大慶油田游梁式抽油機電動機的節能分析

田春雨（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

大慶油田游梁式抽油機電動機的節能分析

田春雨（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

在大慶油田游梁式抽油機應用的節能電動機大致分為永磁電動機、高轉差電動機、變級多速電動機和伺服電動機。在游梁式抽油機標準井上，在不同負荷情況下，對比測試了這四種電動機的綜合節電率，分析了 其不同的優缺點，為油田合理選配抽油機電動機提供了參考。

游梁式抽油機 電動機 節能分析

1 節能電動機評價及分析

目前大慶油田抽油機節能電動機主要有永磁電動機、高轉差電動機、變極多速電動機和伺服電動機。下面對它們的現場應用和優缺點進行分析，數據全部出自標井評價裝置，在 10型普通游梁式抽油 機 標準井上 ， 在 輕 負荷 （300m）、 中負荷 （600 m）和 重 負 荷 （800m）工況下，以Y系 列 電 動 機 對比測試綜合節能率。

1.1永磁電動機

永磁電動機，特別是稀土永磁電動機具有結構簡單，運行可靠；體積小，質量輕；損耗少，散率高；電動機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優點[1]。永磁電動機內部使用了永磁材料，來維持原來依靠消耗無功電量來維持的磁場。

永磁電動機在標準井上的節能評價結果見圖1。

圖1 永磁電動機綜合節電率

由圖1可以看出，永磁電動機在重負荷的情況下節電率更好，所以它適用于動液面深或者產業量大的區塊。標準井測試此類電動機13臺，70%的電動機 節 電 率 達 到 16.02%， 同 時 參 照 大 慶油田節 能 技改測試的節電率，此類電動機綜合節電率確定為大于等于 18%。

永磁電動機的應用優勢是：

1）電動機運行效率較高，而且高效區域較寬。

2）因其一 部 分磁場 由永磁 材 料提供 ， 所以 電動機無功節電效果較好。

3）因為電 動 機的同 步性好 ， 所以啟 動 轉矩 很大，如果能匹配好，節電效果顯著。

永磁電動機的不足是：

1）因為永 磁 電動機 的機械 特 性，不 容 易與 抽油機運行負載進行合理匹配。

2）因其電 動 機的機 械結構 ， 電動機 的 啟動 特性較硬。

3）成 本 比 普 通 Y 系 列 異 步 電 動 機 高 出 30%～40%。

4）電動機 啟 動電流 高、過 載 性能比 較 差， 這就要求為其供電的變壓器有足夠的容量,導致抽油機在正常運行時變壓器的效率降低,影響節能效果。

1.2高轉差電動機

高轉差電動機通過降低電動機轉子的轉速來增加電動機的轉矩，因為在抽油機的啟動階段需要很大的轉矩，而在抽油機平穩運行中需要的轉矩很小，所以高轉差電動機減小了電動機的功率。

高轉差電動機在標準井上的節能評價結果見圖2。

由圖2可以看出，高轉差電動機在輕負載的情況下節電率更好，所以它適用于動液面淺或者產業量小的區塊。標準井測試此類電動機16臺，70%電動機 的 節 電 率 達 到 12.91%， 同 時 參 照 大慶油田 節 能技改測試的節電率，此類電動機綜合節電率確定為大于等于12%。

圖2 高轉差電動機綜合節電率

高轉差電動機的應用優勢是：

1）高 轉 差電動 機 通過降 低 轉速 來 增加電 動 機的扭矩從而能用容量較小的高轉差電動機取代容量較大的電動機，避免了能量浪費，從而實現節能。

2）高 轉 差電動 機 的鐵耗 和 銅耗 及 機械損 耗 均大大降低。

3）機 械 特 性 軟 ， 改 善 了 機 、 桿 、 泵 的 配 合 ，提高了抽油桿的使用壽命。

高轉差電動機的不足是：

1）滑 差 高、損 耗 較大、 效 率低 ， 遇沖擊 載 荷時速度下降，效率更低。

2）電 動 機發熱 較 嚴重， 有 的電 動 機用鋁 做 外殼，還有的需加溫控開關。

1.3變極多速電動機

變極多速電動機采用改變繞組的接法來改變電動機的極數和輸出功率，以便與機械負載的負載特性相匹配，這不僅改變了抽油機沖速，提高了泵效，也降低了抽油機的運行功率，達到了節能的目的。

變極多速電動機在標準井上的節能評價結果見圖3。

圖3 變極多速電動機綜合節電率

由圖3可以看出，變極多速電動機在輕負載的情況下節電率更好，所以它適用于動液面淺或者產業量小的區塊。標準井測試此類電動機20臺，70%電動 機 的 節 電 率 達到 13.15%， 同 時 參 照大慶油 田 節能技改測試的節電率，此類電動機綜合節電率確定為大于等于13%。

變極多速電動機的應用優勢是：

1）傳承了高轉差電動機所有的長處。

2）因為與 負 載特性 相匹配 ， 所以節 電 效果 較好。

3）因為它 的 速度可 以改變 ， 所以為 抽 油機 的參數調整提供了很大便利。

變極多速電動機的不足是：

1）因其在某一個功率下可以看作為一個高轉差電動機，所以不能對負載進行實時匹配，從而影響其節能效果。

2）在電動機的工作狀態下非常容易發生丟轉。

1.4伺服電動機

交流伺服控制對象是永磁電動機，其控制方式保證了電動機幾乎沒有無功損耗，不需從電網吸收無功電流；轉子既無鐵損又無銅損，功率因素為1；其效率和高效區間都是所有驅動方式中最理想的[2]。 伺 服 拖 動 系 統 主 要 由 帶 編 碼 器 的 稀 土 永 磁 同步伺服電動機和交流伺服控制器兩大部分組成。

伺服電動機在標準井上的節能評價結果見圖4。

圖4 伺服電動機綜合節電率

由圖4可以看出，伺服電動機在輕負載的情況下節電率更好，但在其他負載情況下節電率也非常高。標準井測試此類電動機3臺，平均節電率22.97%。

伺服電動機的應用優勢是：

1）適應負 載 變化的 能力優 于 任何類 型 拖動 系統，高效節能。

2）具有多 重 自保護 和報警 信 息顯示 ， 不易 損壞，易找出故障點。

3）精確的速度控制，調速方便。

伺服電動機的不足是：

1）通常 適 應 環 境溫度在 0 ～ 40 ℃， 不 適 合 在粉塵、振動和結露環境下運行。

2）電流高次諧波分量較大。

3）成本高。

2 結論

1）游 梁 式抽油 機 電動機 的 選擇 應 從分析 抽 油機負載特性入手，選擇與負載特性匹配的電動機，比如永磁電動機在高負載的情況下節電效果更好。

2）電 動 機的選 擇 需要全 面 考量 。 不單要 考 慮它的節能效果還需考慮功率因數、使用壽命、維修保養、投資回收期等因素，例如伺服電動機雖然節能效果突出，但是其高成本和對環境的高要求成為推廣的主要制約因素。

大慶油田在“十一五”期間改造抽油機節能電動機 5217 臺 ， 平 均節電率 14.68%。

[1]唐任遠.現代永磁電動機理論與設計[M].北京:機械工業出版社,2005:4.

[2]郭慶鼎,王成元.交流伺服系統[M].北京:機械工業出版社,1994.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.006.015

2013-03-20）

田春雨，2008年畢業于東北石油大學，主要從事油田節能 監 測 評 價 工 作 ， E-mail： tianchunyu@139.com， 地 址 ： 黑 龍 江 省大慶市讓胡路區西賓路552號，163453。