莫晗（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

喇嘛甸油田異步電動機(jī)節(jié)能改造試驗

莫晗（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

針對喇嘛甸油田抽油機(jī)井常規(guī)異步電動機(jī)的使用現(xiàn)狀，確定了異步電動機(jī)的節(jié)能改造原則、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和方式，開展了雙功率和雙極雙速改造，可實現(xiàn)大功率啟動，小功率運行，可以有效解決抽油機(jī)井裝機(jī)功率偏大的問題，同時滿足油井負(fù)載啟動、輕載運行的條件，取得了較好的節(jié)能效果，實現(xiàn)了抽油機(jī)井節(jié)能降耗和閑置資產(chǎn)的再利用。

抽油機(jī) 異步電動機(jī) 節(jié)能改造

近年來，針對抽油機(jī)井常規(guī)異步電動機(jī)能耗高的問題，喇嘛甸油田采取了以永磁電動機(jī)節(jié)能技術(shù)替代常規(guī)異步電動機(jī)的措施，降低了抽油機(jī)井能耗，達(dá)到了節(jié)能的目的，但同時也造成大量常規(guī)異步電動機(jī)閑置。因此，為了提高閑置資產(chǎn)的利用率，對閑置常規(guī)異步電動機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，在保持電動機(jī)原有的轉(zhuǎn)子和定子的鐵芯不變的基礎(chǔ)上，采用重新繞組和接線方式，滿足抽油機(jī)井動態(tài)變化和節(jié)能降耗的需要。

1 常規(guī)電動機(jī)改造原則及標(biāo)準(zhǔn)

1.1電動機(jī)改造原則

油井用異步電動機(jī)的節(jié)能改造，應(yīng)遵循以下原則：一是改造后可提高電動機(jī)負(fù)載率及相應(yīng)效率；二是為降低成本，原電動機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能再利用，例如電動機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的鐵芯盡可能采用，繞組可重新繞制；三是改造后必須提升相應(yīng)的電動機(jī)性能，如絕緣性能，過載性能，啟動力矩，耐熱等級等。

1.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

無論是新電動機(jī)，還是改造電動機(jī)，都必須滿足國家電動機(jī)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。此外，對于油田野外使用的電動機(jī)，改造還需遵循以下標(biāo)準(zhǔn)：一是環(huán)境溫度為-40～+40 ℃，額定電壓為 380V，額定頻率為50Hz；二是改造電動機(jī)為了保持較好的耐用性和效率，絕緣等級、耐熱等級要在原基礎(chǔ)上提高，絕緣等級一般由B級提高到F級，耐熱等級應(yīng)達(dá)到155 ℃左右；三是改造后電動機(jī)起動力矩達(dá)到電動機(jī)額定功率的力矩要求；四是節(jié)能改造，必須實現(xiàn)比原有電動機(jī)的更好節(jié)能效果。

2 電動機(jī)雙功率節(jié)能改造

2.1技術(shù)原理

雙功率改造技術(shù)是在單槽內(nèi)下入雙線，形成雙繞阻，即啟動繞組和工作繞組。電動機(jī)啟動時，啟動繞組運行（啟動功率）啟動電動機(jī)，以滿足抽油機(jī)啟動時需高扭矩的要求，啟動后轉(zhuǎn)入工作繞組，小功率正常運行，實現(xiàn)啟動大功率和運行小功率兩種功率，滿足油井重載啟動、輕載運行的條件。在不降低電動機(jī)較大啟動力矩的前提下，可有效降低油井運行時的額定功率和實耗功率，具有降低能耗和提高負(fù)載率的雙重效果。

兩套繞組在電動機(jī)的內(nèi)部串聯(lián)如圖1所示，U1U2、 V1V2、 W1W2為 啟 動 繞 組 ， U2U3、 V2V3、 W2W3為 運 行 繞 組[1]。

圖1 雙功率電動機(jī)繞組的接線方式

2.2現(xiàn)場試驗情況

現(xiàn)場使用表明，雙功率電動機(jī)可以在啟動后實現(xiàn) 自動切換 ， 啟 動 75kW， 啟 動順利， 運 行 55 kW，經(jīng)較長時間觀察運行無問題。盡管試驗井均為負(fù)荷較大油井，現(xiàn)場測試表明，有功、無功均有所下降，平均有功節(jié)電率達(dá)到 11.09%，綜合節(jié)電率達(dá)到 19.2%，見表1。

