陳磊（中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心）

抽油機超高轉(zhuǎn)差率電動機的應(yīng)用效果研究

陳磊（中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心）

超高轉(zhuǎn)差率電動機作為抽油機驅(qū)動電動機是提高抽油機系統(tǒng)效率的主要措施之一，具有轉(zhuǎn)子電阻大、啟動力矩大、啟動電流小、機械特性軟等特點，經(jīng)過現(xiàn)場進行超高轉(zhuǎn)差率電動機安裝前后對比測試及分析，應(yīng)用超高轉(zhuǎn)差率電動機后有功節(jié)電率7.15%、無功節(jié)電率34.71%、綜合節(jié)電率9.14%，提高了系統(tǒng)效率。對設(shè)備起到了保護作用，減少了設(shè)備維修、更換費用，也減少了停井時間，具有良好的綜合經(jīng)濟效益，是抽油機較理想的驅(qū)動設(shè)備。

抽油機；超高轉(zhuǎn)差率電動機；節(jié)能

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.001

油田生產(chǎn)成本中電能消耗比重大，以大慶油田為例，采油單位機采系統(tǒng)總耗電量約占總生產(chǎn)耗電量的37.5%，節(jié)能潛力巨大。針對抽油機驅(qū)動電動機有許多節(jié)能措施，超高轉(zhuǎn)差率電動機是節(jié)能措施之一，具有啟動轉(zhuǎn)矩大、機械特性軟等特點，在油田應(yīng)用廣泛[1]。通過現(xiàn)場安裝超高轉(zhuǎn)差率電動機，在工況滿足測試要求的情況下，進行前后期對比測試、分析，得到其實際應(yīng)用效果，作為油田進行節(jié)能設(shè)備選取的參考數(shù)據(jù)。

1 抽油機電動機運行概況

抽油機在運行時由于其運行特點，驅(qū)動電動機的負(fù)載情況比較復(fù)雜，是帶有沖擊的周期性交變載荷，即在抽油機運行的一個周期內(nèi)，電動機重載荷—輕載荷—空載—發(fā)電—空載—輕載荷—重載荷的運行狀態(tài)使其經(jīng)常處于過渡過程。抽油機井在正常的運行狀態(tài)下，在抽油桿上升時，電動機處于重負(fù)載運行狀態(tài)；當(dāng)抽油桿下降時，電動機處于輕載或者空載狀態(tài)。抽油機正常工作時的運行特性要求驅(qū)動電動機具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和機械性較軟的電動機來驅(qū)動。抽油機的負(fù)載特點使油田常采用大容量電動機，以滿足啟動要求，產(chǎn)生了載荷過低現(xiàn)象。

抽油機電動機高啟動轉(zhuǎn)矩，低運行轉(zhuǎn)矩的現(xiàn)狀導(dǎo)致電動機工作處于低效率、低功率因數(shù)狀態(tài)，影響供電網(wǎng)的供電質(zhì)量，使線路損耗增加，浪費能源，對抽油機系統(tǒng)效率影響大。而且電動機啟動電流較大，容易造成設(shè)備損壞，導(dǎo)致抽油機停運，增加電動機維修、更換費用，造成經(jīng)濟損失，降低了工作效率。

2 超高轉(zhuǎn)差率電動機應(yīng)用

2.1 超高轉(zhuǎn)差率電動機特性

超高轉(zhuǎn)差率電動機與普通電動機相比，改變了轉(zhuǎn)子槽形和導(dǎo)條材料，使電動機的轉(zhuǎn)差率得到提高，轉(zhuǎn)子電阻增加，因此轉(zhuǎn)差率增大，啟動轉(zhuǎn)矩變大，堵轉(zhuǎn)電流減小，機械特性軟。這些特點使超高轉(zhuǎn)差率電動機拖動沖擊負(fù)載的時候，電動機轉(zhuǎn)速降低幅度大，使被拖動的飛輪將儲存的能量釋放。

應(yīng)用超高轉(zhuǎn)差率電動機后啟動電流減小，可以保護設(shè)備電路減少更換維修費用。也可有效減少對供電容量的需求[2-3]，如某站變壓器原來可供6口抽油機井正常作業(yè)，當(dāng)更換超高轉(zhuǎn)差率電動機后，可供7、8口抽油機正常運行。在新區(qū)塊應(yīng)用超高轉(zhuǎn)差率電動機時，可以減少供電設(shè)施容量，在老區(qū)應(yīng)用時，供電設(shè)施容量不變的情況下，可以供電給更多數(shù)量的抽油機。抽油機正常運行時，會出現(xiàn)發(fā)電現(xiàn)象，超高轉(zhuǎn)差率電動機可以降低或消除發(fā)電狀態(tài)。

