永磁智能驅動電動機技術適應性分析

劉衛慶（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

1 現狀

抽油機井系統效率是評價抽油機井能耗水平的重要指標，提高抽油機井系統效率是降本增效、提高油井管理水平的重要手段[1]。據統計，現場存在淘汰電動機1 166 臺，其平均效率為27.62%，低于節能電動機2.78個百分點。淘汰電動機效率偏低影響抽油機井系統效率水平，并因其老化嚴重導致能耗增加，維修成本增加[2]。同時，抽油機井皮帶斷裂現象在實際生產中普遍存在，直接影響抽油機井的生產時率，增加了材料消耗，影響運行成本[3-4]。初步統計，近幾年年均消耗各型號抽油機皮帶19 000 余條，皮帶平均使用周期為155 天。其中，皮帶使用周期60天以下的短周期井高達406口，增加生產維護成本及日常管理難度。

2 永磁智能驅動電動機

2.1 工作原理

永磁智能驅動電動機采用低轉速、大扭矩永磁同步電動機直接驅動減速機輸入軸運轉，電動機由定子繞組、轉子、機體三部分組成，由專用永磁變頻器驅動定子繞組通過三相交流電，產生與電源頻率同步的旋轉磁場，轉子內有永磁材料制成的永磁體，它在定子繞組產生的旋轉磁場作用下，開始同步旋轉。永磁同步電動機與異步電動機在結構方面相似，但在轉子上裝有稀土永磁鋼，采用永久磁鐵代替異步電動機的勵磁繞組激磁。啟動時，轉子的永磁磁場與定子繞組產生的旋轉磁場相互作用，將電能轉化為動能，帶動負載工作[5]。

永磁智能驅動電動機的勵磁磁場由高性能稀土材料提供，電動機勵磁電流小，損耗低。對比普通感應電動機，其效率和功率因數大幅提高，可以擁有最高達98.6%的效率和0.997的功率因數[6]（圖1）。

圖1 相同功率下永磁電動機與感應電動機的效率和功率因數比較

2.2 技術性能

1）省去傳動損耗為10%~20%的皮帶減速機構，提高系統的傳動效率[7]。

2）采用永磁同步電動機，對比常規異步電動機，其勵磁電流小，損耗低，效率和功率因數高，節電效果明顯。

3）由于永磁智能驅動電動機轉子磁級數可達到30級，電動機轉速最低可至112 r/min，因此可運行于最低沖次為0.1 r/min的條件下。電動機轉矩最大可達2 258 N·m，平衡塊在任意位置時均可進行停機，便于維護[8]。

4）電動機采用大直徑、扁平超薄型結構，可靠耐用，操作方便。

3 適應性及經濟效益分析

3.1 選井條件

針對淘汰電動機抽油機井所存在的系統效率低、能耗高以及皮帶斷裂頻繁的問題，依據永磁智能驅動電動機的工作原理及其特性，現場選擇2口抽油機井進行試驗。其中，X 井皮帶使用周期短，Y井系統效率低、能耗高，2019年試驗井存在問題統計見表1。

表1 2019年試驗井存在問題統計

3.2 應用效果

2019 年7 月由節能監測中心出具測試報告顯示，應用永磁智能驅動電動機后，X井系統效率由30.92%提高到34.87%，噸液百米耗電由0.41 kWh降低到0.34 kWh，節電率為18.64%；Y井系統效率由19.76%提高到24.16%，噸液百米耗電由1.01 kWh降低到0.81 kWh，節電率為22.27%，2019 年試驗井試驗效果統計見表2。

表2 2019年試驗井試驗效果統計

4 經濟效益

1）節約皮帶費用。X 井皮帶型號8000，皮帶單價1 697.92元，皮帶使用周期33天；Y井皮帶型號5380，皮帶單價291.76 元，皮帶使用周期103天。按照年生產360天計算，年節約皮帶購置費用為1.95萬元。

2）節能創效。安裝此電動機的抽油機井平均日耗電量為343.87 kWh，平均節電率為21.22%。按照年生產360 天、電價0.638 1 元/kWh 計算，年節約電費達3.35 萬元，年創益5.3 萬元，預期投資回收期為3.21年。

5 結論及認識

通過永磁智能驅動電動機現場試驗數據表明，其在抽油機井節能降耗方面有較好的效果，且具有較強的適應性。該電動機直接與減速機輸入軸連接，可靠耐用，維護方便[9]。應用永磁智能驅動電動機后，2 口抽油機井平均系統效率提高4.07 個百分點，平均節電率達21.22%，年創益5.3 萬元。使用永磁智能驅動電動機不僅能降低能耗，而且可減小勞動強度，節約勞動力資源，具有較大的推廣應用前景[10]。