節能變壓器在抽油機井上的應用

王慶偉（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

近幾年安排在采油二礦、六礦地區更換275臺型號為SZT系列的有載調壓調容變壓器。為驗證該種變壓器的節能效果，根據廠領導要求選擇變壓器數量較多的線路進行集中安裝。對其中3條線路的日報表進行了跟蹤統計。這3條線路為中十二變編號12018的丁四排西干線、中十二變編號12015的202站甲線、中九變編號1419的中九油甲線。并通過對更換變壓器前、后的報表分析，從變電所線路的出線電流、日有功電量、日無功電量變化情況看，有一定的節電效果，經過測算275臺型號為SZT系列的有載調壓調容變壓器，日均節約有功電量4×104kWh；年均節約有功電量0.147×108kWh。一定程度上改變了抽油機動力系統載荷過低的工況，具有較好的經濟意義。

1 有載調壓調容變壓器的節能工作原理

1.1 工作原理

有載調壓調容變壓器具有隨抽油機電動機負荷電流的大小，自動調整輸出電壓和輸出容量的功能。其具體的工作原理如下：在抽油機啟動前，為保證電動機具有足夠的啟動轉矩，變壓器的輸出電壓為電動機的額定電壓（380 V），此時變壓器的空載損耗值將是最大容量時的數值。當啟動完畢后，電動機的負荷電流逐漸減小，自動控制部分根據接收到的小負荷電流信息發出小容量控制信號，在不間斷負荷的情況下，調節輸出電壓，輸出適宜的容量，以滿足負荷減小后對變壓器的要求使有載調容變壓器小容量輸出，在負荷大時，變壓器處在大容量工作狀態，在負荷小時，變壓器處在小容量工作狀態，這樣就避免了載荷過低的狀態，降低了能源消耗。在保證滿足拖動負荷的情況下輸入電動機的電壓越低，電動機從電網吸收的有功功率、無功功率和視在功率均下降，使電動機始終運行在較高的功率因數和較高的效率下，降低了電動機的有功損耗和無功損耗。變壓器在改變輸出電壓和容量的同時，還將自身的鐵損降到小容量下的數值，同時隨著輸出給電動機視在功率的降低，變壓器的銅損也比電動機運行在其額定電壓狀態有較大下降。實現了電動機、變壓器雙向節能的目的，降低了抽油機動力系統的電力能耗[1-2]。

有載調壓調容變壓器的輸出電壓、容量有4～5檔。對于同一臺電動機，為其供電的變壓器的每一檔輸出電壓就對應有一個相應的電動機輸出功率。抽油機上的電動機有4～5個輸出功率，因此電動機可以非常好的適應抽油機從啟動到正常工作及工作狀況發生波動等各種工作狀況對輸入轉矩的要求。

1.2 性能分析

有載調容變壓器是通過改變變壓器的輸出容量，達到節能的目的。若變壓器容量大，則變壓器的空載損耗和負載損耗相對較大；而變壓器的容量小，則變壓器的空載損耗和負載損耗相對較小。抽油機正常工作時，屬于輕載狀態，有載調容變壓器在小容量狀態下運行，從而可達到節電的效果。

對變壓器的鐵損，當電網電壓改變或采用其他方法使鐵芯中磁通密度下降時，其數值將以2～2.5為指數下降。在哈爾濱電業局變壓器廠試驗室曾對1臺S9—100/10變壓器進行了改變輸入電壓測量其空載電流和鐵損的試驗，試驗數據見表1。

改變變壓器的輸入電壓實際上就是改變變壓器鐵芯中的磁通密度，同時也就改變了變壓器的鐵損。如果在輸入電壓不變的情況下，利用有載開關，隨變壓器（或抽油機上的電動機）的負荷而改變變壓器鐵芯中的磁通密度，則同樣可以達到表1所示的降低變壓器鐵損的目的。由表1可知，當變壓器的輸出電壓由400 V降為240 V時，變壓器鐵損下降了196 W，下降達68.1%。有載調壓調容變壓器就是在輸入電壓不變的情況下，采用改變鐵芯中磁通密度來達到減小變壓器鐵損的目的。與此同時由于電動機輸入電壓降低總的電流將下降，電動機所消耗的無功功率和視在功率也將有較大的下降，電動機和變壓器的銅損也將同步下降，整個供電系統的綜合節電較為明顯[3-5]。

2 有載調壓容變壓器的現場應用

2.1 應用情況

275臺SZT系列有載調壓調容節能變壓器于2017年9月在第二油礦和采油六礦進行了更換（50 kVA70臺、63kVA110臺、80kVA65臺、100kVA 30臺），采油二礦更換了207臺。為了驗證節電效果，避免民用負荷、油水、站、庫泵房起泵等因素對6 kV線路電流的影響，選了線路所帶負荷盡量為純油井的3條線路進行集中更換，所換下的變壓器為S7型電壓等級為6.3 kV/0.4 kV容量為50、63、80、100 kVA四種普通變壓器。對S7型其他容量 （50、63、80、100 kVA以外）的變壓器、S9變壓器、6.3 kV/1.14 kV、6.3 kV/0.66 kV防盜電變壓器、電泵變壓器沒做更換。考慮到抽油機工礦（溫度、調參、地面管線壓力等）因素對工作狀態的影響，分析計算用的電流、電量的對比測試數據，取自更換變壓器前后4天的數據及平均值，更換當天的數據未作分析。具體安裝情況見表2。

