趙亞杰 黃華 董濤 羅改芬 劉景峰

摘 要：隨著油井產(chǎn)量下降，原有的電機(jī)負(fù)載明顯減小，從而導(dǎo)致電機(jī)效率降低，生產(chǎn)成本增加。稀土永磁電機(jī)通過優(yōu)化功率因數(shù)等主要參數(shù)，充分發(fā)揮其效率高，功率因數(shù)高、力能指標(biāo)好等優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中證實了稀土永磁電機(jī)的節(jié)能降耗效能。文章淺要分析了稀土永磁電機(jī)在油田節(jié)能降耗上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：稀土永磁電機(jī);功率因數(shù);電機(jī)負(fù)載率

一、現(xiàn)狀分析

（一）現(xiàn)狀分析

延長油田各個采油廠目前使用的抽油機(jī)電機(jī)大部分都是功率為7.5～18.5kW，轉(zhuǎn)速為1440r/min，調(diào)配的沖次大部分是7次/min左右，沖次普遍較高。但是隨著油田開采開發(fā)時間的延長，各個油井產(chǎn)量逐年降低，動液面普遍下降，所測功圖明顯出現(xiàn)供液不足的現(xiàn)象。產(chǎn)液量下降使得原有的電機(jī)負(fù)載明顯減小，電機(jī)在使用時很少在額定點運行，約有半數(shù)左右的電機(jī)處于輕載運行，通過對部分采油廠電機(jī)使用情況調(diào)查，處于75%以上負(fù)載運行的電機(jī)僅占18.1%，50%～75%負(fù)載的電機(jī)占35.6%，49%以下負(fù)載的電機(jī)占46.3%，大馬拉小車的現(xiàn)象嚴(yán)重，整機(jī)的運行效率只有38%左右，可見較低的負(fù)載率將導(dǎo)致電機(jī)的效率和功率因數(shù)的大幅度下降，從而造成資源的嚴(yán)重浪費和生產(chǎn)成本長期高居不下，與油田公司提倡的節(jié)能高效綠色環(huán)保理念相悖太遠(yuǎn)。

（二）電動機(jī)影響因素分析

電動機(jī)是抽油機(jī)井的主要動力設(shè)備，也是油田主要的耗能設(shè)備之一，機(jī)采系統(tǒng)的耗電量最終也體現(xiàn)在電動機(jī)耗電方面。電動機(jī)的工作參數(shù)對電機(jī)效率的影響主要體現(xiàn)在電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)負(fù)載率兩項。

1.電機(jī)功率因數(shù)的計算公式

P—電機(jī)有功功率（kW）

U—電壓（V）

I—電流（A）

cosΦ—功率因數(shù)

2.電機(jī)負(fù)載率

電機(jī)負(fù)載率是指運行中電機(jī)實際輸出功率與額定功率的比值，其計算公式

通過對采油廠電機(jī)使用情況調(diào)查，處于75%以上負(fù)載運行的電機(jī)僅占18.1%，50%～75%負(fù)載的電機(jī)占35.6%，49%以下負(fù)載的電機(jī)占46.3%，大馬拉小車的現(xiàn)象嚴(yán)重，整機(jī)的運行效率只有38%左右，可見較低的負(fù)載率將導(dǎo)致電機(jī)的效率和功率因數(shù)的大幅度下降，存在這種現(xiàn)象的原因主要有以下兩點：

（1）投產(chǎn)選用電動機(jī)時為考慮啟動和在運行周期內(nèi)載荷變化大的因素，不得不提高裝機(jī)功率，造成運行時的“大馬拉小車”現(xiàn)象。

（2）多年來抽油機(jī)的驅(qū)動電機(jī)一直采用通用的Y系列異步電機(jī)，這種電機(jī)額定功率運行時的效率和功率因數(shù)呈現(xiàn)最大值，而當(dāng)負(fù)載降低時功率和功率因數(shù)都隨之下降，無功損耗隨之增加。

二、稀土永磁電機(jī)工作原理及特點優(yōu)勢

（一）工作原理

稀土永磁電機(jī)是在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部安裝永磁體以替代異步電機(jī)定子繞組中勵磁電流所提供的磁場，制成具有自起動能力的永磁同步電機(jī)。

