抽油机用永磁同步电动机节能技术改造*

刘向阳 于延 贾向征（长庆油田第一采油厂）

TNYC 系列节能型抽油机用三相永磁同步电动机是根据油田抽油机的特殊运行工况开发研制的。这种新型节能三相永磁同步电动机具有比普通同步电动机更优良的性能，与一般异步电动机相比，具有高效节能、体积小、重量轻等一系列优点，非常适合于抽油机的运行工况，是目前抽油机用异步电动机更加节能的换代产品。

1 永磁电动机技术改造

1）为了解决转子轴部分的漏磁，设计了永磁同步电动机，以提高电动机的效率和功率因数，在转子冲片上的两个永磁体槽呈V 字形排列，且V 字形底部铁芯被冲去形成漏磁槽，这样通过转子轴的磁通量减少，免去了转子轴外的隔磁套，降低了生产成本，并能保证电动机的高效率和高功率因数。

2）设计了永磁同步电动机的转子切向机构，在转子冲片上设有永磁体槽与轴之间形成隔磁槽，在永磁体靠近绕组的一端铁芯被冲去形成齿状的漏磁槽，解决了转子径向漏磁问题，提高了电动机的效率和功率因数。

3）设计了永磁同步电动机转子，在转子冲片上设有一加强槽，加强槽内设有一加强铁，这一结构解决了转子径向漏磁问题，同时提高转子在高速旋转时有足够的机械强度。

4）设计了定子自动叠片设备，该机由定子涨脂模、涨胎油缸、扣片液压油缸、压紧油缸、立柱、滚盘、活动压板上板及液压站等组成。该机利用涨胎模对定子芯片进行涨胎，解决了芯片间同轴度问题；采用液压活动压板对定子芯片加压，解决了人工压紧达不到紧密度且劳动强度大的问题。该设备是一种工作可靠、叠片整齐紧密、操作方便的定子自动叠片设备。

5）设计了12 极（500 r/min）抽油机专用高效低速永磁同步电动机，设计上采用永磁体将异步机迁入同步运行并获得较高的功率因数和效率；同时研制出的电动机具有较宽的功率因数特性，满足了在负载变化范围内的平均功率因数维持在较高水平。随着油田开发进入后期，原油产量不断下降，单井产液量随之下降，抽油机的运行冲速也要降低，有的油井已经降到2～3 次，目前转速最低的8极电动机将无法驱动。因此，开发12 极高效低速永磁同步电动机来降低抽油机冲速，并具有较高的运行效率和功率因数，实现节能降耗，提高油田经济效益和社会效益。

2 永磁电动机节能应用

长庆油田环境与节能监测评价中心于2013年12月3日至2014年8月4日，对长庆一厂杏河作业区14 口抽油机油井实施了节能项目，安装了永磁电动机，并对其节能效果进行了测试评价。按照原中国石油天然气总公司发布的行业标准SY/T5264—2012《油田生产系统能耗测试和计算方法》来进行测试，主要测试设备有电能质量分析仪、组合式系统效率测试仪、数字钳形电流表等采油测试仪表。

通过对目前在用节能电动机的跟踪测试，对比节能电动机安装前普通电动机所测数据，主要从无功功率节电率、有功功率节电率、综合节电率、抽油机平均系统效率和吨油单耗等5 个方面进行对比分析（表1）。

2.1 无功损耗对比分析

无功功率测试数据是在井口电动机电容补偿以后测得的。无功功率越大，说明负荷不足现象越严重。从表1 的对比数据来看，普通电动机平均无功功率为7.95 kvar，节能电动机平均无功功率为3.26 kvar，节能电动机无功损耗比原普通电动机下降了59%。

2.2 有功功率与吨油单耗对比分析

有功功率随负荷大小变化，因负载不同，有功功率不可比。但从表1 的测试数据可看出，节能电动机单耗与原普通电动机相比有了明显减少，吨油单耗由70.96 kWh/t 降到50.86 kWh/t，降低28.3%。

2.3 综合节电率对比分析

节能电动机与普通电动机综合节电率的对比情况见表2。

节电包括有功节电和无功节电，就是既要降低有功损耗，又要降低无功损耗。电动机节电率通常采用单井平均电流大小来比较分析，因为电流大小与视在功率成正比，它有有功分量，也有无功分量。如表2 所示，节能电动机与普通电动机平均运行电流相比，降低65%以上。减少电流不但说明电动机用电减少，而且使供电电网的损耗成平方关系减少，平均计算负载大致相等，所以用电流大小变化与普通电动机电流对比来计算节电率是比较合理的。

表1 长庆一厂杏河作业区14 口油井抽油机用永磁同步电动机与原普通电动机节能对比测试数据

表2 节能电动机与普通电动机节电率对比

2.4 抽油机平均系统效率

抽油机系统效率为抽油机的有效功率与输入功率的比值，而抽油机平均系统效率则是采用输入功率加权平均计算求得：

式中：Pλi为第i 口油井的输入功率，kW；ηi为第i 口油井的系统效率，%；η 为n 口油井的平均系统效率，%。

由表1 可知，节能电动机抽油机平均系统效率为11.76%，普通电动机抽油机平均系统效率为8.14%，提高了3.62%。

当然，抽油机井系统效率不仅仅受电动机工作效率因素影响，而且受抽油机其他诸多因素所影响，所以抽油机平均系统效率不能作为节能电动机应用效果的对比分析依据，但可作为节能电动机应用效果评价的参考依据。

3 综合评价

从上述4 项对比分析结果中可看出，TNYC 系列永磁节能电动机较原普通电动机节能效果明显，节能电动机比普通电动机抽油机平均系统效率提高3.62%。抽油机在应用永磁同步电动机后，平均运行电流降低65%以上，可使6（10）kV 线路上的线损降低88%以上，极大地降低了电网和配电变压器上的运行损耗，解决了机采系统配电网优化运行的关键问题。不仅从根本上降低抽油机驱动电动机自身的运行损耗，而且大幅度地降低配电线路上的网损。应用永磁电动机使电动机的视在功率降低了65%以上，有一半左右的电网容量被重新开发出来，相当于电网的供电能力提高了1 倍，相当于新建了1 个变电所。这部分容量可以用来为加密井等新的产能建设项目供电，减少变电所的建设费用，极大提高电网的利用率，充分挖掘出电网的潜在容量。