霍崇慶（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

抽油機(jī)是油田的耗能大戶(hù)，其用電量約占油田總用電量的40%，占油田總用電量的比例非常高，且總體效率僅在30%左右，效率很低[1]。石油企業(yè)面臨十分嚴(yán)峻的國(guó)際國(guó)內(nèi)的復(fù)雜形勢(shì)，經(jīng)濟(jì)效益不是非常的理想的情況下，要改變現(xiàn)狀，就必須在降本增效、提高經(jīng)濟(jì)效益上下功夫[2-3]。在技術(shù)方面需要找到低成本的方案。而星角變換技術(shù)就是一種極低成本的節(jié)能技術(shù)。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況的統(tǒng)計(jì)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室對(duì)標(biāo)準(zhǔn)抽油機(jī)井星角兩種不同接線(xiàn)方式進(jìn)行試驗(yàn)，來(lái)研究該技術(shù)的適應(yīng)條件及節(jié)能效果。其中試驗(yàn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y280S-8，功率為37kW；標(biāo)準(zhǔn)抽油機(jī)井型號(hào)為CYJ10-3-37HB。

1 原理及技術(shù)特點(diǎn)

星角變換技術(shù)屬于降壓節(jié)能技術(shù)的一種，其節(jié)電原理是當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載遠(yuǎn)小于額定負(fù)載時(shí)，通過(guò)手動(dòng)改變接線(xiàn)方式或星角轉(zhuǎn)換控制箱（手動(dòng)或自動(dòng)）將電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式由三角形接法改變?yōu)樾切谓臃āＳ捎诩釉陔妱?dòng)機(jī)繞組上的相電壓由380V降至220V，電動(dòng)機(jī)鐵損下降，達(dá)到節(jié)能的目的。降低電動(dòng)機(jī)端電壓的同時(shí)，可提高電動(dòng)機(jī)負(fù)載率[4]，進(jìn)而提高電動(dòng)機(jī)的效率及功率因數(shù)[5]。

電動(dòng)機(jī)帶載能力的變化是應(yīng)用中要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題，由于電動(dòng)機(jī)的力矩與電壓的平方成正比，力矩也會(huì)大幅度下降[6]，僅為原來(lái)的三分之一。假設(shè)使用37kW的電動(dòng)機(jī)，星接后可以帶動(dòng)12.3kW的負(fù)載，又由于異步電動(dòng)機(jī)有20%的短期超載能力，因此電動(dòng)機(jī)最大可以拖動(dòng)14.8kW的抽油機(jī)負(fù)載。

而在經(jīng)濟(jì)投資方面，如果采用手動(dòng)改變接線(xiàn)方式則不需要增加任何設(shè)備投資。而使用控制箱因?yàn)榧夹g(shù)簡(jiǎn)單也僅需少量投資。對(duì)于后期，也不需要過(guò)多維護(hù)而產(chǎn)生費(fèi)用。

2 抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載情況分析

根據(jù)油田的實(shí)際情況，油田在選配電動(dòng)機(jī)時(shí)為了啟動(dòng)順利，一般按最大扭矩選配電動(dòng)機(jī)[7]，而且井況也會(huì)發(fā)生一定變化，因此不可避免的造成一部分井平均負(fù)載率過(guò)低。

某油田441口37kW的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行抽油機(jī)井負(fù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，可見(jiàn)負(fù)載率低于15%的抽油機(jī)占34.92%。

表1 現(xiàn)場(chǎng)抽油機(jī)井負(fù)載統(tǒng)計(jì)

3 實(shí)驗(yàn)室研究

在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行穩(wěn)定負(fù)載率加載下的角接與星接對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)電動(dòng)機(jī)采用普通異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y280S-8，功率為37kW。

3.1 效率對(duì)比

通過(guò)在不同負(fù)載率下進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，得出穩(wěn)定負(fù)載條件下星接與角接的電動(dòng)機(jī)效率，效率對(duì)比見(jiàn)圖1?？梢?jiàn)該電動(dòng)機(jī)在負(fù)載率46.9%以下星接效率高于角接效率，負(fù)載率越低，效率差距越大。角接情況下負(fù)載率在30%以上效率較高，當(dāng)負(fù)載率低于30%下降較快。而星接情況下，在10%負(fù)載以上效率很高。

