CDY型調速電動機在抽油機井上的應用

程薈宇（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

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CDY型調速電動機在抽油機井上的應用

程薈宇（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

提高機械采油系統的運行效率，已成為各油田節能降耗、降低生產成本、提高經濟效益的一個重要的問題。電動機作為抽油機的拖動裝置，是耗能的主要設備。目前游梁式抽油機上較為常用的電動機主要是Y系列三相異步電動機，普遍存在起動轉矩較小的問題，且不具備轉速調節功能，能耗較高。CDY型智能高效開關磁阻電動機在抽油機井上應用取得了良好的效果，結構簡單，調速方便，節能效果好，運行安全可靠，具有良好的推廣應用價值。

智能高效開關磁阻電動機抽油機井應用節能

提高機械采油系統的運行效率，已成為各油田節能降耗、降低生產成本、提高經濟效益的一個重要的問題［1］。目前，游梁式抽油機上較為常用的電動機主要是Y系列三相異步電動機，普遍存在起動轉矩較小，運行功率因數低（0.3左右），電動機運行效率低（60%左右），能耗較高等問題，且不具備轉速調節功能，無法進行抽油機沖速的無級調整，不能協調油井供排關系［2］。根據抽油機的運行特點，抽油機拖動裝置應具有較高的可靠性，較長的使用壽命，較好的軟起動性能，負載率在25%～60%范圍內也能具有較高的運行效率和功率因數，容易實現沖速的改變從而合理的協調油井的供排關系，提高抽油泵的運行效率，可以提高電動機的效率和負載率，進而提高油井系統運行效率；可以根據生產需要，方便地調整沖速，提高泵的充滿系數，從而提高電動機功率因數減少無功損耗，提高油井系統運行效率；可以減少泵的干磨，降低維護費用，找出最佳沖速，提高油井產量。為此，在調查研究的基礎上，提出了采用CDY型智能高效開關磁阻調速電動機作為游梁式抽油機拖動裝置的應用研究課題，并取得了良好的試驗應用效果。

1　調速電動機簡介

1.1組成

CDY型智能高效開關磁阻調速電動機主要由磁阻電動機、調速控制器、控制柜三部分組成，三個部分互為整體，缺一不可。CDY型開關磁阻電動機的定子鐵芯有12個齒極，轉子鐵芯有8個齒極，均由導磁良好的硅鋼片沖制后疊成，與普通電動機一樣，轉子與定子之間有很小縫隙，轉子可在定子內自由轉動。由于定子與轉子都有凸起的齒極，這種形式也稱為雙凸極結構。在定子齒極上繞有線圈（定子繞組）是向電動機提供工作磁場的勵磁繞組。在轉子上沒有線圈，這是開關磁阻電動機的主要特點。

1.2工作原理

CDY型開關磁阻調速電動機是利用磁阻最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小路徑閉合，利用齒極間的吸引力拉動轉子旋轉，定子12個齒極上繞有線圈，徑向相對的4個線圈連接在一起組成一相，該電動機有3相，結合定子與轉子的極數就稱該電動機為三相12/8結構。A、B、C三相線圈由開關控制電流通斷，約定轉子啟動前的轉角為0°，A相線圈接通電源產生磁通，磁力線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，磁力線可看成極有彈力的線，在磁力的牽引下轉子開始逆時針轉動；磁力一直牽引轉子轉到30°為止，到了30°轉子不再轉動，此時磁路最短。為了使轉子繼續轉動，在轉子轉到30°前已切斷A相電源，在30°時接通B相電源，磁通從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，于是轉子繼續轉動，磁力一直牽引轉子轉到60°為止。在轉子轉到60°前已切斷B相電源，在60°時接通C相電源，磁通從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，于是轉子繼續轉動，磁力一直牽引轉子轉到90°為止。當轉子轉到90°前切斷C相電源，轉子在90°的狀態與前面0°開始時一樣，重復前面過程，接通A相電源，轉子繼續轉動，這樣不停地重復下去，轉子就會不停地旋轉，這就是開關磁阻電動機的工作原理。

2　調速電動機的主要特點

1）電動機效率高，損耗小。電動機轉子無永磁體，允許較高的溫升，且繞組均在定子上，電動機容易冷卻散熱，在轉速和負載轉矩變化范圍較大時均能保持效率在90%以上。

2）運行安全。電動機結構簡單，價格便宜，電動機的轉子沒有繞組和磁鐵，且控制系統工作可靠。轉矩方向與電流方向無關，只需單方向繞阻電流，每相一個功率開關，功率電路簡單可靠，具有較高的經濟性和可靠性。

