陳磊（中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心）

抽油機(jī)超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用效果研究

陳磊（中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心）

超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)作為抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率的主要措施之一，具有轉(zhuǎn)子電阻大、啟動(dòng)力矩大、啟動(dòng)電流小、機(jī)械特性軟等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)安裝前后對(duì)比測(cè)試及分析，應(yīng)用超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)后有功節(jié)電率7.15%、無(wú)功節(jié)電率34.71%、綜合節(jié)電率9.14%，提高了系統(tǒng)效率。對(duì)設(shè)備起到了保護(hù)作用，減少了設(shè)備維修、更換費(fèi)用，也減少了停井時(shí)間，具有良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益，是抽油機(jī)較理想的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

抽油機(jī)；超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)；節(jié)能

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.001

油田生產(chǎn)成本中電能消耗比重大，以大慶油田為例，采油單位機(jī)采系統(tǒng)總耗電量約占總生產(chǎn)耗電量的37.5%，節(jié)能潛力巨大。針對(duì)抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)有許多節(jié)能措施，超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)是節(jié)能措施之一，具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、機(jī)械特性軟等特點(diǎn)，在油田應(yīng)用廣泛[1]。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)，在工況滿足測(cè)試要求的情況下，進(jìn)行前后期對(duì)比測(cè)試、分析，得到其實(shí)際應(yīng)用效果，作為油田進(jìn)行節(jié)能設(shè)備選取的參考數(shù)據(jù)。

1 抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行概況

抽油機(jī)在運(yùn)行時(shí)由于其運(yùn)行特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況比較復(fù)雜，是帶有沖擊的周期性交變載荷，即在抽油機(jī)運(yùn)行的一個(gè)周期內(nèi)，電動(dòng)機(jī)重載荷—輕載荷—空載—發(fā)電—空載—輕載荷—重載荷的運(yùn)行狀態(tài)使其經(jīng)常處于過(guò)渡過(guò)程。抽油機(jī)井在正常的運(yùn)行狀態(tài)下，在抽油桿上升時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于重負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)抽油桿下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于輕載或者空載狀態(tài)。抽油機(jī)正常工作時(shí)的運(yùn)行特性要求驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和機(jī)械性較軟的電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。抽油機(jī)的負(fù)載特點(diǎn)使油田常采用大容量電動(dòng)機(jī)，以滿足啟動(dòng)要求，產(chǎn)生了載荷過(guò)低現(xiàn)象。

抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的現(xiàn)狀導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)工作處于低效率、低功率因數(shù)狀態(tài)，影響供電網(wǎng)的供電質(zhì)量，使線路損耗增加，浪費(fèi)能源，對(duì)抽油機(jī)系統(tǒng)效率影響大。而且電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流較大，容易造成設(shè)備損壞，導(dǎo)致抽油機(jī)停運(yùn)，增加電動(dòng)機(jī)維修、更換費(fèi)用，造成經(jīng)濟(jì)損失，降低了工作效率。

2 超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)應(yīng)用

2.1 超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)特性

超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)與普通電動(dòng)機(jī)相比，改變了轉(zhuǎn)子槽形和導(dǎo)條材料，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率得到提高，轉(zhuǎn)子電阻增加，因此轉(zhuǎn)差率增大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩變大，堵轉(zhuǎn)電流減小，機(jī)械特性軟。這些特點(diǎn)使超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)沖擊負(fù)載的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低幅度大，使被拖動(dòng)的飛輪將儲(chǔ)存的能量釋放。

應(yīng)用超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)后啟動(dòng)電流減小，可以保護(hù)設(shè)備電路減少更換維修費(fèi)用。也可有效減少對(duì)供電容量的需求[2-3]，如某站變壓器原來(lái)可供6口抽油機(jī)井正常作業(yè)，當(dāng)更換超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)后，可供7、8口抽油機(jī)正常運(yùn)行。在新區(qū)塊應(yīng)用超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)時(shí)，可以減少供電設(shè)施容量，在老區(qū)應(yīng)用時(shí)，供電設(shè)施容量不變的情況下，可以供電給更多數(shù)量的抽油機(jī)。抽油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)發(fā)電現(xiàn)象，超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)可以降低或消除發(fā)電狀態(tài)。