圖1 效率對(duì)比

3.2 功率因數(shù)對(duì)比

功率因數(shù)可以反應(yīng)出無(wú)功功率的大小，它的高低影響線(xiàn)路及變壓器的損耗。有功相同的情況下，功率因數(shù)越低，電流越小，線(xiàn)路及變壓器損耗越低[8]。實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定負(fù)載條件下星接與角接不同負(fù)載率下的功率因數(shù)對(duì)比見(jiàn)圖2。星接條件下的電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)高于角接。在負(fù)載率29.7%穩(wěn)定負(fù)載條件下，電流下降19.7A，無(wú)功功率下降16.4kvar。可見(jiàn)對(duì)于低負(fù)載情況，電動(dòng)機(jī)改為星接，不僅可以在電動(dòng)機(jī)本身節(jié)電，也可以降低電流，在線(xiàn)路及變壓器端節(jié)電。

圖2 功率因數(shù)對(duì)比

4 標(biāo)準(zhǔn)抽油機(jī)井研究

4.1 星接轉(zhuǎn)換負(fù)載點(diǎn)研究

某采油廠(chǎng)對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率低于20%，而且生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)的油井進(jìn)行電動(dòng)機(jī)角星轉(zhuǎn)換[9]，但該種方法是否科學(xué)需要進(jìn)行驗(yàn)證。

抽油機(jī)是一種特殊的變動(dòng)負(fù)載[10-11]，運(yùn)行過(guò)程中負(fù)載會(huì)發(fā)生周期性變化。因此知道平均負(fù)載并不能了解最大負(fù)載，為了了解其中的關(guān)系，在標(biāo)準(zhǔn)抽油機(jī)井進(jìn)行了負(fù)載試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)（37kW）負(fù)載率15%、20%的功率曲線(xiàn)見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 負(fù)載率15%功率曲線(xiàn)

圖4 負(fù)載率20%功率曲線(xiàn)

可見(jiàn)15%平均負(fù)載率情況下最大功率達(dá)到12kW，電動(dòng)機(jī)調(diào)整為星接完全可拖動(dòng)負(fù)載。即使負(fù)荷向上有20%的波動(dòng)短期也可以正常運(yùn)行。而20%平均負(fù)載情況最大功率達(dá)18kW，還應(yīng)使用角接。綜上結(jié)論并考慮油井的負(fù)載波動(dòng)，選取負(fù)載率低于15%的抽油機(jī)井進(jìn)行星接改造比較穩(wěn)妥。

4.2 節(jié)電率研究

為了實(shí)際測(cè)試低負(fù)載情況下星接方式的節(jié)電情況，在標(biāo)準(zhǔn)井進(jìn)行測(cè)試，角接平均負(fù)載率為15%，節(jié)能對(duì)比見(jiàn)表2?？梢?jiàn)在抽油機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中，采用星角變換技術(shù)節(jié)能效果顯著，綜合節(jié)能率可以達(dá)到10%左右。按照實(shí)際耗電功率5.5kW，年運(yùn)行300天計(jì)算，改造單臺(tái)抽油機(jī)年可節(jié)電3960kWh，按照價(jià)格0.625元/kWh進(jìn)行計(jì)算，折合人民幣2475元。

表2 節(jié)能對(duì)比

5 結(jié)論

1）星角變換技術(shù)適用于平均負(fù)載率小于15%的抽油機(jī)井，符合調(diào)整的抽油機(jī)比例大，達(dá)35%左右。

2）在低負(fù)載條件下，將電動(dòng)機(jī)接線(xiàn)方式改為星接，不僅可以節(jié)約有功，而且可以提高功率因數(shù)。

3）星角變換技術(shù)對(duì)符合調(diào)整接線(xiàn)方式的抽油機(jī)井效果明顯，標(biāo)準(zhǔn)井測(cè)試綜合節(jié)電率為10%左右，經(jīng)估算單臺(tái)年可節(jié)約電費(fèi)2475元。

4）星角變換技術(shù)簡(jiǎn)單，投資小或不增加投資，后期維護(hù)也簡(jiǎn)單，不需要過(guò)多費(fèi)用。