3）調速范圍寬，可在120～1900r/min范圍內無級調速。轉子上沒有電刷結構堅固，適合于高速驅動。控制靈活，易于實現各種再生制動能力。可以實現抽油機上行程和下行程分別調速，甚至可以實現抽油機下行程電動機零速運行，不僅可以節約電能，而且可以提高抽油泵充滿系數，提升泵效。

4）能夠頻繁啟停（1000次/h）及正反向轉換運行，適用于正反向運轉的特殊場合。

5）具有軟啟動功能，保護功能齊全。電動機啟動電流小，啟動轉矩大，低速時更為突出。

6）轉子轉動慣量小，有較高轉矩慣量比。轉矩轉速穩定，系統噪聲低。

7）油井調參方便。可以跟蹤油井出液量的變化，調整抽油機的沖速，使抽油機工作在最佳的工作狀態。

8）能夠采用集中直流供電，減少線路損耗。

3　現場應用

2014年，某采油廠根據智能高效開關磁阻調速電動機轉速可調控的特點，對部分油井系統運行效率較低、耗電量大、需要經常調節沖速的低效井實施節能技術改造，以達到最大限度地節能降耗。先后選擇4口低效油井，實施開關磁阻節能電動機節能技術改造，并取得良好的技術改造效果。在確定油井井號、數量和配套智能高效開關磁阻調速電動機的規格、型號后，組織人員在更換電動機之前對原電動機進行測試，并做好記錄，然后拆除原電動機，安裝CDY型智能高效開關磁阻調速電動機。智能高效開關磁阻調速電動機在運轉一段時間后對其進行測試，測試完畢之后，匯總所有測試數據，與原來電動機測試數據進行對比分析，評價節能效果。表1為CDY型智能高效開關磁阻調速電動機在游梁式抽油機上應用前后運行參數測試對比數據統計表。

由表1得出，最低有功節電率為27.70%，最低無功節電率為77.51%，最低綜合節電率為33.22%。4口油井平均功率因數由原來的0.344提高到0.979，平均功率因數提高了0.635，有功百米噸液耗電和無功百米噸液耗電均有了不同程度的下降，4口油井平均系統效率由原來的20.56%提高到32.55%，平均系統效率提高了11.99%，平均有功節電率為32.98%，平均無功節電率為92.86%，平均綜合節電率為37.74%，取得了良好的節能技術改造效果。

4　結論

1）節能效益顯著。4口油井有功功率下降了8.38kW，油井日節電201.1kWh，則年節電7.34× 104kWh，電價按0.631元/kWh計算，一年產生的直接節電效益為4.63萬元。

2）減排效益顯著。按照節約1kWh減少0.272 kg碳排放計算，則該節能調速電動機應用后每年可減少碳排放19967.2kg。

3）提升了油井系統效率。油井實施節能技術改造后，油井系統效率得到普遍提升，4口油井平均系統效率由原來的20.56%提高到目前的32.55%，平均系統效率提高了11.99%。

4）減少了無功損耗，提高了油井功率因數。4口油井平均功率因數提高了0.635，減少線路損耗，減少線路及供電容量，節約投資成本、減少維護費用。

5）節約油井維護費用。智能高效開關磁阻調速電動機具有軟啟動及平滑無級調速功能，可以及時方便調節油井的工作參數，使抽油機工作在最佳工作狀態，降低泵的磨損，使油井的作業周期延長1倍以上，每口油井每年可減少油井維護費1.5萬元左右。

6）安全可靠性好。產品性能安全可靠，自投入現場應用以來，該系統運行正常，極少發生運行機制故障，現場維護簡單。

7）具有良好的性價比。它的結構簡單堅固、調速范圍寬、調速性能優異、且在整個調速范圍內都具有較高效率，系統可靠性高，與變頻調整調速系統和無刷直流電動機調速系統兩者相比，產品價格便宜，具有優越的性價比。

表1　CDY型智能高效開關磁阻調速電動機應用前后運行參數測試對比

［1］朱益飛，石曉明，馬冬梅.提高孤東油田機采系統效率的探討［J］.電力需求側管理，2009，11（4）：44-48.

［2］程明，劉佳暢.淺談變頻技術在油田抽機上的應用［J］.變頻技術應用2011，6（1）：94-114.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.09.018

2015-04-20）

程薈宇，2012年畢業于哈爾濱商業大學（財務管理專業），從事油田儀表維修工作，E-mail：chenghuiyu1990@sina.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區第一采油廠儀表安裝維修大隊，163453。