張鵬 （中國石油吐哈油田公司技術(shù)監(jiān)測中心）

電動機(jī)Y-Δ轉(zhuǎn)換運(yùn)行在油井的應(yīng)用效果分析

張鵬 （中國石油吐哈油田公司技術(shù)監(jiān)測中心）

吐哈油田公司魯克沁采油廠屬稠油開采區(qū)，機(jī)采系統(tǒng)耗電量占生產(chǎn)總耗電量的40%以上，為了有效解決稠油開采普遍存在“低負(fù)荷”現(xiàn)象，進(jìn)一步降低機(jī)采系統(tǒng)電耗，該廠投入大量資金進(jìn)行節(jié)能技術(shù)措施改造。采油廠針對現(xiàn)有抽油機(jī)配備的大容量三相異步電動機(jī)進(jìn)行Y-Δ形轉(zhuǎn)換運(yùn)行節(jié)能改造，即從控制柜到電動機(jī)接入2組輸入線，Δ接線運(yùn)行啟動，正常工作后切換到Y(jié)形接線方式運(yùn)行，測試分析在抽油機(jī)電動機(jī)Y-Δ形轉(zhuǎn)換運(yùn)行的穩(wěn)定性和應(yīng)用效果，試驗結(jié)果顯示：切換到Y(jié)形接線方式運(yùn)行后電動機(jī)的無功功率下降66.88%，運(yùn)行電流下降59.88%，功率因數(shù)提高了0.28，綜合節(jié)電率達(dá)到20.79%，有較好的節(jié)能效果，為稠油區(qū)塊進(jìn)一步節(jié)能降耗，推廣應(yīng)用該節(jié)能措施提供科學(xué)依據(jù)。

抽油機(jī)電動機(jī)；Y-Δ轉(zhuǎn)換；節(jié)能降耗

引言

魯克沁稠油聚集帶原油具有高密度、高黏度、高凝固點、高非烴含量和中等含蠟量的“4高1中”的特點，屬典型的芳香型稠油。目前，已發(fā)現(xiàn)三級石油儲量2.31×108t（探明0.988 6×108t、控制0.316 6×108t、預(yù)測1.007 5×108t），控制、預(yù)測儲量主要分布在東區(qū)。相比國內(nèi)其他稠油油田，具有深、稠、物性較差特點，開發(fā)難度大，被認(rèn)為是世界級難題。

魯克沁采油廠現(xiàn)有抽油機(jī)井600余口，因?qū)儆诔碛烷_采，油品黏度大，大多配置為45 kW和55 kW電動機(jī)驅(qū)動，占電動機(jī)總配置數(shù)的98%以上。2014年抽測該廠338口抽油機(jī)井，電動機(jī)功率因數(shù)0.32，合格率21.60%，按照相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)對其功率因數(shù)、平衡度和系統(tǒng)效率3項指標(biāo)進(jìn)行綜合指標(biāo)評價，綜合合格率僅為11.24%，綜合達(dá)標(biāo)率10.36%。因此，針對抽油機(jī)井的節(jié)能改造勢在必行[1]。

1 Δ形接法和Y形接法的區(qū)別

Δ接線時，三相電動機(jī)每一個繞組承受線電壓380 V，而Y接線時，電動機(jī)每一個繞組承受相電壓220 V。在電動機(jī)功率相同的情況，Δ形接線電動機(jī)的繞組電流較Y形接線電動機(jī)電流大。當(dāng)電動機(jī)接成Y形運(yùn)行時啟動轉(zhuǎn)矩僅是Δ形接法的一半，但電流僅僅是Δ形啟動的1/3左右。Δ形啟動時電流是額定電流的4～7倍，但轉(zhuǎn)矩大。

1.1 Δ形接法

電動機(jī)的Δ形接法（圖1）是將各相繞組依次首尾相連，并將每個相連的點引出，作為三相電的3個相線。Δ形接法時電動機(jī)相電壓等于線電壓；線電流等于根號3倍的相電流。Δ形接法有助于提高電動機(jī)功率。缺點是啟動電流大、繞組承受電壓（380 V）大、增大了絕緣等級。