稀土永磁電機(jī)的工作原理與電勵磁同步電機(jī)相同，都是利用定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式閉合鋁框形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。區(qū)別在于前者是以永磁體替代勵磁繞組進(jìn)行勵磁。當(dāng)永磁電機(jī)的三相定子繞組（各相差120°電角度）通入頻率為f的三相交流電后，將產(chǎn)生一個以同步轉(zhuǎn)速推移的旋轉(zhuǎn)磁場。穩(wěn)態(tài)情況下，主極磁場隨著旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)動，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦是同步轉(zhuǎn)速，定子旋轉(zhuǎn)磁場恒與永磁體建立的主極磁場保持相對靜止，它們之間相互作用并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。

（二）特點優(yōu)勢

1.效率高

一是由于磁路系統(tǒng)的小型化，繞組亦趨小，從而減少了電機(jī)的銅損和鐵損，效率提高;二是在轉(zhuǎn)子上嵌入稀土永磁材料后，在正常工作時轉(zhuǎn)子與定子磁場同步運行，轉(zhuǎn)子繞組無感生電流，不存在轉(zhuǎn)子電阻和磁滯損耗;三是定子電流中無勵磁電流分量，功率因數(shù)高，定子電流小，定子側(cè)銅損下降，提高了電機(jī)效率。

2.功率因數(shù)高

稀土永磁電動機(jī)與感應(yīng)電動機(jī)相比，不需要無功勵磁電流，定子繞組呈現(xiàn)阻性負(fù)載，可以顯著提高功率因數(shù)（可達(dá)到1，甚至容性），減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩(wěn)定運行時沒有轉(zhuǎn)子銅耗，進(jìn)而可以減小風(fēng)扇（小容量電機(jī)甚至可以去掉風(fēng)扇）和相應(yīng)的風(fēng)摩損耗，效率比同規(guī)格感應(yīng)電動機(jī)可提高2～8個百分點。而且，永磁同步電動機(jī)在25%～120%額定負(fù)載范圍內(nèi)均可保持較高的效率和功率因數(shù)，使輕載運行時節(jié)能效果更為顯著。

3.力能指標(biāo)好

力能指標(biāo)（效率與功率因數(shù)的乘積）更直觀地反映出電機(jī)運行的經(jīng)濟(jì)效益。異步電動機(jī)在低負(fù)載率 （即不在額定點運行）的情況下，效率和功率因數(shù)下降嚴(yán)重。Y系列電機(jī)在 60%的負(fù)荷下工作時，效率下降15%，功率因數(shù)下降30%，力能指標(biāo)下降40%。而永磁電機(jī)的效率和功率因數(shù)下降甚微，當(dāng)電機(jī)只有20%負(fù)荷時，其力能指標(biāo)仍為滿負(fù)荷的 80%以上。永磁電動機(jī)的效率在較大的負(fù)載變化范圍平坦變化保持高效率，節(jié)能效果突出。

4.電樞反應(yīng)小，抗過載能力強(qiáng)

稀土永磁同步電動機(jī)的起動力矩和過載能力均比三相異步電動機(jī)高出一個功率等級，最大起動力矩與額定力矩之比可達(dá)3.6倍，而一般異步電動機(jī)僅有1.6倍。

三、現(xiàn)場應(yīng)用效果

（一）耗電量大幅下降，節(jié)能效果明顯

同等條件下普通電機(jī)日平均耗電量為213.32kW·h，

稀土永磁電機(jī)日平均耗電量為124.09 kw·h，日平均節(jié)電89.23 kW·h，平均節(jié)電率為41.6%。按照工業(yè)用電 1元/kW·h，年工作360天計算，每年僅電費一項即可節(jié)省32122.8元。

（二）功率因數(shù)提高、效率提升

普通電機(jī)功率因數(shù)一般為75%～80%，稀土永磁電機(jī)功率因數(shù)為93%以上，功率因數(shù)提高13～18個百分點，系統(tǒng)效率由19.87%提升至26.33%。

四、結(jié)語

稀土永磁同步電機(jī)即可滿足現(xiàn)實生產(chǎn)需要，又可以適應(yīng)將來產(chǎn)量變化的要求。最重要的是電機(jī)本身的優(yōu)良性能，通過提高效率、增加功率因數(shù)、降低沖程等方式可以達(dá)到節(jié)能增效目標(biāo)，切實有效長期降低運行成本，實現(xiàn)油田節(jié)能增效科學(xué)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張波，賀琦.永磁電動機(jī)在安塞油田抽油機(jī)上的應(yīng)用與節(jié)能分析[J].石油石化節(jié)能，2014（10）.

[2]吳亞麟.稀土永磁同步電動機(jī)在油田抽油機(jī)上的應(yīng)用與分析[J].井岡山學(xué)院學(xué)報，2008（6）.