鄭貴（大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院）

抽油機用節(jié)能電機測試評價方法中存在問題及發(fā)展思路

鄭貴（大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院）

抽油機用節(jié)能電動機的測試評價工作主要是采用與常規(guī)基準(zhǔn)電動機進行對比測試，計算不同載荷下的節(jié)電率來對其節(jié)能效果進行分析評價。大慶油田采油工程研究院基于大量的試驗數(shù)據(jù)和測試經(jīng)驗，對目前的測試評價方法中存在的問題進行了詳細(xì)分析，針對負(fù)功耗電量計算方法、選取評價指標(biāo)、變頻技術(shù)及節(jié)能產(chǎn)品組合應(yīng)用效果方面存在的問題，提出了新的發(fā)展思路，對各油田開展節(jié)能電動機測試評價工作具有一定的促進作用。

抽油機 節(jié)能電動機 測試評價 問題 發(fā)展思路

目前，抽油機用節(jié)能電動機的測試主要采用對比測試方法，即選用常規(guī)抽油機為參照機，錄取節(jié)能電動機的各項測試參數(shù)與基準(zhǔn)電動機作對比，通過計算其節(jié)電率來對其節(jié)能效果進行分析評價。近年來，社會及油田各部門陸續(xù)研制和推廣了一批抽油機用節(jié)能電動機，包括永磁同步電動機、超高轉(zhuǎn)差電動機、雙速雙功率電動機、雙定子電動機及變頻電動機等很多種類。目前均采用統(tǒng)一的測試方法和同一標(biāo)準(zhǔn)進行分析評價，但是對于不同類型的節(jié)能電動機在錄取和計算測試數(shù)據(jù)及選取評價指標(biāo)過程中，均存在一些問題，引起很大爭議。大慶油田采油工程研究院基于大量的試驗數(shù)據(jù)和測試經(jīng)驗，對目前的測試評價方法中存在的問題進行了詳細(xì)分析，提出了一些新的發(fā)展思路，希望能對各油田開展節(jié)能電動機測試評價工作起到一定的促進作用。

1 存在問題及發(fā)展思路

1.1 負(fù)功耗電量測試評價中存在的問題

石油行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)SY/T5264——2006《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法》規(guī)定，在計算輸入功率時，要減掉負(fù)功耗電量，大慶油田對節(jié)能產(chǎn)品進行評價時節(jié)電率的計算方法執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)。但是對負(fù)功耗電量是否完全反饋回電網(wǎng)或被其他用電設(shè)備所利用一直存在爭議，因此，對其進行了測試。

1.1.1 負(fù)功耗電量反饋回電網(wǎng)情況測試

分別對電動機端和變壓器上端進行了測試，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 電動機端和變壓器端負(fù)功測試數(shù)據(jù)對比

變壓器上端測試數(shù)據(jù)說明，負(fù)功可以返回到變壓器上端電網(wǎng)上，但返回比例非常小，絕大部分都損耗掉了。

1.1.2 負(fù)功耗電量被其他用電設(shè)備利用情況測試

同時啟動1臺變壓器下的抽油機和作業(yè)機，采用3套電參數(shù)測試儀，在分線路和總線路上同時測試（圖1）。

圖1 用電設(shè)備的負(fù)功耗電量測試簡圖

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，作業(yè)機和抽油機同時運轉(zhuǎn)，總線測量的負(fù)功耗電量減少0.415kWh，有功耗電量減少了0.242kWh，有功和負(fù)功耗電量均有所減少，所以有一部分被作業(yè)機所利用。

表2 負(fù)功耗電量利用情況測試數(shù)據(jù)

1.1.3 負(fù)功耗電量測試方法的發(fā)展思路

從上述測試數(shù)據(jù)中可以看出，在測試評價中計算有功節(jié)電率時將負(fù)功耗電量全部減去是不合理的。從表1中數(shù)據(jù)可以看出，負(fù)功耗電量并沒有全部反饋回電網(wǎng)；只有極少的一部分反饋回電網(wǎng)。從表2數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)同一臺變壓器下有其他用電設(shè)備時，負(fù)功耗電量將被利用一部分。

針對大慶油田實際情況，大部分都是1臺變壓器帶1口抽油機井，所發(fā)出的電量基本都被損耗掉了，已無法被電網(wǎng)上其他用電設(shè)備所利用。發(fā)電量無法被電網(wǎng)有效利用，在評價節(jié)能產(chǎn)品效果時就不應(yīng)該考慮負(fù)功耗電量。

針對1臺變壓器帶多口抽油機井或者有其他用電設(shè)備時，測試時應(yīng)該在變壓器和抽油機之間線路上加裝1個用電器，分別在變壓器、抽油機和用電器的輸出端進行測試。測試出負(fù)功中被用電器所利用的部分，計算時將這部分耗電量從有功耗電量中減去。

1.2 選取節(jié)能電動機測試評價指標(biāo)中存在的問題

1.2.1 選取測試指標(biāo)時存在的問題

目前節(jié)能電動機測試評價方法中，只對綜合節(jié)電率進行評價。由于節(jié)能電動機的測試均為委托測試，廠家送樣，為了提高節(jié)電率，有些廠家在測試時停止風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動，因此，有必要對節(jié)能電動機的質(zhì)量及性能指標(biāo)進行測試，在測試節(jié)電率之前必須保證節(jié)能電動機的質(zhì)量以及保證其運行狀態(tài)能夠滿足現(xiàn)場需要。電動機質(zhì)量及性能指標(biāo)應(yīng)按照GB/T 1032—2005《三相異步電動機試驗方法》進行測試。

