劉向陽 于延 賈向征（長慶油田第一采油廠）

TNYC 系列節(jié)能型抽油機(jī)用三相永磁同步電動機(jī)是根據(jù)油田抽油機(jī)的特殊運(yùn)行工況開發(fā)研制的。這種新型節(jié)能三相永磁同步電動機(jī)具有比普通同步電動機(jī)更優(yōu)良的性能，與一般異步電動機(jī)相比，具有高效節(jié)能、體積小、重量輕等一系列優(yōu)點(diǎn)，非常適合于抽油機(jī)的運(yùn)行工況，是目前抽油機(jī)用異步電動機(jī)更加節(jié)能的換代產(chǎn)品。

1 永磁電動機(jī)技術(shù)改造

1）為了解決轉(zhuǎn)子軸部分的漏磁，設(shè)計了永磁同步電動機(jī)，以提高電動機(jī)的效率和功率因數(shù)，在轉(zhuǎn)子沖片上的兩個永磁體槽呈V 字形排列，且V 字形底部鐵芯被沖去形成漏磁槽，這樣通過轉(zhuǎn)子軸的磁通量減少，免去了轉(zhuǎn)子軸外的隔磁套，降低了生產(chǎn)成本，并能保證電動機(jī)的高效率和高功率因數(shù)。

2）設(shè)計了永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子切向機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子沖片上設(shè)有永磁體槽與軸之間形成隔磁槽，在永磁體靠近繞組的一端鐵芯被沖去形成齒狀的漏磁槽，解決了轉(zhuǎn)子徑向漏磁問題，提高了電動機(jī)的效率和功率因數(shù)。

3）設(shè)計了永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子沖片上設(shè)有一加強(qiáng)槽，加強(qiáng)槽內(nèi)設(shè)有一加強(qiáng)鐵，這一結(jié)構(gòu)解決了轉(zhuǎn)子徑向漏磁問題，同時提高轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

4）設(shè)計了定子自動疊片設(shè)備，該機(jī)由定子漲脂模、漲胎油缸、扣片液壓油缸、壓緊油缸、立柱、滾盤、活動壓板上板及液壓站等組成。該機(jī)利用漲胎模對定子芯片進(jìn)行漲胎，解決了芯片間同軸度問題；采用液壓活動壓板對定子芯片加壓，解決了人工壓緊達(dá)不到緊密度且勞動強(qiáng)度大的問題。該設(shè)備是一種工作可靠、疊片整齊緊密、操作方便的定子自動疊片設(shè)備。

5）設(shè)計了12 極（500 r/min）抽油機(jī)專用高效低速永磁同步電動機(jī)，設(shè)計上采用永磁體將異步機(jī)遷入同步運(yùn)行并獲得較高的功率因數(shù)和效率；同時研制出的電動機(jī)具有較寬的功率因數(shù)特性，滿足了在負(fù)載變化范圍內(nèi)的平均功率因數(shù)維持在較高水平。隨著油田開發(fā)進(jìn)入后期，原油產(chǎn)量不斷下降，單井產(chǎn)液量隨之下降，抽油機(jī)的運(yùn)行沖速也要降低，有的油井已經(jīng)降到2～3 次，目前轉(zhuǎn)速最低的8極電動機(jī)將無法驅(qū)動。因此，開發(fā)12 極高效低速永磁同步電動機(jī)來降低抽油機(jī)沖速，并具有較高的運(yùn)行效率和功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高油田經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 永磁電動機(jī)節(jié)能應(yīng)用

長慶油田環(huán)境與節(jié)能監(jiān)測評價中心于2013年12月3日至2014年8月4日，對長慶一廠杏河作業(yè)區(qū)14 口抽油機(jī)油井實(shí)施了節(jié)能項目，安裝了永磁電動機(jī)，并對其節(jié)能效果進(jìn)行了測試評價。按照原中國石油天然氣總公司發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5264—2012《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法》來進(jìn)行測試，主要測試設(shè)備有電能質(zhì)量分析儀、組合式系統(tǒng)效率測試儀、數(shù)字鉗形電流表等采油測試儀表。

通過對目前在用節(jié)能電動機(jī)的跟蹤測試，對比節(jié)能電動機(jī)安裝前普通電動機(jī)所測數(shù)據(jù)，主要從無功功率節(jié)電率、有功功率節(jié)電率、綜合節(jié)電率、抽油機(jī)平均系統(tǒng)效率和噸油單耗等5 個方面進(jìn)行對比分析（表1）。