圖1為超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線[4-6]。負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之變化，且十分敏感，由圖1可以看出，隨著負(fù)載扭矩提高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)減小，轉(zhuǎn)差率提高，具有較軟的機(jī)械特性。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為了分析超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用效果，選取了5口抽油機(jī)井進(jìn)行前后對(duì)比試驗(yàn)，從節(jié)能、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行分析。為了讓試驗(yàn)有可比性，選取的抽油機(jī)井更換了與原來(lái)電動(dòng)機(jī)額定功率相同的超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)，設(shè)備安裝前后，井下參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件均滿足測(cè)試要求，且測(cè)試儀器儀表均在檢定合格期內(nèi)，符合測(cè)試要求。操作規(guī)程按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，普通電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流、高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流分別見(jiàn)圖2、圖3。

表1 抽油機(jī)用超高轉(zhuǎn)差變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)

圖1 機(jī)械特性曲線

對(duì)5口安裝超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的抽油機(jī)井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)節(jié)能效果測(cè)試，通過(guò)對(duì)其改造前后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)測(cè)試，5口抽油機(jī)井安裝高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)后平均有功節(jié)電率7.15%、平均無(wú)功節(jié)電率34.71%、平均綜合節(jié)電率9.14%、系統(tǒng)效率平均提高了3.05%，取得了較好的節(jié)能效果。通過(guò)分析電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流可以得出普通電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流較高，高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流較低。較低的啟動(dòng)電流對(duì)設(shè)備具有保護(hù)作用，防止電流過(guò)高損壞用電設(shè)備，減少設(shè)備使用壽命。超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)適用于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩低的舉升方式的驅(qū)動(dòng)。

圖2 普通電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流

3 結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，可以得出超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）啟動(dòng)力矩大，啟動(dòng)電流相對(duì)普通電動(dòng)機(jī)小。對(duì)設(shè)備起到了保護(hù)作用，增加設(shè)備使用壽命，減少了設(shè)備維修、更換費(fèi)用，也減少了停井時(shí)間。

2）節(jié)能效果明顯，安裝超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)后有功節(jié)電率、無(wú)功節(jié)電率、綜合節(jié)電率取得較好效果，提高了系統(tǒng)效率。

3）有良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益，是抽油機(jī)較理想的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

[1]孔世命，蔡利，張志超.高轉(zhuǎn)差率電機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)系統(tǒng)的耗能分析[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1989，13（3）：30-40.

[2]劉宏，王素玲，張紅瑛，等.電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與抽油機(jī)載荷特性的合理匹配[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（2）：87-89.

[3]李志鋒，白文雄.無(wú)功就地補(bǔ)償技術(shù)在電動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用[J].石油機(jī)械，1998，26（8）：38-40.

[4]張汝霖，盧宇光.石油系統(tǒng)機(jī)械采油供電網(wǎng)的優(yōu)化改造[J].電力需求側(cè)管理，2004（2）：43-45.

[5]姚春冬，董世民，孫亞莉.超高轉(zhuǎn)差電機(jī)驅(qū)動(dòng)游梁式抽油機(jī)的節(jié)能效果分析[J].油田地面工程，1993，12（4）：58-61.

[6]項(xiàng)復(fù)興.大轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)在抽油機(jī)上的應(yīng)用[J].石油機(jī)械，1986（4）：29-37.

2017-02-10

（編輯 賈洪來(lái)）

陳磊，2011年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院（機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)），從事節(jié)能測(cè)試工作，E-mail：chendl@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓區(qū)西賓路552號(hào)技術(shù)監(jiān)督中心，163453。