表2 有載調容調壓變壓器安裝跟蹤統計

十二變編號為12018的丁四排西干線，全線路共有變壓器46臺，總容量為3 043 kVA，于2017年9月5日更換有載調壓變壓器16臺（100 kVA 4臺；80 kVA1臺；63 kVA 7臺；50 kVA 4臺）更換容量為1 095 kVA，占線路總容量的36%，更換前4天平均電流為71 A，更換后5天平均電流為60 A，更換前后變電所6 kV電流平均值對比下降11 A，降幅15.5%；日均有功電量減少2 376 kWh，降幅14.7%；見圖1、圖2。

圖1 十二變12018的廠四排西干線有功電量變化曲線

圖2 十二變12018的廠四排西干線電流變化曲線

十二變編號12015的202站甲線全線路共有變壓器38臺，總容量為4 018 kVA，于2017年9月6日更換有載調壓變壓器15臺（63 kVA 8臺；50 kVA 7臺）更換容量為854 kVA，占線路總容量的21.25%，更換前5天平均電流為79.75 A，更換后4天平均電流為64.6 A，更換前后變電所六千出線電流平均值對比下降15.08 A，降幅18.9%；日均有功電量減少5 751 kWh，降幅33.67%；日均無功電量減少3 600 kWh，降幅32.5%，見圖3、圖4。

圖3 十二變12015的202站甲線有功電量變化曲線

圖4 十二變12015的202站甲線電流變化曲線

中九變編號為1419的中九油甲線，全線路共有變壓器41臺，總容量為3 747 kVA，于2017年9月5日更換有載調壓變壓器22臺（100 kVA 5臺；80 kVA 1臺；63 kVA 7臺；50 kVA 9臺）更換容量為1 521 kVA，占線路總容量的40.6%，更換前5天平均電流為91.5 A，更換后4天平均電流為75.5 A，更換前后變電所6 kV電流平均值對比下降15.9 A。降幅17.3%；日均有功電量減少1 296 kWh，降幅9.5%；見圖5、圖6。

圖5 中九變1419的中九油甲線有功電量變化曲線

圖6 中九變1419的中九油甲線電流變化曲線

2.2 節約電量計算

按計算公式計算3條線路的節電情況：

通過對3條線路的變電所報表分析，線路出線電流有一定程度的下降；有功功率、無功功率、視在功率有一定程度的下降。十二變編號為12018的丁四排西干線線路日均有功節電量2 376 kWh，年有功節電量86.74×104kWh；十二變編號為12015的202站甲線線日均有功節電量為5 751 kWh；年有功節電量210×104kWh；中九變編號為1419的中九油甲線線路日均有功節電量1 296 kWh；年有功節電量47.3×104kWh。

3條線路共換變壓器53臺總容量為3 470 kVA，通過對所換的變壓器總容量與有功節電量對比看，十二變編號為12018的丁四排西干線線路，沒有油水、站、庫泵房起泵等因素的影響，民用變壓器僅1臺63 kVA，對6 kV線路電流和電量的影響較小。因此十二變編號為12018的廠四排西干線線路節電情況較為準確，現以此為基數測算275臺變壓器年節電量。

十二變電所編號12018的丁四排西干線線路更換變壓器16臺，更換容量為1 095 kVA，線路總容量為3 043 kVA。更換容量占線路總容量的35.98%，因此按理論計算全線路完全換為該型節能變壓器后，有功電量平均值降幅40.85%；無功電量平均值降幅63.7%；視在電量平均值降幅45%。275臺變壓器總容量1.86×104kVA；日均節約有功電量4×104kWh；年均節約有功電量1.48×107kWh。

3 結論

1）運行結果表明，抽油機有載調壓調容變壓器節能效果明顯，經過測算275臺型號為SZT系列的有載調壓調容變壓器，日均節約有功電量為4×104kWh；年均節約有功電量為1.47×107kWh。一定程度上改變了抽油機動力系統低負荷的工況，具有較好的經濟意義。

2）當有載調壓調容變壓器進入到節能運行狀態后，變壓器的輸出線電壓為280～300 V，此時其輸出的相電壓僅為160 V左右，普通家用電器因電壓過低而無法正常工作。因此應用有該種變壓器具有一定程度防止竊電意義。

3）節電效果因井況差異而有所不同，負載越輕節電率越好，在更換全線路變壓器總容量35.98%的情況下，整條線路的有功電量平均值降幅14.70%；無功電量平均值降幅22.92%；視在電量平均值降幅16.20%。

4）該種變壓器用于拖動Y系列三相鼠籠式異步電動機的綜合節能效果最佳。原供電回路不用做任何改動。