1.2.2 選取評價指標(biāo)時存在的問題

目前對節(jié)能電動機最終出具的評價指標(biāo)為平均綜合節(jié)電率。然而，分析詳細(xì)數(shù)據(jù)會發(fā)現(xiàn)，有些電動機只在輕負(fù)荷時節(jié)電率十分明顯，在重負(fù)荷時并不節(jié)電，但平均綜合節(jié)電率卻很高，因此只用一個平均綜合節(jié)電率作為最終評價指標(biāo)并不合理。應(yīng)該分別給出輕負(fù)荷綜合節(jié)電率、中負(fù)荷綜合節(jié)電率、重負(fù)荷綜合節(jié)電率作為綜合評價指標(biāo)，這樣現(xiàn)場可以根據(jù)實際需要來選擇最適合本區(qū)塊的節(jié)能電動機。

2 變頻技術(shù)的應(yīng)用及測試評價

2.1 變頻技術(shù)存在的應(yīng)用問題

由于變頻器采用的電路結(jié)構(gòu)是“整流器—電容器/電感器—逆變器”，無論是整流器或是逆變器都具有非線性特性，會產(chǎn)生高次諧波。變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過傳導(dǎo)、電磁輻射和感應(yīng)耦合3種方式對電源及鄰近用電設(shè)備產(chǎn)生諧波污染。

這種高次諧波會使輸入電源的電壓波形和電流波形發(fā)生畸變。如果不采取有效抑制措施，會導(dǎo)致如下問題[1]：

◇惡化電網(wǎng)質(zhì)量指標(biāo)，引起供電電壓波動和閃變，降低電網(wǎng)的可靠性，增加電網(wǎng)損失，縮短電氣設(shè)備的壽命；

◇電流諧波會使變壓器的銅損增加，電壓諧波將增加鐵損；

◇使電氣設(shè)備（如電動機、電容器、變壓器等）使用不正常，產(chǎn)生發(fā)熱損耗、機械震動、噪音、輸出功率損耗等；

◇使測量和計量儀器、儀表、自動裝置、計算機系統(tǒng)，以及許多用電設(shè)備運轉(zhuǎn)不正常，影響設(shè)備測量精度，出現(xiàn)誤動作或誤差；

◇干擾通信系統(tǒng)，降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正常傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。

2.2 變頻電動機測試評價方法新思路

目前對變頻節(jié)能電動機的評價依然采用常規(guī)評價方法，節(jié)電效果比其他類型的節(jié)能電動機要好，但是變頻節(jié)能電動機在油田現(xiàn)場的應(yīng)用數(shù)量并不是很多，主要是因為其產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)的污染嚴(yán)重，因此，在測試評價時應(yīng)該對其產(chǎn)生的高次諧波進行嚴(yán)格控制。

在對變頻電動機進行測試時，應(yīng)利用電網(wǎng)質(zhì)量分析儀在電動機輸出端和變壓器上端（電網(wǎng)端）進行測試。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549—1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中對諧波的要求進行規(guī)范，電壓諧波總畸變率應(yīng)小于5.0%。

高次諧波抑制措施：

◇在變頻器交流輸入側(cè)設(shè)置交流電抗器增大整流阻抗，使整流重疊角增大，減小高次諧波；

◇在電力回路中并聯(lián)使用交流濾波器，將來自變頻器的高次諧波分量與電源系統(tǒng)分流；

◇對于裝設(shè)多臺變頻器的場合，分別配置專用的變壓器，利用輸入變壓器相位錯開的方法抑制高次諧波。

3 節(jié)能電動機、控制柜和變壓器組合測試的發(fā)展思路

目前測試方法主要是針對單個節(jié)能產(chǎn)品進行測試，節(jié)能電動機、控制柜、變壓器都是分開進行測試。單個節(jié)能產(chǎn)品測試時，其他配套設(shè)備都是實驗系統(tǒng)中配備的基準(zhǔn)設(shè)備，而在油田現(xiàn)場應(yīng)用中，可能是節(jié)能電動機、節(jié)能控制柜、節(jié)能變壓器等節(jié)能產(chǎn)品的各種組合使用，組合使用后的節(jié)能效果是否是單個節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果的算術(shù)疊加，均是油田各部門關(guān)心的問題。

組合測試的發(fā)展思路：

1）對節(jié)能電動機等產(chǎn)品進行測試時，可以根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用的變壓器情況，帶變壓器進行測試，在變壓器的上端進行測試，避免小功率的節(jié)能電動機引起變壓器容量的浪費。

2）節(jié)能電動機和節(jié)能控制柜單獨測試后，可以進行疊加測試，分析疊加后節(jié)能效果是否更好；特別是變頻控制柜和變頻節(jié)能電動機的組合使用，是否對高次諧波產(chǎn)生影響。

3）在今后的檢測工作中，可以針對兩種或者幾種節(jié)能產(chǎn)品的疊加使用進行測試，分析疊加后的節(jié)能效果。

4 結(jié)束語

“節(jié)能降耗，持續(xù)發(fā)展”在穩(wěn)產(chǎn)4000×104t的高科技新會戰(zhàn)中具有極其重要的意義，節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用成為必然的研究和發(fā)展趨勢。節(jié)能產(chǎn)品的種類越來越多，而這些節(jié)能產(chǎn)品的節(jié)能效果如何便成了研究的重點，對節(jié)能產(chǎn)品的測試評價工作刻不容緩。因此，如何保證測試評價工作的科學(xué)性、合理性、可靠性也成為質(zhì)檢機構(gòu)今后工作的一個重要發(fā)展方向。

[1]詹建北.變頻技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀[J].廣東科技,2003 (7):66.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.010.014

2012-06-20)

鄭貴，高級工程師，1988年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，從事采油工程產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗工作，E-mail：zhenggui@petrochina. com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西賓路9號采油工程研究院，163453。