抽油機節(jié)能電機的應用分析

耿鵬

常規(guī)的游梁抽油機其設(shè)計使用的是傳統(tǒng)的異步電機驅(qū)動，電機平均負載率低，而且會浪費巨大的電能。目前，河南油田自行研究應用了超高轉(zhuǎn)差率電機、永磁同步電機、變頻調(diào)速電機、多級電機等節(jié)能型電機。對上述節(jié)能電機的應用情況及節(jié)能原理進行分析研究后認為，以上的節(jié)能電機都能通過不一樣的途徑達到節(jié)約抽油機電能消耗的相同目的。并且對于以上的節(jié)能電機市場應用前景和現(xiàn)場適應性進行了評價。

就目前而言，油田使用的抽油機一般為常規(guī)游梁抽油機，這是一種帶負荷的啟動裝備。在運轉(zhuǎn)的時候需要較小的轉(zhuǎn)矩，但是啟動的時候轉(zhuǎn)矩非常大，所以在實際的生產(chǎn)運用中，需要設(shè)計比游梁抽油機運轉(zhuǎn)功率大很多的變壓器以及電機。雖然這樣可以解決啟動的問題，可是在正常運行的情況下電機處于輕載狀態(tài)，電機的效率和電網(wǎng)的功率都被大大降低，使無功消耗被提升。由于大部分的游梁抽油機其功率使用率都不到百分之二十五，因此，油田的經(jīng)濟效益受到嚴重的影響。針對這個問題，經(jīng)過多年不斷摸索多種途徑以達到節(jié)能降耗的目的，有了一定的成果，本文對抽油機節(jié)能降耗的實際應用情況作出探討和分析。

永磁同步電機節(jié)能原理及特點

在結(jié)構(gòu)上，異步電機和永磁同步電機十分相似，不同之處在于永磁同步電機中插入稀土永磁鋼，使原本的異步電機轉(zhuǎn)化為同步電機。這樣一來，大量的定子邊勵磁被減少，同時，轉(zhuǎn)子邊的鐵和銅的損耗也可以大大降低。使功率效率和因數(shù)大幅提高，配電設(shè)備容量以及電機升溫都被降低。由于永磁同步機和y系列電機的安裝尺寸與外形結(jié)構(gòu)十分相似，這樣一來，在現(xiàn)場換用時也非常便利。

超高轉(zhuǎn)差率電機

節(jié)能原理簡介：由節(jié)能控制箱及超高轉(zhuǎn)差率電機組成的抽油機節(jié)能帶動設(shè)置，控制箱及電機可以按照要求做成連體式或者分體式，這種為游梁抽油機特別制造的電機和控制箱使用更加方便。超高轉(zhuǎn)差率的電機其特征為機械較軟，啟動時所需的電流較低，轉(zhuǎn)矩交高；在節(jié)能控制箱箱則有缺相、過載、過熱等功率因數(shù)和保護功能作為補償。

應用及分析：

在抽油機中的超高轉(zhuǎn)差率電機，其在一個沖次內(nèi)速度變化較大，利用系統(tǒng)中的動能均衡作用能夠?qū)p速箱的最大凈距減少百分之四十。這增加了最小扭矩，由于扭矩的變化范圍不大，扭矩曲線比較平坦。這樣一來齒輪由于疲勞而產(chǎn)生的破壞被減輕，加速器齒輪使用過程中產(chǎn)生的事故也有所減少。

光桿運行的速度規(guī)律被超高轉(zhuǎn)差率改變，由于超高轉(zhuǎn)差率機具有的軟特性，使光桿即便是在重載過程中也能呈現(xiàn)出勻速運行的狀態(tài)，這個時候其加速度幾乎為零。因此抽油桿不但最大應力被減小，其應力的變化范圍也被減小，降低了斷脫和疲勞的幾率。

超高轉(zhuǎn)差率電機具有啟動電流小和啟動扭矩大的特點，其裝機功率較低，因此使得電機固定損耗被降低。

由于抽油機的重載運行時間遠遠小于輕載運行的時間，因此在超高轉(zhuǎn)差率電機上設(shè)計高效區(qū)時，需要把高效區(qū)設(shè)計在輕載荷區(qū)之上。盡管超高轉(zhuǎn)差率電機其額定功率不高，可是普通電機的效率還是遠遠落后于超高轉(zhuǎn)差率機的。

由于普通的電機抽油機在使用時會接近上下死點，才能使拖動電機進入發(fā)電狀態(tài)，該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環(huán)球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第535期2014年第03期-----轉(zhuǎn)載須注名來源這時，拖動電機遠遠超過了同步轉(zhuǎn)速運行，將電能傳輸給電網(wǎng)，導致系統(tǒng)能耗大大增加。若想消除發(fā)電狀態(tài)，就可以使用超高轉(zhuǎn)差率電機。

超高轉(zhuǎn)差率電機具有合理的匹配方式，因此其功率因數(shù)能夠有百分之五十到百分之八十的提高。并且無功功率能達到百分之六十以上的降低率。使電網(wǎng)電路和電流的損耗率達到百分之五十。

變頻調(diào)速電機

原理及基本性能：使用電腦程序?qū)﹄姍C的變頻控制柜進行控制，能夠充分將電機與抽油機結(jié)合起來，兩者的工作特性可以得到融合。這種方法利用了自動識別上、下行程的功能，總動將上行程以及下行程的功率速度進行調(diào)整，具有靈活性和穩(wěn)定性，在這個基礎(chǔ)上，還可以依據(jù)電機的頻率轉(zhuǎn)速對抽油機沖次進行增加或減少，使抽油機增加泵效，平衡油汲，在工作時保持最好的狀態(tài)。

優(yōu)缺點：由于使用了變頻調(diào)速進行控制，使電機功率因數(shù)達到了0.9以上，因此，能夠使電網(wǎng)以及變壓器的負擔得到減輕，同時線損率也能夠被降低；根據(jù)油井在實際應用中的供液能力，可以運用變頻調(diào)速控制對抽汲數(shù)獨進行動態(tài)的調(diào)整，不但可以節(jié)約電能，同時還能使原油產(chǎn)量得到增加。比如對低產(chǎn)能的井田任意減少沖次，使泵的空行程被減少，能使泵效提高百分之二十左右。

低速電機

低能電機的原理及基本性能：保持頻率f不變，對異步電機其磁極對數(shù)p進行改變，能夠讓它的同步轉(zhuǎn)速n也隨之改變。這樣一來，當電機在一定的負荷之下產(chǎn)生穩(wěn)定變化時，能夠?qū)崿F(xiàn)減少泵的空行程以及使抽汲速度得到調(diào)整的目的。

低能點擊的應用分析：一般而言，配備低速電機有兩種方式：第一種是直接在新抽油機上裝備低轉(zhuǎn)速電機。但是這種方法并不適合老抽油機，因為其成本較高，所以往往是新抽油機上使用。第二種是改造抽油機上的電機。這種方式新老抽油機都適合，相對而言成本較低，而且改造以后抽油機最低沖次可以比原來減低一半。

就目前而言，永磁同步電機的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，在市場上投放的幾十個品種，其運行以后發(fā)現(xiàn)具有很高的穩(wěn)定性和可靠性，傳統(tǒng)的異步電機已經(jīng)被取代，永磁同步電機補償了電容器的不足，而且使電機本身實現(xiàn)了節(jié)能效果，從根本上使集采系統(tǒng)電網(wǎng)其運行和優(yōu)化的問題得到解決。由此可見，永磁同步電機具有很好的推廣應用前景。