抽油機用永磁同步電動機節能技術改造*

劉向陽 于延 賈向征（長慶油田第一采油廠）

TNYC 系列節能型抽油機用三相永磁同步電動機是根據油田抽油機的特殊運行工況開發研制的。這種新型節能三相永磁同步電動機具有比普通同步電動機更優良的性能，與一般異步電動機相比，具有高效節能、體積小、重量輕等一系列優點，非常適合于抽油機的運行工況，是目前抽油機用異步電動機更加節能的換代產品。

1 永磁電動機技術改造

1）為了解決轉子軸部分的漏磁，設計了永磁同步電動機，以提高電動機的效率和功率因數，在轉子沖片上的兩個永磁體槽呈V 字形排列，且V 字形底部鐵芯被沖去形成漏磁槽，這樣通過轉子軸的磁通量減少，免去了轉子軸外的隔磁套，降低了生產成本，并能保證電動機的高效率和高功率因數。

2）設計了永磁同步電動機的轉子切向機構，在轉子沖片上設有永磁體槽與軸之間形成隔磁槽，在永磁體靠近繞組的一端鐵芯被沖去形成齒狀的漏磁槽，解決了轉子徑向漏磁問題，提高了電動機的效率和功率因數。

3）設計了永磁同步電動機轉子，在轉子沖片上設有一加強槽，加強槽內設有一加強鐵，這一結構解決了轉子徑向漏磁問題，同時提高轉子在高速旋轉時有足夠的機械強度。

4）設計了定子自動疊片設備，該機由定子漲脂模、漲胎油缸、扣片液壓油缸、壓緊油缸、立柱、滾盤、活動壓板上板及液壓站等組成。該機利用漲胎模對定子芯片進行漲胎，解決了芯片間同軸度問題；采用液壓活動壓板對定子芯片加壓，解決了人工壓緊達不到緊密度且勞動強度大的問題。該設備是一種工作可靠、疊片整齊緊密、操作方便的定子自動疊片設備。

5）設計了12 極（500 r/min）抽油機專用高效低速永磁同步電動機，設計上采用永磁體將異步機遷入同步運行并獲得較高的功率因數和效率；同時研制出的電動機具有較寬的功率因數特性，滿足了在負載變化范圍內的平均功率因數維持在較高水平。隨著油田開發進入后期，原油產量不斷下降，單井產液量隨之下降，抽油機的運行沖速也要降低，有的油井已經降到2～3 次，目前轉速最低的8極電動機將無法驅動。因此，開發12 極高效低速永磁同步電動機來降低抽油機沖速，并具有較高的運行效率和功率因數，實現節能降耗，提高油田經濟效益和社會效益。

2 永磁電動機節能應用

長慶油田環境與節能監測評價中心于2013年12月3日至2014年8月4日，對長慶一廠杏河作業區14 口抽油機油井實施了節能項目，安裝了永磁電動機，并對其節能效果進行了測試評價。按照原中國石油天然氣總公司發布的行業標準SY/T5264—2012《油田生產系統能耗測試和計算方法》來進行測試，主要測試設備有電能質量分析儀、組合式系統效率測試儀、數字鉗形電流表等采油測試儀表。

通過對目前在用節能電動機的跟蹤測試，對比節能電動機安裝前普通電動機所測數據，主要從無功功率節電率、有功功率節電率、綜合節電率、抽油機平均系統效率和噸油單耗等5 個方面進行對比分析（表1）。

2.1 無功損耗對比分析

無功功率測試數據是在井口電動機電容補償以后測得的。無功功率越大，說明負荷不足現象越嚴重。從表1 的對比數據來看，普通電動機平均無功功率為7.95 kvar，節能電動機平均無功功率為3.26 kvar，節能電動機無功損耗比原普通電動機下降了59%。

2.2 有功功率與噸油單耗對比分析

有功功率隨負荷大小變化，因負載不同，有功功率不可比。但從表1 的測試數據可看出，節能電動機單耗與原普通電動機相比有了明顯減少，噸油單耗由70.96 kWh/t 降到50.86 kWh/t，降低28.3%。

2.3 綜合節電率對比分析

節能電動機與普通電動機綜合節電率的對比情況見表2。

節電包括有功節電和無功節電，就是既要降低有功損耗，又要降低無功損耗。電動機節電率通常采用單井平均電流大小來比較分析，因為電流大小與視在功率成正比，它有有功分量，也有無功分量。如表2 所示，節能電動機與普通電動機平均運行電流相比，降低65%以上。減少電流不但說明電動機用電減少，而且使供電電網的損耗成平方關系減少，平均計算負載大致相等，所以用電流大小變化與普通電動機電流對比來計算節電率是比較合理的。

表1 長慶一廠杏河作業區14 口油井抽油機用永磁同步電動機與原普通電動機節能對比測試數據

表2 節能電動機與普通電動機節電率對比

2.4 抽油機平均系統效率

抽油機系統效率為抽油機的有效功率與輸入功率的比值，而抽油機平均系統效率則是采用輸入功率加權平均計算求得：

式中：Pλi為第i 口油井的輸入功率，kW；ηi為第i 口油井的系統效率，%；η 為n 口油井的平均系統效率，%。

由表1 可知，節能電動機抽油機平均系統效率為11.76%，普通電動機抽油機平均系統效率為8.14%，提高了3.62%。

當然，抽油機井系統效率不僅僅受電動機工作效率因素影響，而且受抽油機其他諸多因素所影響，所以抽油機平均系統效率不能作為節能電動機應用效果的對比分析依據，但可作為節能電動機應用效果評價的參考依據。

3 綜合評價

從上述4 項對比分析結果中可看出，TNYC 系列永磁節能電動機較原普通電動機節能效果明顯，節能電動機比普通電動機抽油機平均系統效率提高3.62%。抽油機在應用永磁同步電動機后，平均運行電流降低65%以上，可使6（10）kV 線路上的線損降低88%以上，極大地降低了電網和配電變壓器上的運行損耗，解決了機采系統配電網優化運行的關鍵問題。不僅從根本上降低抽油機驅動電動機自身的運行損耗，而且大幅度地降低配電線路上的網損。應用永磁電動機使電動機的視在功率降低了65%以上，有一半左右的電網容量被重新開發出來，相當于電網的供電能力提高了1 倍，相當于新建了1 個變電所。這部分容量可以用來為加密井等新的產能建設項目供電，減少變電所的建設費用，極大提高電網的利用率，充分挖掘出電網的潛在容量。