田春雨（中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術監(jiān)測評價中心）

大慶油田游梁式抽油機電動機的節(jié)能分析

田春雨（中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術監(jiān)測評價中心）

在大慶油田游梁式抽油機應用的節(jié)能電動機大致分為永磁電動機、高轉(zhuǎn)差電動機、變級多速電動機和伺服電動機。在游梁式抽油機標準井上，在不同負荷情況下，對比測試了這四種電動機的綜合節(jié)電率，分析了 其不同的優(yōu)缺點，為油田合理選配抽油機電動機提供了參考。

游梁式抽油機 電動機 節(jié)能分析

1 節(jié)能電動機評價及分析

目前大慶油田抽油機節(jié)能電動機主要有永磁電動機、高轉(zhuǎn)差電動機、變極多速電動機和伺服電動機。下面對它們的現(xiàn)場應用和優(yōu)缺點進行分析，數(shù)據(jù)全部出自標井評價裝置，在 10型普通游梁式抽油 機 標準井上 ， 在 輕 負荷 （300m）、 中負荷 （600 m）和 重 負 荷 （800m）工況下，以Y系 列 電 動 機 對比測試綜合節(jié)能率。

1.1永磁電動機

永磁電動機，特別是稀土永磁電動機具有結構簡單，運行可靠；體積小，質(zhì)量輕；損耗少，散率高；電動機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點[1]。永磁電動機內(nèi)部使用了永磁材料，來維持原來依靠消耗無功電量來維持的磁場。

永磁電動機在標準井上的節(jié)能評價結果見圖1。

圖1 永磁電動機綜合節(jié)電率

由圖1可以看出，永磁電動機在重負荷的情況下節(jié)電率更好，所以它適用于動液面深或者產(chǎn)業(yè)量大的區(qū)塊。標準井測試此類電動機13臺，70%的電動機 節(jié) 電 率 達 到 16.02%， 同 時 參 照 大 慶油田節(jié) 能 技改測試的節(jié)電率，此類電動機綜合節(jié)電率確定為大于等于 18%。

永磁電動機的應用優(yōu)勢是：

1）電動機運行效率較高，而且高效區(qū)域較寬。

2）因其一 部 分磁場 由永磁 材 料提供 ， 所以 電動機無功節(jié)電效果較好。

3）因為電 動 機的同 步性好 ， 所以啟 動 轉(zhuǎn)矩 很大，如果能匹配好，節(jié)電效果顯著。

永磁電動機的不足是：

1）因為永 磁 電動機 的機械 特 性，不 容 易與 抽油機運行負載進行合理匹配。

2）因其電 動 機的機 械結構 ， 電動機 的 啟動 特性較硬。

3）成 本 比 普 通 Y 系 列 異 步 電 動 機 高 出 30%～40%。

4）電動機 啟 動電流 高、過 載 性能比 較 差， 這就要求為其供電的變壓器有足夠的容量,導致抽油機在正常運行時變壓器的效率降低,影響節(jié)能效果。

1.2高轉(zhuǎn)差電動機

高轉(zhuǎn)差電動機通過降低電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來增加電動機的轉(zhuǎn)矩，因為在抽油機的啟動階段需要很大的轉(zhuǎn)矩，而在抽油機平穩(wěn)運行中需要的轉(zhuǎn)矩很小，所以高轉(zhuǎn)差電動機減小了電動機的功率。

高轉(zhuǎn)差電動機在標準井上的節(jié)能評價結果見圖2。

由圖2可以看出，高轉(zhuǎn)差電動機在輕負載的情況下節(jié)電率更好，所以它適用于動液面淺或者產(chǎn)業(yè)量小的區(qū)塊。標準井測試此類電動機16臺，70%電動機 的 節(jié) 電 率 達 到 12.91%， 同 時 參 照 大慶油田 節(jié) 能技改測試的節(jié)電率，此類電動機綜合節(jié)電率確定為大于等于12%。

圖2 高轉(zhuǎn)差電動機綜合節(jié)電率

高轉(zhuǎn)差電動機的應用優(yōu)勢是：

1）高 轉(zhuǎn) 差電動 機 通過降 低 轉(zhuǎn)速 來 增加電 動 機的扭矩從而能用容量較小的高轉(zhuǎn)差電動機取代容量較大的電動機，避免了能量浪費，從而實現(xiàn)節(jié)能。

