuận tiện, nhưng điều này phải trả giá bằng việc tiêu thụ nhiều năng lượng hơn, chủ yếu là do năng lượng được tạo ra không thể được đưa trở lại lưới điện. Khi không sử dụng bộ biến tần và động cơ ở trạng thái có điện, động cơ sẽ hấp thụ năng lượng điện từ lưới điện (đồng hồ quay về phía trước); khi động cơ ở trạng thái phát điện, nó giải phóng năng lượng (đồng hồ quay ngược lại) và năng lượng điện được đưa trực tiếp trở lại lưới điện mà không bị tiêu thụ bởi các thiết bị cục bộ. Hiệu suất tổng thể là hệ số công suất của hệ thống cung cấp điện của tổ máy bơm tương đối thấp, điều này có tác động đáng kể đến chất lượng của lưới điện. Nhưng khi sử dụng bộ biến tần thông thường, tình hình đã thay đổi. Đầu vào của bộ biến tần thông thường là diode chỉnh lưu và năng lượng không thể chạy theo hướng ngược lại. Phần năng lượng điện trên không có đường dẫn trở lại lưới điện và phải được tiêu thụ tại chỗ bằng điện trở, đó là lý do tại sao phải sử dụng các bộ hãm tiêu thụ năng lượng. Đối với kịch bản thứ hai và thứ ba, cần phải xử lý đúng cách năng lượng điện được tạo ra bởi trạng thái phát điện của động cơ và phản hồi nó về lưới điện. Nếu không, năng lượng tiết kiệm được bằng cách điều chỉnh hành trình của bộ phận bơm có thể không bù đắp được năng lượng tiêu thụ bởi bộ hãm biến tần, dẫn đến tiêu thụ năng lượng trong quá trình vận hành biến tần, điều này đi ngược lại mục tiêu bảo tồn năng lượng. Để giải quyết vấn đề này, cần phải sửa đổi bộ biến tần thông thường bằng cách đưa cấu trúc PWM kép vào cấu trúc để đảm bảo rằng điện được tạo ra trong quá trình phát điện được đưa trở lại lưới điện; Giới thiệu điều khiển thích ứng trong các phương pháp điều khiển để thích ứng với môi trường làm việc thay đổi của các bộ phận bơm chùm tia.