確定抽油井用電動機損耗區分析方法的探討

陳德兵 陶慶軍 徐輝

【關鍵詞】平均負載率 平均自然功率因數 能耗挖潛區

油田系統中，生產能耗主要體現在電力、燃料、水資源三大塊，電力消耗又分為采油、注水、輸油三大塊。2019 年我廠電力消耗總計7749.8 萬度，占總能耗的73.2%;其中，采油系統消耗占總電力消耗量65.7%，因而抽油井是主要用電設備。以“大數據”作為研究依據，確定降低抽油井電力消耗作為降本增效的突破點。

1. 背景

在油田配電系統中，抽油井電動機是主要用電負荷，512口井負載率統計分析見表1

結論： 采集數據中抽油井電動機負載率大于20% 的占40%。

512 口井自然功率因數分析見表2。

結論：電動機功率因數大于0.4 的占30%。而《石油企業抽油井管理標準》規定：電動機功率因數大于0.4，其負載率大于20%。

2. 方案

2.1 文獻綜述

2.1.1 異步電動機的電流—效率特性曲線【1】說明：曲線反應效率隨電流的變化特征。同時，電流的大小反應負載的大小，即成正比關系。因此我們利用負載率—效率特性曲線來確定臨界負載率。

2.1.2 異步電動機效率——自然功率因數特性曲線【1】說明：功率因數和效率隨負載率的增加有相似的變化規律，即效率和功率因數都隨負載率的增加而增大。因此我們利用負載率—功率因數的散點圖來建立數學模型。

2.2 采集參數，繪制負載率—效率特性曲線圖，確定臨界負載率

采集抽油井YCCH280-8 型電動機的參數，并計算效率和負載率統計結果見表3。

繪制負載率與效率關系見圖1：

結論：確定臨界負載率為13%、20%，并將圖形區域劃分電動機三個損耗區域，即在0-13% 之間的區域為挖潛區b1，負載率在13%-20% 之間的區域為低效區b2，負載率在20%-90% 之間的區域為高效區b3。

2.3 采集參數，繪制負載率功率因數散點圖，建立數學模型。

2.3.1 采集90 口抽油井用YCCH 型電動機的參數并繪制負載率—功率因數散點圖（如圖2）;

小結：依據90 口抽油井實際運行數據建立數學預測，相關系數R 檢驗、回歸系數的顯著性t 檢驗、回歸方程的顯著性F 檢驗，均反應了變量X 和Y 在關鍵區域的線性關系合理。因此，可以根據電動機的實際負載率，通過數學模型y1和y2 確定電動機的功率因數，調整小于臨界負載率β3 的電動機參數，從而選擇合適功率的電動機檔位或者進行無功補償，來降低用電設備的消耗，達到節能的目的。

3. 現場應用

電動機損耗區分析方法在我廠五個作業區運用發揮了良好的效果，下面通過有代表性的三口井做詳細說明見表4。

結論：抽油井電動機負載率越低，措施實施后節電效果越好;抽油機平衡度對提高功率因數影響大;電動機功率的選擇是提高功率因數的關鍵;提高功率因數的步驟是：先進行電機參數調整，再進行抽油機平衡度調整，再進行整套裝置的無功補償，實施后，整體功率因數可提高到0.9 以上，平均節電率達到13%，達到節能降耗減排的目的。

4. 結語

抽油井電動機運行時的負載是不斷變化的，用平均功率法判斷電動機運行狀態，準確表達了電動機的實際運行參數，因此，我們用專用電動機參數測試儀器對抽油井電動機進行測試，并計算得到不同負載率β、效率η，根據電動機負載率和效率特性曲線確定臨界負載率β1 和β2，運用臨界負載率β1 和β2，根據負載率和功率因數特性散點圖建立數學模型y1 和y2，根據數學模型y1 和y2 確定第三臨界負載率β3 為15%，按照數學模型確定電動機工作在哪個區域，便于準確方便調整負載率小于15% 電動機的參數或者更換適合功率的電動機。