陸士忠（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

大慶油田進入高含水后期開發(fā)階段，油田產能新區(qū)塊建設不斷加大，老區(qū)調整井數量不斷增加，因此機采井用電量占比也不斷加大。油田抽油機井在用的電動機主要是常規(guī)Y 系列異步電動機。由于抽油機懸點作上下往復運動，負載變化差異很大，加之重載啟動，為確?？煽康膯雍驼＿\行，所配的電動機額定功率都比運行時的平均功率大。因此，除運行負載峰值較大外，大部分時間電動機都處于輕載運行，運行效率低，功率因數低，電動機能耗損失大[1]。

1 降壓軟啟控制技術

為保證抽油機井電動機在零點啟動時啟動力矩足夠大，又不對電網產生太大的沖擊，可采用電動機Y—Δ 轉換降壓軟啟動、自藕變壓器降壓啟動或可控硅軟啟動等技術。不同啟動方式下電動機扭矩與轉速變化關系[2]見圖1。

電動機Y—Δ 轉換降壓軟啟動方法是：電動機先由星形接法啟動后，再自動改接為三角形接法——全壓正常運轉。軟啟動時緩慢的啟動過程可大大降低電動機的啟動電流，使啟動更加平穩(wěn)；同時可消除電動機直接啟動時機械硬特性帶來的沖擊載荷，延長了電動機及抽油機機組及桿、管的使用壽命[3]。

圖1 不同啟動方式下扭矩與轉速變化關系曲線

2 現場試驗

降壓軟啟控制技術適用于電動機定子繞組采用Δ接法的抽油機井。通過電動機定子接頭轉換，啟動時采用星形接法，啟動運行后再切換到Δ接法，將常規(guī)380 V 啟動電壓降為220 V 啟動電壓，運行時瞬時投切回380 V。

現場試驗井原電動機裝機功率為75 kW，直接啟動時啟動電流為609 A（圖2）。匹配的裝機功率可由下式[3]求得：

式中：Pd——裝機功率，kW；

CLF——曲柄軸上周期載荷系數；

E——實際平均效率，%；

Pr——懸點光桿功率，kW；

η——從電動機軸到懸繩器的平均效率，%。

圖2 75 kW 電動機直接啟動電流曲線

現場分別試驗55、37 kW 電動機，采用Y—Δ轉換降壓軟啟動的方法測試了直接啟動與軟啟動狀態(tài)下的啟動電流（圖3～圖5）。現場試驗表明，Y—Δ 轉換降壓軟啟動時，電動機逐步加速運轉，啟動平穩(wěn)。經測試，啟動電流峰值由371 A 降到311 A，下降了16%，電動機直接啟動之硬特性帶來的沖擊載荷大大降低，消除了對抽油機的不利影響，達到了平穩(wěn)軟啟的目的。

軟啟動與直接啟動的差別在于其扭矩與轉速特性。啟動時，電動機轉速與扭矩均從零呈勻加速狀態(tài)遞增，達到最大值后扭矩開始下降，直到電動機達到額定轉速。由圖5 可知，軟啟動的最大扭矩值明顯小于直接啟動的最大扭矩值。

圖3 55 kW 電動機直接啟動電流曲線

圖4 37 kW 電動機直接啟動電流曲線

圖5 37 kW 電動機Y—Δ 軟啟動電流曲線

試驗還表明，只有當電動機啟動電壓降低程度大于轉差率以及功率因數上升的程度時，才能提高電動機運行效率，達到節(jié)電的目的。因此，根據電動機效率隨電壓變化的關系，對應電動機輸出功率（或負載系數），必然存在一個最佳調壓系數。當電動機調壓系數達到此值時，電動機的無功損耗最低，效率最高[4]。不同負載條件下最佳的電壓調節(jié)系數可按下式[5]確定：

式中：Kum——電動機的最佳電壓調節(jié)系數；

PN——電動機額定負載時的有功損耗，kW；

PO——電動機的空載損耗，kW；

k——計算系數；

β——電動機的負載系數。

3 技術適應性評價

通過降壓軟啟動方法進行電動機合理匹配，其優(yōu)點是啟動方式簡單高效，啟動過程中電量消耗少，由于啟動電壓為運行電壓的，故其啟動轉矩為額定轉矩的1/3。當電動機負載率小于1/3時，也可利用該啟動方法作降壓運行，可以大幅提高電動機的功率因數和運行效率。因此，該方法適合目前油田老區(qū)調整加密井及過渡帶區(qū)塊的低載荷抽油機井。

需要注意的是，過低負載率會影響電動機效率的提升。從電動機效率變化可知，當電動機負載率低于20%時，應該重新匹配電動機的合理裝機功率大小[6]。

4 認識及結論

1）應用降壓軟啟動技術可以大幅度降低抽油機靜載啟動時的最大扭矩值，從而降低電動機的裝機功率。同時，通過降低電動機輸出扭矩的峰值也能起到節(jié)能作用，提高電動機運行效率和功率因數。

2）對于過渡帶及加密區(qū)塊的抽油機井，應用降壓軟啟動控制技術可以有效降低電動機的啟動峰值電流，從而消除電動機直接硬啟動時沖擊載荷對抽油機的不利影響，確保設備安全運行，延長抽油機的使用壽命，同時減少對電網的沖擊，降低線路損耗。

3）由于軟啟動達到全壓運行時和直接啟動時的電壓相同，因此，提高電動機啟動轉矩倍數的效果有限，現場應用中需結合抽油機井實際負載率合理匹配電動機裝機功率。