表1 雙功率改造實施前后效果對比

3 電動機(jī)雙極雙速節(jié)能改造

3.1改造原理

該技術(shù)利用定子單槽內(nèi)下入單線，引出多組頭，通過在多組頭之間改變接線方式實現(xiàn)“雙極雙速”。改造后根據(jù)油井生產(chǎn)水平選擇電動機(jī)功率級別提高負(fù)載水平，降低油井能耗，同時利用雙轉(zhuǎn)速設(shè) 計實現(xiàn)便 捷 的 調(diào) 參 優(yōu)化，改 善 油 井 供 排關(guān)系[2]。

改造后的電動機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的鐵芯都保持不變，采用正旋繞組，對定子繞組重新繞制，提高電機(jī)轉(zhuǎn)矩，降低震動和噪音，使電動機(jī)的各項性能得到改善。

3.2試驗效果

原單速電動機(jī)改造后為雙速電動機(jī)，即6級電動機(jī)改造后為 6/8級電動機(jī)，8級電動機(jī)改造后為 6/ 8 級 、8/10 級和 8/12 級三 種級別 電動機(jī) 。現(xiàn)場 測試表明，常規(guī)異步電動機(jī)進(jìn)行雙極雙速節(jié)能改造，裝機(jī) 功 率 由 改 造 前 的 54.4kW 下 降 到 改 造 后 的 38.8 kW， 有 功 節(jié) 電 率 為 10.09% ， 無 功 功 率 下 降 9.23 kvar， 負(fù) 載 率 由 18.03% 提 高 到 22.78%， 提 高 了 4.75個百分點，見表2。

表2 電動機(jī)雙極雙速改造前后效果對比

4 經(jīng)濟(jì)效益評價

4.1雙功率改造

試驗后，平均裝機(jī)功率降低 17.35kW，有功功率 下降 1.02kW，有 功節(jié) 電率達(dá) 8.5%， 平均 單井 日節(jié) 電 24.48kWh， 電費單價 0.59 元/kWh，則 單 井 年節(jié)約電費為 5199元，單井投資 14600元，投資回收期 33.7個月。

4.2雙速電動機(jī)改造

試驗后，平均有功功率下降 0.99kW，平均負(fù)載 率 由 18.03% 提 高 到 22.78% ， 提 高 了 4.75 個 百 分點 ， 平 均 有 功 節(jié) 電 率 10.09%， 平 均 單 井 日 節(jié) 電23.76kWh， 電 費 單 價 0.59 元/kWh，則單 井 年 節(jié) 約電費為 5046元，單井投資 7200萬元，投資回收期17.1 個月。

5 結(jié)論及認(rèn)識

1）油田在用的高能耗及閑置的常規(guī)異步電動機(jī)，通過選取經(jīng)濟(jì)、合適的節(jié)能改造方式，既可解決油井拖動電動機(jī)的高能耗問題，也能提高閑置資產(chǎn)的再利用率。

2）常規(guī)的電動機(jī)雙功率改造方式可實現(xiàn)大功率啟動、小功率運行，可以有效解決抽油機(jī)井裝機(jī)功率偏大的問題，同時滿足油井重載啟動、輕載運行的條件。

3）雙速電動機(jī)改造方式可保持原有電動機(jī)轉(zhuǎn)子和定子鐵芯不變，通過采用正旋繞組改造定子繞組繞制方式，提高電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，能實現(xiàn)油井便捷的調(diào)參優(yōu)化，改善油井供排關(guān)系。

[1] 朱義書.常規(guī)異步電機(jī)雙極雙速節(jié)能改造推廣[J].中國科技信息,2011(11).

[2] 楊慧,田云龍,朱家龍.雙繞組雙功率節(jié)能電動機(jī)的研制與應(yīng)用[J].采油工程,2007(2):49-51.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.007.025

2013-03-05）

莫晗，工程師，1999年畢業(yè)于石油大學(xué) （華東），從事機(jī) 采 井 節(jié) 能 工 作 ， E-mail： mohan@petrochina.com.cn， 地 址 ： 黑 龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠工程技術(shù)大隊，163114。