2.1 無功損耗對比分析

無功功率測試數(shù)據(jù)是在井口電動機(jī)電容補(bǔ)償以后測得的。無功功率越大，說明負(fù)荷不足現(xiàn)象越嚴(yán)重。從表1 的對比數(shù)據(jù)來看，普通電動機(jī)平均無功功率為7.95 kvar，節(jié)能電動機(jī)平均無功功率為3.26 kvar，節(jié)能電動機(jī)無功損耗比原普通電動機(jī)下降了59%。

2.2 有功功率與噸油單耗對比分析

有功功率隨負(fù)荷大小變化，因負(fù)載不同，有功功率不可比。但從表1 的測試數(shù)據(jù)可看出，節(jié)能電動機(jī)單耗與原普通電動機(jī)相比有了明顯減少，噸油單耗由70.96 kWh/t 降到50.86 kWh/t，降低28.3%。

2.3 綜合節(jié)電率對比分析

節(jié)能電動機(jī)與普通電動機(jī)綜合節(jié)電率的對比情況見表2。

節(jié)電包括有功節(jié)電和無功節(jié)電，就是既要降低有功損耗，又要降低無功損耗。電動機(jī)節(jié)電率通常采用單井平均電流大小來比較分析，因為電流大小與視在功率成正比，它有有功分量，也有無功分量。如表2 所示，節(jié)能電動機(jī)與普通電動機(jī)平均運(yùn)行電流相比，降低65%以上。減少電流不但說明電動機(jī)用電減少，而且使供電電網(wǎng)的損耗成平方關(guān)系減少，平均計算負(fù)載大致相等，所以用電流大小變化與普通電動機(jī)電流對比來計算節(jié)電率是比較合理的。

表1 長慶一廠杏河作業(yè)區(qū)14 口油井抽油機(jī)用永磁同步電動機(jī)與原普通電動機(jī)節(jié)能對比測試數(shù)據(jù)

表2 節(jié)能電動機(jī)與普通電動機(jī)節(jié)電率對比

2.4 抽油機(jī)平均系統(tǒng)效率

抽油機(jī)系統(tǒng)效率為抽油機(jī)的有效功率與輸入功率的比值，而抽油機(jī)平均系統(tǒng)效率則是采用輸入功率加權(quán)平均計算求得：

式中：Pλi為第i 口油井的輸入功率，kW；ηi為第i 口油井的系統(tǒng)效率，%；η 為n 口油井的平均系統(tǒng)效率，%。

由表1 可知，節(jié)能電動機(jī)抽油機(jī)平均系統(tǒng)效率為11.76%，普通電動機(jī)抽油機(jī)平均系統(tǒng)效率為8.14%，提高了3.62%。

當(dāng)然，抽油機(jī)井系統(tǒng)效率不僅僅受電動機(jī)工作效率因素影響，而且受抽油機(jī)其他諸多因素所影響，所以抽油機(jī)平均系統(tǒng)效率不能作為節(jié)能電動機(jī)應(yīng)用效果的對比分析依據(jù)，但可作為節(jié)能電動機(jī)應(yīng)用效果評價的參考依據(jù)。

3 綜合評價

從上述4 項對比分析結(jié)果中可看出，TNYC 系列永磁節(jié)能電動機(jī)較原普通電動機(jī)節(jié)能效果明顯，節(jié)能電動機(jī)比普通電動機(jī)抽油機(jī)平均系統(tǒng)效率提高3.62%。抽油機(jī)在應(yīng)用永磁同步電動機(jī)后，平均運(yùn)行電流降低65%以上，可使6（10）kV 線路上的線損降低88%以上，極大地降低了電網(wǎng)和配電變壓器上的運(yùn)行損耗，解決了機(jī)采系統(tǒng)配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的關(guān)鍵問題。不僅從根本上降低抽油機(jī)驅(qū)動電動機(jī)自身的運(yùn)行損耗，而且大幅度地降低配電線路上的網(wǎng)損。應(yīng)用永磁電動機(jī)使電動機(jī)的視在功率降低了65%以上，有一半左右的電網(wǎng)容量被重新開發(fā)出來，相當(dāng)于電網(wǎng)的供電能力提高了1 倍，相當(dāng)于新建了1 個變電所。這部分容量可以用來為加密井等新的產(chǎn)能建設(shè)項目供電，減少變電所的建設(shè)費(fèi)用，極大提高電網(wǎng)的利用率，充分挖掘出電網(wǎng)的潛在容量。