集多种节能技术的油田油井电动机节能装置的研究

陈霞 王炳刚 姜志宏

【摘要】本文针对油田油井电动机负载特性，提出了集调压节能技术、无功就地补偿节能技术和间歇式抽取节能技术一体的油田油井电动机节能的方法，在此基础上研制出独具特色的油田油井电动机节能装置。试验测试结果表明，该节能装置节能效果显著。

【关键词】单片机；可控硅；调压节能；间歇式抽取

1引言

油田抽油机是石油生产的主要设备，也是主要的耗能设备，据统计在油田生产成本中约有三分之一为电能消耗，目前在油田油井电动机的供配电系统中，存在三方面的问题。即：“大马拉小车”的问题、半抽甚至空抽的问题、功率因数低的问题。这三个问题的存在，使拖动系统存在着严重的电能损耗，末端供电质量降低，电动机不能处于经济运行状态，造成严重的能源浪费。

针对这三个问题，我们分别采用了调压节能技术、无功就地补偿节能技术、间歇式抽取节能技术，并利用电力电子技术和微电脑技术，实现对油田油井电动机瞬态跟踪，动态调压，时时保持电动机在安全、经济状态下运行，有效地减少电动机供电系统的电能浪费。

2节能装置的工作原理

2.1调压节能技术

2.1.1最小电流理论

对任意一台电动机工作于不同负载时都存在其节能点，该节能点具有最小电流的特点。即：当某一电动机负载一定时，在一定范围内电压降低电流呈现先降低后升高的现象，电流出现最小值的点为节能点。

2.1.2电动机节能点处功率损耗分析

电动机的主要损耗为铜损耗、铁损耗、机械损耗和杂散损耗。机械损耗和杂散损耗与电动机的结构有关，约占电动机总损耗的20％；定子铜损耗和转子铜损耗分别与定子电流和转子电流的平方成正比；铁损与定子电压的平方成正比。显然，在节能点处，铜损耗和铁损耗之和具有最小值。

2.2间歇式抽取节能技术

根据油田油井实际原油产出量的多少，通过微电脑智能控制调整电动机运行时间和停止时间，实现电动机的间歇式抽取，保证油田油井电动机的每一次抽取都是满载，减少低效或无效抽取，达到节能的目的。

2.3无功就地补偿节能技术

针对功率因数低的情况，就地并联适当的电容，为油田油井电动机直接进行无功功率补偿，实现无功就地补偿节能技术。

3节能装置的实现

3.1 节能装置的硬件设计

根据电动机在节能点处有最小电流的理论，单片机通过采样电路对电动机的工作电流实时检测，跟踪负载的变化，计算电压调整率，再通过触发电路触发调整串接在三相电源与电动机定子电路上的三对反并联大功率晶闸管的导通角，动态调整电动机的输入电压，确保电动机时时经济工作状态下运行，降低电动机自身的功率损耗。

3.2节电器主要功能电路

本节能器的主要功能模块电路有复位电路、供电电源电路、电路运行前参数检测电路、过零检测电路、电流采样检测电路、晶闸管触发电路。

4试验结果与分析

选取了额定功率为4KW的电动机做测试，将节能装置接入电动机进行调压节能，测得在不同负载率下的试验数据，如下表l所示：

表1调压节电试验数据

控制器参数 综合检测控制器

电动机状态 电压

(V) 电流

(A) 功率因数

cosФ 有功功率

（KW） 转速

n 负载率

β 节电率

(%)

额定状态1 380 3.50 0.12 0.26 1460 空载 54.55%

节能状态1 168 1.60 0.26 0.12 1460 空载

额定状态2 380 3.52 0.19 0.43 1460 5% 44.44%

节能状态2 184 1.90 0.4 0.24 1459 5%

额定状态4 380 3.70 0.39 0.96 1458 15% 18.75%

节能状态4 200 3.20 0.70 0.78 1440 15%

额定状态6 380 4.04 0.54 1.44 1450 25% 8.33%

节能状态6 240 3.80 0.85 1.32 1436 25%

由试验数据可以看出，随着负载率的减小，节能效果越来越显著，电动机空载时节能效果最明显，因此，利用降低电动机端电压的方法进行节能技术适用于电动机在空载或轻载状态。

表2并联电容前后试验数据

负载率 10% 15% 20% 25%

调压节电后

的功率因数 0.65 0.7 0.83 0.85

调压基础上再并联

电容后的功率因数 0.89 0.9 0.84 0.86

由表2中数据可知，在调压基础上再并联电容，能使油田抽油机供电系统的功率因数得到提高。

抽油机工作于液体量较少的枯井时，在使用前两种节电技术的基础上再添加间歇式抽油技术，还能节省一部分电能，而且还可以减少机器的磨损，延长其使用寿命，提高其工作的效率。

综合以上三种节能技术于一体的节电器，最大限度的达到节能的目的。

5总结

该节能装置可自动跟踪、检测电动机负载的变化，动态调整电机的供电电压，使电动机在经济状态下运行，特别是在轻载和变负载情况下节能效果显著。该节能装置还具有软起动、软停车、缺相保护、过载保护等多种功能。实验证明该电动机节能装置节能效果显著、运行可靠，有较广阔的发展潜力和应用前景。

参考文献：

[1]徐润启.电动机节能控制技术的设计与实现.电子科技大学，2009.11

[2]张震.异步电动机节能控制器研究.西北工业大学，2007.3