圖1 Δ形接線法（380 V）

1.2 Y形接法

電動機(jī)的Y形接法（圖2）是將各相繞組的一端都接在一點上，而它們的另一端作為引出線，分別為3個相線。Y形接線時，線電壓是相電壓的根

號3倍，而線電流等于相電流。Y形接法有助于降低繞組承受電壓（220 V），降低絕緣等級和啟動電流。缺點是電動機(jī)功率減小、降低運(yùn)行電流。

圖2 Y形接線法（380 V）

2 Δ形和Y形切換運(yùn)行節(jié)能原理

當(dāng)電動機(jī)處于輕載運(yùn)行時，其效率和功率因數(shù)都較低，此時若適當(dāng)調(diào)節(jié)電動機(jī)定子的端電壓，使之與電動機(jī)的負(fù)載率合理匹配，這樣就降低了電動機(jī)的勵磁電流，從而降低電動機(jī)的鐵損和從電網(wǎng)吸收的無功功率，可以提高電動機(jī)的運(yùn)行效率和功率因數(shù)。將電動機(jī)的定子接線方式從Δ形切換成Y形時，電動機(jī)端電壓降低為原來的1.732倍，電動機(jī)鐵損也降低為原來的1/3（因電動機(jī)的鐵損與端電壓的平方成正比），同時，電動機(jī)的電流也隨之下降，因銅損與電流的平方成正比，所以銅損也隨之下降，因此，Δ形接法的電動機(jī)在承載較大負(fù)載時啟動，正常工作平穩(wěn)運(yùn)行延時十幾秒后再切換為Y形接法以降低運(yùn)行電流，輕載是條件，降低運(yùn)行電流，達(dá)到節(jié)能的目的。

3 測試效果

吐哈油田公司節(jié)能監(jiān)測站于2016年6月25日對魯克沁采油廠20口抽油機(jī)井控制柜進(jìn)行Y形-Δ形轉(zhuǎn)換運(yùn)行狀態(tài)節(jié)能效果測試。測試按照SY/T 6422—2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》和SY/T 5264—2012《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法》執(zhí)行。由于玉東204-39井測試數(shù)據(jù)異常，在評價時予以剔除，因此對19口抽油機(jī)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析評價，測試結(jié)果見表1。

通過Δ形和Y形接線方式運(yùn)行比對分析，Y形接線方式相比Δ形接線方式運(yùn)行電動機(jī)無功功率下降了23.38 kvar，下降了66.88%，電動機(jī)運(yùn)行電流下降了34.70 A，下降了59.88%，電動機(jī)功率因數(shù)提高了0.28，平均噸液百米耗電量下降0.58 kWh。

4 結(jié)論

1）近年來，吐哈油田分公司每年的節(jié)能監(jiān)測公報顯示，魯克沁采油廠的抽油機(jī)電機(jī)功率因數(shù)合格率低，單耗高。魯克沁采油廠節(jié)能管理部門，針對稠油區(qū)塊開采難度大，能耗高的現(xiàn)狀，積極創(chuàng)新

思維，加大抽油機(jī)節(jié)能改造力度，此次針對魯克沁采油廠稠油井抽油機(jī)電動機(jī)運(yùn)行方式的改變，有效降低了電動機(jī)無功功率，降低了電動機(jī)運(yùn)行電流，提高了功率因數(shù)，綜合節(jié)電率達(dá)到20.79%，取得顯著節(jié)能效果。

表1 電動機(jī)Δ-Y形轉(zhuǎn)換運(yùn)行測試效果

2）隨著國際油價的持續(xù)走低，國內(nèi)石油開采難度越來越大，開采成本越來越高，能夠在現(xiàn)有條件下進(jìn)行革新改造，是一項不錯的節(jié)能措施。

[1]馬建國.油氣田節(jié)能監(jiān)測技術(shù)問答[M].北京：石油工業(yè)出版社，2015：68-69.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.11.012

2016-07-05

（編輯 杜麗華）

張鵬，工程師，2008年畢業(yè)于重慶科技學(xué)院（電氣工程與自動化專業(yè)），從事節(jié)能監(jiān)測與評價工作，E-mail：pm398740692@qq.com，地址：新疆鄯善火車站鎮(zhèn)吐哈油田公司技術(shù)監(jiān)測中心節(jié)能監(jiān)測站，838202。