2）高 轉(zhuǎn) 差電動 機 的鐵耗 和 銅耗 及 機械損 耗 均大大降低。

3）機 械 特 性 軟 ， 改 善 了 機 、 桿 、 泵 的 配 合 ，提高了抽油桿的使用壽命。

高轉(zhuǎn)差電動機的不足是：

1）滑 差 高、損 耗 較大、 效 率低 ， 遇沖擊 載 荷時速度下降，效率更低。

2）電 動 機發(fā)熱 較 嚴重， 有 的電 動 機用鋁 做 外殼，還有的需加溫控開關。

1.3變極多速電動機

變極多速電動機采用改變繞組的接法來改變電動機的極數(shù)和輸出功率，以便與機械負載的負載特性相匹配，這不僅改變了抽油機沖速，提高了泵效，也降低了抽油機的運行功率，達到了節(jié)能的目的。

變極多速電動機在標準井上的節(jié)能評價結果見圖3。

圖3 變極多速電動機綜合節(jié)電率

由圖3可以看出，變極多速電動機在輕負載的情況下節(jié)電率更好，所以它適用于動液面淺或者產(chǎn)業(yè)量小的區(qū)塊。標準井測試此類電動機20臺，70%電動 機 的 節(jié) 電 率 達到 13.15%， 同 時 參 照大慶油 田 節(jié)能技改測試的節(jié)電率，此類電動機綜合節(jié)電率確定為大于等于13%。

變極多速電動機的應用優(yōu)勢是：

1）傳承了高轉(zhuǎn)差電動機所有的長處。

2）因為與 負 載特性 相匹配 ， 所以節(jié) 電 效果 較好。

3）因為它 的 速度可 以改變 ， 所以為 抽 油機 的參數(shù)調(diào)整提供了很大便利。

變極多速電動機的不足是：

1）因其在某一個功率下可以看作為一個高轉(zhuǎn)差電動機，所以不能對負載進行實時匹配，從而影響其節(jié)能效果。

2）在電動機的工作狀態(tài)下非常容易發(fā)生丟轉(zhuǎn)。

1.4伺服電動機

交流伺服控制對象是永磁電動機，其控制方式保證了電動機幾乎沒有無功損耗，不需從電網(wǎng)吸收無功電流；轉(zhuǎn)子既無鐵損又無銅損，功率因素為1；其效率和高效區(qū)間都是所有驅(qū)動方式中最理想的[2]。 伺 服 拖 動 系 統(tǒng) 主 要 由 帶 編 碼 器 的 稀 土 永 磁 同步伺服電動機和交流伺服控制器兩大部分組成。

伺服電動機在標準井上的節(jié)能評價結果見圖4。

圖4 伺服電動機綜合節(jié)電率

由圖4可以看出，伺服電動機在輕負載的情況下節(jié)電率更好，但在其他負載情況下節(jié)電率也非常高。標準井測試此類電動機3臺，平均節(jié)電率22.97%。

伺服電動機的應用優(yōu)勢是：

1）適應負 載 變化的 能力優(yōu) 于 任何類 型 拖動 系統(tǒng)，高效節(jié)能。

2）具有多 重 自保護 和報警 信 息顯示 ， 不易 損壞，易找出故障點。

3）精確的速度控制，調(diào)速方便。

伺服電動機的不足是：

1）通常 適 應 環(huán) 境溫度在 0 ～ 40 ℃， 不 適 合 在粉塵、振動和結露環(huán)境下運行。

2）電流高次諧波分量較大。

3）成本高。

2 結論

1）游 梁 式抽油 機 電動機 的 選擇 應 從分析 抽 油機負載特性入手，選擇與負載特性匹配的電動機，比如永磁電動機在高負載的情況下節(jié)電效果更好。

2）電 動 機的選 擇 需要全 面 考量 。 不單要 考 慮它的節(jié)能效果還需考慮功率因數(shù)、使用壽命、維修保養(yǎng)、投資回收期等因素，例如伺服電動機雖然節(jié)能效果突出，但是其高成本和對環(huán)境的高要求成為推廣的主要制約因素。

大慶油田在“十一五”期間改造抽油機節(jié)能電動機 5217 臺 ， 平 均節(jié)電率 14.68%。

[1]唐任遠.現(xiàn)代永磁電動機理論與設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005:4.

[2]郭慶鼎,王成元.交流伺服系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1994.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.006.015

2013-03-20）

田春雨，2008年畢業(yè)于東北石油大學，主要從事油田節(jié)能 監(jiān) 測 評 價 工 作 ， E-mail： tianchunyu@139.com， 地 址 ： 黑 龍 江 省大慶市讓胡路區(qū)西賓路552號，163453。