圖1為超高轉(zhuǎn)差率電動機的機械特性曲線[4-6]。負(fù)載發(fā)生變化時，電動機的轉(zhuǎn)速隨之變化，且十分敏感，由圖1可以看出，隨著負(fù)載扭矩提高，電動機轉(zhuǎn)速相應(yīng)減小，轉(zhuǎn)差率提高，具有較軟的機械特性。

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用

為了分析超高轉(zhuǎn)差率電動機的實際應(yīng)用效果，選取了5口抽油機井進行前后對比試驗，從節(jié)能、現(xiàn)場運行特點進行分析。為了讓試驗有可比性，選取的抽油機井更換了與原來電動機額定功率相同的超高轉(zhuǎn)差率電動機，設(shè)備安裝前后，井下參數(shù)以及現(xiàn)場運行條件均滿足測試要求，且測試儀器儀表均在檢定合格期內(nèi)，符合測試要求。操作規(guī)程按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行。測試數(shù)據(jù)見表1，普通電動機啟動電流、高轉(zhuǎn)差電動機啟動電流分別見圖2、圖3。

表1 抽油機用超高轉(zhuǎn)差變頻調(diào)速電動機測試數(shù)據(jù)

圖1 機械特性曲線

對5口安裝超高轉(zhuǎn)差率電動機的抽油機井進行了現(xiàn)場節(jié)能效果測試，通過對其改造前后進行現(xiàn)場比對測試，5口抽油機井安裝高轉(zhuǎn)差率電動機后平均有功節(jié)電率7.15%、平均無功節(jié)電率34.71%、平均綜合節(jié)電率9.14%、系統(tǒng)效率平均提高了3.05%，取得了較好的節(jié)能效果。通過分析電動機啟動電流可以得出普通電動機啟動電流較高，高轉(zhuǎn)差電動機啟動電流較低。較低的啟動電流對設(shè)備具有保護作用，防止電流過高損壞用電設(shè)備，減少設(shè)備使用壽命。超高轉(zhuǎn)差率電動機適用于啟動轉(zhuǎn)矩大，正常運行時轉(zhuǎn)矩低的舉升方式的驅(qū)動。

圖2 普通電動機啟動電流

3 結(jié)論

通過現(xiàn)場實際測試，可以得出超高轉(zhuǎn)差率電動機具有以下優(yōu)點：

1）啟動力矩大，啟動電流相對普通電動機小。對設(shè)備起到了保護作用，增加設(shè)備使用壽命，減少了設(shè)備維修、更換費用，也減少了停井時間。

2）節(jié)能效果明顯，安裝超高轉(zhuǎn)差率電動機后有功節(jié)電率、無功節(jié)電率、綜合節(jié)電率取得較好效果，提高了系統(tǒng)效率。

3）有良好的綜合經(jīng)濟效益，是抽油機較理想的驅(qū)動設(shè)備。

[1]孔世命，蔡利，張志超.高轉(zhuǎn)差率電機驅(qū)動抽油機系統(tǒng)的耗能分析[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報，1989，13（3）：30-40.

[2]劉宏，王素玲，張紅瑛，等.電動機的機械特性與抽油機載荷特性的合理匹配[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報，2002（2）：87-89.

[3]李志鋒，白文雄.無功就地補償技術(shù)在電動機上的應(yīng)用[J].石油機械，1998，26（8）：38-40.

[4]張汝霖，盧宇光.石油系統(tǒng)機械采油供電網(wǎng)的優(yōu)化改造[J].電力需求側(cè)管理，2004（2）：43-45.

[5]姚春冬，董世民，孫亞莉.超高轉(zhuǎn)差電機驅(qū)動游梁式抽油機的節(jié)能效果分析[J].油田地面工程，1993，12（4）：58-61.

[6]項復(fù)興.大轉(zhuǎn)差率電動機在抽油機上的應(yīng)用[J].石油機械，1986（4）：29-37.

2017-02-10

（編輯 賈洪來）

陳磊，2011年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院（機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)），從事節(jié)能測試工作，E-mail：chendl@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓區(qū)西賓路552號技術(shù)監(jiān)督中心，163453。