文_任軍平 王飛 黃建敏 陳能 隋志成

1.中國石油塔里木油田分公司油氣工程研究院；2.西南石油大學機電工程學院

1 前言

油田機泵系統(tǒng)所采用的三相異步電機在向各類泵提供原動力的同時，也產生了自身損耗。為檢測電機運行過程中的能耗情況，需要對其運行狀況進行監(jiān)測和能效測試，其中負載率是電動機輸出軸功率與額定功率之間的比值，是電機運行的重要參數之一，負載率的大小直接影響電機的效率與耗電量大小。因此，在節(jié)能監(jiān)測國家標準中，提供了多種三相異步電機的負載率的測試方法，其中功率法是最主要的測試方法之一。

2 負載率功率法測試方法

功率法是測試電機運行過程負載率的主要方法之一，該測試方法中所需部分參數可以由電機銘牌直接獲取，電機實際運行參數測試項目主要為電參數測試，因此廣泛應用于電機能耗分析和評估。電機負載率計算為公式(1)

式中：

負載率功率測試方法中，電機額定功率、電機額定效率和電機空載有功損耗可由電機銘牌數據或電機檔案獲得，電機輸入功率可由儀表現場測試獲得?？紤]油田節(jié)能降耗需要對電機容量進行配置、改造或變頻技術的推廣應用，需要對電機負載率進行準確的計算測試，因此本文對負載率功率測試法的適應范圍進行討論。

3 負載率功率法測試適應性分析

因此，由式（2）和式（3）將負載率的定義式轉化式(4)

式(4)為以負載率為未知數的二次方程，經等號兩邊整理并消去結果為負數的偽值，即可得到于式（1）相同的負載率功率測試方程。然后，根據定義，式（3）中的后兩項即為電機在某一負載率時對應的有功損耗。因此，電機負載率功率法測試方程成立的前提即為式（3）中的后兩項作為電機在某一負載率時對應的有功損耗成立。而電機有功損耗相當于電機空載有功損耗與電機對應負載率下的可變有功損耗之和，即：

式中：

由于電機空載有功損耗為電機鐵耗、電機風耗和電機空載銅耗之和，因此，式（5）可以轉化為：

式中：

由上式可得：

式中：

另外，由于雜散損耗與電流的平方成正比，因此有：

在三相異步電機的負載定子電流、負載轉子電流和空載定子電流之間存在如下關系式：

因此，有：

將上式帶入式（10），可得：

將式（9）和式（13）帶入式（6），并整理得：

式中，當電機處在額定狀態(tài)下時，

由上述證明過程發(fā)現，當式（5）成立時電機負載率功率法測試方程成立，否則電機負載率計算會帶來較大的誤差。電機長期處于惡劣作業(yè)環(huán)境會加速電機絕緣老化、加劇磨損，進而增大電機空載有功損耗，使得功率法負載率測試誤差增大。

4 案例分析

為驗證上述分析，選取國內某油田正常運行級數分別為2、4、6的三相異步電機為測試對象，其基本參數如表1所示。

表1 電機基本參數

表2 不同輸入功率時電機的負載率

表2 不同輸入功率時電機負載率的誤差

由表2和表3可以看出，對于不同型號的電機，其負載率均隨著電機輸入功率的增大而逐漸增大，并且根據負載率功率測試方法得到的負載率誤差隨電機輸入功率的變化有所減小。當電機負載率大于50%之后，即電機輸入功率接近額定功率范圍時，采用功率法得到的負載率誤差在5%以內，得到的結果能夠滿足工程測試需求。但當電機處于輕載時，采用功率法所得的電機負載率誤差較大，所得結論與理論分析保持一致。

5 結語

測試負載率功率法受電機內部參數變化影響較小，當電機在接近額定電壓范圍內作業(yè)時，采用該方法能夠得到較為準確的電機負載率。但當電機負載率顯著降低時，采用該方法測試結果會產生較大誤差，不適用于重輕載下電機的負載率計算。