戴洪森 （中石油大慶油田有限責任公司第三采油廠，黑龍江 大慶163256）

目前，油田使用的常規(guī)游梁抽油機屬于帶負荷啟動設備，穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時所需的轉(zhuǎn)矩較小，而在啟動時所需轉(zhuǎn)矩很大，因而在實際生產(chǎn)時必須使用比穩(wěn)定時的運轉(zhuǎn)功率大得多的電機和大容量變壓器，這樣雖然解決了啟動問題，但由于電機正常運行在輕載狀態(tài)，降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)和電機的效率，增加了無功消耗，從而嚴重影響了油田的經(jīng)濟效益。為了改變上述狀況，大慶油田在常規(guī)游梁抽油機上使用了節(jié)能電機。下面，筆者以大慶油田第三采油廠為例，針對不同節(jié)能電機的應用情況進行了分析與探討。

1 有刷直流電機及應用效果評價

1.1 超高轉(zhuǎn)差率電機

1）主要技術特點 超高轉(zhuǎn)差率電機主要依靠降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來增加扭矩，從而降低裝機功率，最終達到系統(tǒng)節(jié)能的目的，具體內(nèi)容如下：①超高轉(zhuǎn)差率電機的軟特性改變了光桿運行速度的規(guī)律，當遇到換向沖擊載荷和重載荷時，轉(zhuǎn)速下降。②超高轉(zhuǎn)差率電機啟動扭矩大、啟動電流小，降低裝機功率，使電機的固定損耗 （鐵損、機械損）降低 （見圖1）。但該電機也存在以下不足：①超高轉(zhuǎn)差率電機一般適用于振動載荷較大的井，而采油工藝要求大沖程、低沖次，這種工藝需要最大限度地減少慣性負荷和振動負荷，因而該電機的應用范圍被大大縮小。②由于該電機轉(zhuǎn)差率高，會導致載荷變化大的抽油機在運行過程中易出現(xiàn)丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。③只能在固定功率下運行，無法實現(xiàn)機采井運行負載與電機輸出負載間的合理匹配，最終影響電機運行效率。

圖1 電機功圖對比 （北2－4－467井）

2）應用效果 大慶油田第三采油廠有超高轉(zhuǎn)差率電機142臺投入運行 （其中低壓超高轉(zhuǎn)差率電機38臺，高壓超高轉(zhuǎn)差率電機104臺 （帶有660V節(jié)能防竊一體化拖動裝置）），裝機功率降低了20.4%，有功功率下降1.477kW，平均單井日節(jié)電35.4kW·h，平均有功節(jié)電率11.3%，功率因數(shù)上升了0.514。特別是高壓節(jié)能防竊一體化拖動裝置，不僅保證了油井正常生產(chǎn)，減少了生產(chǎn)成本開支，還有效遏制了私拉亂接現(xiàn)象，杜絕了油井竊電現(xiàn)象。

1.2 雙繞組電機 （雙速雙功率）

1）主要技術特點 雙繞組電機在設計上是在單槽內(nèi)下入雙線，即形成了2套繞組 （稱之為啟動繞組和工作繞組），由此確保該電機具有2種功率，即啟動功率和運行功率。在控制系統(tǒng)中應用了Y－Δ轉(zhuǎn)換，使實際運行功率可以依據(jù)負載的需求多了一級功率的變換，最終達到節(jié)能的目的，具體內(nèi)容如下：①電機啟動時，啟動繞組在額定功率下 （啟動功率）啟動電機，以滿足抽油機啟動時需高扭矩的要求，啟動后轉(zhuǎn)入正常運行。②正常運行時，負載下降，通過控制箱自動轉(zhuǎn)換到工作繞組上運行，電機的功率下降至運行功率。工作繞組將2個繞組串聯(lián)，運行功率的值是根據(jù)抽油機運行時的負載大小來決定的。③電機運行負載與輸出負載間匹配合理，確保了電機能夠高效運行。但該電機存在的缺點是無論進行大功率運行還是小功率運行，電機的機械特性都比較硬，不能很好地解決系統(tǒng)配合的問題。

2）應用情況 大慶油田第三采油廠第一油礦共安裝了143臺雙速雙功率節(jié)能電機，其中新井投產(chǎn)安裝75臺，節(jié)能電機改造安裝68臺，對68臺節(jié)能改造的電機安裝前后進行了電參測試，結(jié)果表明，有功功率下降1.16kW，平均單井日節(jié)電27.8kW·h，有功節(jié)電率10.6%，功率因數(shù)上升了0.383。

