抽油機超高轉差率電動機的應用效果研究

陳磊（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

抽油機超高轉差率電動機的應用效果研究

陳磊（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

超高轉差率電動機作為抽油機驅動電動機是提高抽油機系統效率的主要措施之一，具有轉子電阻大、啟動力矩大、啟動電流小、機械特性軟等特點，經過現場進行超高轉差率電動機安裝前后對比測試及分析，應用超高轉差率電動機后有功節電率7.15%、無功節電率34.71%、綜合節電率9.14%，提高了系統效率。對設備起到了保護作用，減少了設備維修、更換費用，也減少了停井時間，具有良好的綜合經濟效益，是抽油機較理想的驅動設備。

抽油機；超高轉差率電動機；節能

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.001

油田生產成本中電能消耗比重大，以大慶油田為例，采油單位機采系統總耗電量約占總生產耗電量的37.5%，節能潛力巨大。針對抽油機驅動電動機有許多節能措施，超高轉差率電動機是節能措施之一，具有啟動轉矩大、機械特性軟等特點，在油田應用廣泛[1]。通過現場安裝超高轉差率電動機，在工況滿足測試要求的情況下，進行前后期對比測試、分析，得到其實際應用效果，作為油田進行節能設備選取的參考數據。

1 抽油機電動機運行概況

抽油機在運行時由于其運行特點，驅動電動機的負載情況比較復雜，是帶有沖擊的周期性交變載荷，即在抽油機運行的一個周期內，電動機重載荷—輕載荷—空載—發電—空載—輕載荷—重載荷的運行狀態使其經常處于過渡過程。抽油機井在正常的運行狀態下，在抽油桿上升時，電動機處于重負載運行狀態；當抽油桿下降時，電動機處于輕載或者空載狀態。抽油機正常工作時的運行特性要求驅動電動機具有較大的啟動轉矩和機械性較軟的電動機來驅動。抽油機的負載特點使油田常采用大容量電動機，以滿足啟動要求，產生了載荷過低現象。

抽油機電動機高啟動轉矩，低運行轉矩的現狀導致電動機工作處于低效率、低功率因數狀態，影響供電網的供電質量，使線路損耗增加，浪費能源，對抽油機系統效率影響大。而且電動機啟動電流較大，容易造成設備損壞，導致抽油機停運，增加電動機維修、更換費用，造成經濟損失，降低了工作效率。

2 超高轉差率電動機應用

2.1 超高轉差率電動機特性

超高轉差率電動機與普通電動機相比，改變了轉子槽形和導條材料，使電動機的轉差率得到提高，轉子電阻增加，因此轉差率增大，啟動轉矩變大，堵轉電流減小，機械特性軟。這些特點使超高轉差率電動機拖動沖擊負載的時候，電動機轉速降低幅度大，使被拖動的飛輪將儲存的能量釋放。

應用超高轉差率電動機后啟動電流減小，可以保護設備電路減少更換維修費用。也可有效減少對供電容量的需求[2-3]，如某站變壓器原來可供6口抽油機井正常作業，當更換超高轉差率電動機后，可供7、8口抽油機正常運行。在新區塊應用超高轉差率電動機時，可以減少供電設施容量，在老區應用時，供電設施容量不變的情況下，可以供電給更多數量的抽油機。抽油機正常運行時，會出現發電現象，超高轉差率電動機可以降低或消除發電狀態。

圖1為超高轉差率電動機的機械特性曲線[4-6]。負載發生變化時，電動機的轉速隨之變化，且十分敏感，由圖1可以看出，隨著負載扭矩提高，電動機轉速相應減小，轉差率提高，具有較軟的機械特性。

2.2 現場應用

為了分析超高轉差率電動機的實際應用效果，選取了5口抽油機井進行前后對比試驗，從節能、現場運行特點進行分析。為了讓試驗有可比性，選取的抽油機井更換了與原來電動機額定功率相同的超高轉差率電動機，設備安裝前后，井下參數以及現場運行條件均滿足測試要求，且測試儀器儀表均在檢定合格期內，符合測試要求。操作規程按相關標準進行。測試數據見表1，普通電動機啟動電流、高轉差電動機啟動電流分別見圖2、圖3。

表1 抽油機用超高轉差變頻調速電動機測試數據

圖1 機械特性曲線

對5口安裝超高轉差率電動機的抽油機井進行了現場節能效果測試，通過對其改造前后進行現場比對測試，5口抽油機井安裝高轉差率電動機后平均有功節電率7.15%、平均無功節電率34.71%、平均綜合節電率9.14%、系統效率平均提高了3.05%，取得了較好的節能效果。通過分析電動機啟動電流可以得出普通電動機啟動電流較高，高轉差電動機啟動電流較低。較低的啟動電流對設備具有保護作用，防止電流過高損壞用電設備，減少設備使用壽命。超高轉差率電動機適用于啟動轉矩大，正常運行時轉矩低的舉升方式的驅動。

圖2 普通電動機啟動電流

3 結論

通過現場實際測試，可以得出超高轉差率電動機具有以下優點：

1）啟動力矩大，啟動電流相對普通電動機小。對設備起到了保護作用，增加設備使用壽命，減少了設備維修、更換費用，也減少了停井時間。

2）節能效果明顯，安裝超高轉差率電動機后有功節電率、無功節電率、綜合節電率取得較好效果，提高了系統效率。

3）有良好的綜合經濟效益，是抽油機較理想的驅動設備。

[1]孔世命，蔡利，張志超.高轉差率電機驅動抽油機系統的耗能分析[J].大慶石油學院學報，1989，13（3）：30-40.

[2]劉宏，王素玲，張紅瑛，等.電動機的機械特性與抽油機載荷特性的合理匹配[J].大慶石油學院學報，2002（2）：87-89.

[3]李志鋒，白文雄.無功就地補償技術在電動機上的應用[J].石油機械，1998，26（8）：38-40.

[4]張汝霖，盧宇光.石油系統機械采油供電網的優化改造[J].電力需求側管理，2004（2）：43-45.

[5]姚春冬，董世民，孫亞莉.超高轉差電機驅動游梁式抽油機的節能效果分析[J].油田地面工程，1993，12（4）：58-61.

[6]項復興.大轉差率電動機在抽油機上的應用[J].石油機械，1986（4）：29-37.

2017-02-10

（編輯 賈洪來）

陳磊，2011年畢業于黑龍江科技學院（機械設計制造及自動化專業），從事節能測試工作，E-mail：chendl@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓區西賓路552號技術監督中心，163453。