集多種節能技術的油田油井電動機節能裝置的研究

陳霞 王炳剛 姜志宏

【摘要】本文針對油田油井電動機負載特性，提出了集調壓節能技術、無功就地補償節能技術和間歇式抽取節能技術一體的油田油井電動機節能的方法，在此基礎上研制出獨具特色的油田油井電動機節能裝置。試驗測試結果表明，該節能裝置節能效果顯著。

【關鍵詞】單片機；可控硅；調壓節能；間歇式抽取

1引言

油田抽油機是石油生產的主要設備，也是主要的耗能設備，據統計在油田生產成本中約有三分之一為電能消耗，目前在油田油井電動機的供配電系統中，存在三方面的問題。即：“大馬拉小車”的問題、半抽甚至空抽的問題、功率因數低的問題。這三個問題的存在，使拖動系統存在著嚴重的電能損耗，末端供電質量降低，電動機不能處于經濟運行狀態，造成嚴重的能源浪費。

針對這三個問題，我們分別采用了調壓節能技術、無功就地補償節能技術、間歇式抽取節能技術，并利用電力電子技術和微電腦技術，實現對油田油井電動機瞬態跟蹤，動態調壓，時時保持電動機在安全、經濟狀態下運行，有效地減少電動機供電系統的電能浪費。

2節能裝置的工作原理

2.1調壓節能技術

2.1.1最小電流理論

對任意一臺電動機工作于不同負載時都存在其節能點，該節能點具有最小電流的特點。即：當某一電動機負載一定時，在一定范圍內電壓降低電流呈現先降低后升高的現象，電流出現最小值的點為節能點。

2.1.2電動機節能點處功率損耗分析

電動機的主要損耗為銅損耗、鐵損耗、機械損耗和雜散損耗。機械損耗和雜散損耗與電動機的結構有關，約占電動機總損耗的20％；定子銅損耗和轉子銅損耗分別與定子電流和轉子電流的平方成正比；鐵損與定子電壓的平方成正比。顯然，在節能點處，銅損耗和鐵損耗之和具有最小值。

2.2間歇式抽取節能技術

根據油田油井實際原油產出量的多少，通過微電腦智能控制調整電動機運行時間和停止時間，實現電動機的間歇式抽取，保證油田油井電動機的每一次抽取都是滿載，減少低效或無效抽取，達到節能的目的。

2.3無功就地補償節能技術

針對功率因數低的情況，就地并聯適當的電容，為油田油井電動機直接進行無功功率補償，實現無功就地補償節能技術。

3節能裝置的實現

3.1 節能裝置的硬件設計

根據電動機在節能點處有最小電流的理論，單片機通過采樣電路對電動機的工作電流實時檢測，跟蹤負載的變化，計算電壓調整率，再通過觸發電路觸發調整串接在三相電源與電動機定子電路上的三對反并聯大功率晶閘管的導通角，動態調整電動機的輸入電壓，確保電動機時時經濟工作狀態下運行，降低電動機自身的功率損耗。

3.2節電器主要功能電路

本節能器的主要功能模塊電路有復位電路、供電電源電路、電路運行前參數檢測電路、過零檢測電路、電流采樣檢測電路、晶閘管觸發電路。

4試驗結果與分析

選取了額定功率為4KW的電動機做測試，將節能裝置接入電動機進行調壓節能，測得在不同負載率下的試驗數據，如下表l所示：

表1調壓節電試驗數據

控制器參數 綜合檢測控制器

電動機狀態 電壓

(V) 電流

(A) 功率因數

cosФ 有功功率

（KW） 轉速

n 負載率

β 節電率

(%)

額定狀態1 380 3.50 0.12 0.26 1460 空載 54.55%

節能狀態1 168 1.60 0.26 0.12 1460 空載

額定狀態2 380 3.52 0.19 0.43 1460 5% 44.44%

節能狀態2 184 1.90 0.4 0.24 1459 5%

額定狀態4 380 3.70 0.39 0.96 1458 15% 18.75%

節能狀態4 200 3.20 0.70 0.78 1440 15%

額定狀態6 380 4.04 0.54 1.44 1450 25% 8.33%

節能狀態6 240 3.80 0.85 1.32 1436 25%

由試驗數據可以看出，隨著負載率的減小，節能效果越來越顯著，電動機空載時節能效果最明顯，因此，利用降低電動機端電壓的方法進行節能技術適用于電動機在空載或輕載狀態。

表2并聯電容前后試驗數據

負載率 10% 15% 20% 25%

調壓節電后

的功率因數 0.65 0.7 0.83 0.85

調壓基礎上再并聯

電容后的功率因數 0.89 0.9 0.84 0.86

由表2中數據可知，在調壓基礎上再并聯電容，能使油田抽油機供電系統的功率因數得到提高。

抽油機工作于液體量較少的枯井時，在使用前兩種節電技術的基礎上再添加間歇式抽油技術，還能節省一部分電能，而且還可以減少機器的磨損，延長其使用壽命，提高其工作的效率。

綜合以上三種節能技術于一體的節電器，最大限度的達到節能的目的。

5總結

該節能裝置可自動跟蹤、檢測電動機負載的變化，動態調整電機的供電電壓，使電動機在經濟狀態下運行，特別是在輕載和變負載情況下節能效果顯著。該節能裝置還具有軟起動、軟停車、缺相保護、過載保護等多種功能。實驗證明該電動機節能裝置節能效果顯著、運行可靠，有較廣闊的發展潛力和應用前景。

參考文獻：

[1]徐潤啟.電動機節能控制技術的設計與實現.電子科技大學，2009.11

[2]張震.異步電動機節能控制器研究.西北工業大學，2007.3