1.3 永磁同步電機

1）主要技術特點 該電機在結(jié)構上與Y系列電機相似，所不同的是在電機轉(zhuǎn)子內(nèi)鑲?cè)胗来盆F，使轉(zhuǎn)子自身具有高強度磁場，可以用來取代電動機轉(zhuǎn)子的電勵磁，顯著提高功率因數(shù)，減小了定子電流和定子電阻損耗 （見圖2），具體內(nèi)容如下：①永磁同步電機為同步工作方式，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場完全同步，與異步電機相比，無轉(zhuǎn)差損耗。②解決了電容補償問題，可以省去無功補償電容器。③啟動轉(zhuǎn)矩大過載能力強，啟動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3.0～4.0倍，能替換比其大1～2個功率等級的Y系列異步電機。但該電機存在以下不足：無法實現(xiàn)抽油機運行負載與電機輸出負載間的合理匹配；電機在額定功率運行時的機械特性比普通電機還硬，運行中無轉(zhuǎn)差；在重載井上啟動時電機易出現(xiàn)振動現(xiàn)象。

圖2 電機功圖對比 （北2－321－59井）

2）應用情況 大慶油田第三采油廠第一油礦共安裝永磁同步電機29臺，在抽油機上推廣應用永磁同步電機平均節(jié)電率15%～30%。據(jù)測試結(jié)果計算，平均每臺電機年節(jié)電23652kW·h，經(jīng)濟效益12945元 （電費按0.5473元／（kW·h）計算）。

1.4 無觸點智能軟啟動自動變速電機

1）主要技術特點 該電機具有如下技術特點：①采用電壓諧波啟動控制方式，當電機啟動時，控制器將以最低的電壓啟動電機，按設置的軟啟動時間 （2～8s），平緩地提高電機電壓至全壓，減少電機啟動時的電流沖擊。②電機鼠籠轉(zhuǎn)子繞組的2個鑄鋁端環(huán)的圓周上有多個徑向通風冷卻的孔，能使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩特性適當變軟的同時而轉(zhuǎn)動不過熱。③該電機轉(zhuǎn)子軸上安裝了一個飛輪，能夠隔離各種沖擊轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。該電機存在以下不足：①軟啟動控制模板易損壞，對抽油機的正常運行造成很大影響。②由于采用電壓諧波啟動，在啟停過程中會產(chǎn)生諧波，這樣會污染電網(wǎng)。

2）現(xiàn)場應用情況 在20口抽油機載荷變化較大的井上安裝了智能軟啟動自動變速電機，該電機安裝前后電參測試結(jié)果表明，平均電機功率下降了6.9kW，平均有功功率降低了1.501kW，平均單井日節(jié)電36kW·h，有功節(jié)電率為19.7%，平均功率因數(shù)提高了0.522。

2 無刷直流電機及其使用效果評價

2.1 主要技術特點

（1）利用電子轉(zhuǎn)向器取代機械電刷和機械轉(zhuǎn)向器，使電機運行平滑穩(wěn)定、電壓利用率高，節(jié)電效果好。

（2）電壓范圍寬，能適應電網(wǎng)電壓波動大的油井。

（3）載特性較軟。與有刷直流電機相比，無論高速運行還是低速運行，其負載特性都比較軟，適用于載荷變化的抽油機。

（4）調(diào)速范圍廣。有刷電機在需要低速大電流時，炭刷壓降較大，不宜長期運行，而電機在高速時又容易產(chǎn)生換向火花，高速上限較低。而無刷直流電機的調(diào)速范圍較寬，特別適用于變頻器調(diào)速范圍大的變頻器。

（5）電機運行效率高。有刷直流電機需要從電網(wǎng)能量建立電機主磁場，再加上炭刷的損耗，導致電機運行效率低；無刷直流電機通過轉(zhuǎn)子上永久磁鐵建立電機主磁場，節(jié)省了能量，因而電機運行效率較高。

3.2 現(xiàn)場應用情況

安裝無刷直流電機后，進行了現(xiàn)場電參測試，從電參測試結(jié)果看，使用該電機具有如下效果：①工作電流大幅度下降，平均工作電流由37.9A下降到25.4A，下降了12.5A。②功率因數(shù)提高 （由0.372提高到0.76），有功功率降低 （降低了4.03kW），日節(jié)電96.7kW·h，有功節(jié)電率為55.4%。③降低了交變載荷。北3－J4－60井安裝無刷直流電機前后功圖如圖3所示。由圖3可知，平均最大載荷由37.82kN降到33.62kN，下降了4.2kN，而交變載荷減少了10.84kN。

圖3 電機功圖對比 （北3－J4－60井）

［1］郭勤良，王釗，王群章，等 .稀土永磁同步電機在抽油機上的應用分析 ［J］.石油礦場機械，2005，34（11）：45－47.

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