抽油机超高转差率电动机的应用效果研究

陈磊（中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心）

抽油机超高转差率电动机的应用效果研究

陈磊（中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心）

超高转差率电动机作为抽油机驱动电动机是提高抽油机系统效率的主要措施之一，具有转子电阻大、启动力矩大、启动电流小、机械特性软等特点，经过现场进行超高转差率电动机安装前后对比测试及分析，应用超高转差率电动机后有功节电率7.15%、无功节电率34.71%、综合节电率9.14%，提高了系统效率。对设备起到了保护作用，减少了设备维修、更换费用，也减少了停井时间，具有良好的综合经济效益，是抽油机较理想的驱动设备。

抽油机；超高转差率电动机；节能

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.001

油田生产成本中电能消耗比重大，以大庆油田为例，采油单位机采系统总耗电量约占总生产耗电量的37.5%，节能潜力巨大。针对抽油机驱动电动机有许多节能措施，超高转差率电动机是节能措施之一，具有启动转矩大、机械特性软等特点，在油田应用广泛[1]。通过现场安装超高转差率电动机，在工况满足测试要求的情况下，进行前后期对比测试、分析，得到其实际应用效果，作为油田进行节能设备选取的参考数据。

1 抽油机电动机运行概况

抽油机在运行时由于其运行特点，驱动电动机的负载情况比较复杂，是带有冲击的周期性交变载荷，即在抽油机运行的一个周期内，电动机重载荷—轻载荷—空载—发电—空载—轻载荷—重载荷的运行状态使其经常处于过渡过程。抽油机井在正常的运行状态下，在抽油杆上升时，电动机处于重负载运行状态；当抽油杆下降时，电动机处于轻载或者空载状态。抽油机正常工作时的运行特性要求驱动电动机具有较大的启动转矩和机械性较软的电动机来驱动。抽油机的负载特点使油田常采用大容量电动机，以满足启动要求，产生了载荷过低现象。

抽油机电动机高启动转矩，低运行转矩的现状导致电动机工作处于低效率、低功率因数状态，影响供电网的供电质量，使线路损耗增加，浪费能源，对抽油机系统效率影响大。而且电动机启动电流较大，容易造成设备损坏，导致抽油机停运，增加电动机维修、更换费用，造成经济损失，降低了工作效率。

2 超高转差率电动机应用

2.1 超高转差率电动机特性

超高转差率电动机与普通电动机相比，改变了转子槽形和导条材料，使电动机的转差率得到提高，转子电阻增加，因此转差率增大，启动转矩变大，堵转电流减小，机械特性软。这些特点使超高转差率电动机拖动冲击负载的时候，电动机转速降低幅度大，使被拖动的飞轮将储存的能量释放。

应用超高转差率电动机后启动电流减小，可以保护设备电路减少更换维修费用。也可有效减少对供电容量的需求[2-3]，如某站变压器原来可供6口抽油机井正常作业，当更换超高转差率电动机后，可供7、8口抽油机正常运行。在新区块应用超高转差率电动机时，可以减少供电设施容量，在老区应用时，供电设施容量不变的情况下，可以供电给更多数量的抽油机。抽油机正常运行时，会出现发电现象，超高转差率电动机可以降低或消除发电状态。

图1为超高转差率电动机的机械特性曲线[4-6]。负载发生变化时，电动机的转速随之变化，且十分敏感，由图1可以看出，随着负载扭矩提高，电动机转速相应减小，转差率提高，具有较软的机械特性。

2.2 现场应用

为了分析超高转差率电动机的实际应用效果，选取了5口抽油机井进行前后对比试验，从节能、现场运行特点进行分析。为了让试验有可比性，选取的抽油机井更换了与原来电动机额定功率相同的超高转差率电动机，设备安装前后，井下参数以及现场运行条件均满足测试要求，且测试仪器仪表均在检定合格期内，符合测试要求。操作规程按相关标准进行。测试数据见表1，普通电动机启动电流、高转差电动机启动电流分别见图2、图3。

表1 抽油机用超高转差变频调速电动机测试数据

图1 机械特性曲线

对5口安装超高转差率电动机的抽油机井进行了现场节能效果测试，通过对其改造前后进行现场比对测试，5口抽油机井安装高转差率电动机后平均有功节电率7.15%、平均无功节电率34.71%、平均综合节电率9.14%、系统效率平均提高了3.05%，取得了较好的节能效果。通过分析电动机启动电流可以得出普通电动机启动电流较高，高转差电动机启动电流较低。较低的启动电流对设备具有保护作用，防止电流过高损坏用电设备，减少设备使用寿命。超高转差率电动机适用于启动转矩大，正常运行时转矩低的举升方式的驱动。

图2 普通电动机启动电流

3 结论

通过现场实际测试，可以得出超高转差率电动机具有以下优点：

1）启动力矩大，启动电流相对普通电动机小。对设备起到了保护作用，增加设备使用寿命，减少了设备维修、更换费用，也减少了停井时间。

2）节能效果明显，安装超高转差率电动机后有功节电率、无功节电率、综合节电率取得较好效果，提高了系统效率。

3）有良好的综合经济效益，是抽油机较理想的驱动设备。

[1]孔世命，蔡利，张志超.高转差率电机驱动抽油机系统的耗能分析[J].大庆石油学院学报，1989，13（3）：30-40.

[2]刘宏，王素玲，张红瑛，等.电动机的机械特性与抽油机载荷特性的合理匹配[J].大庆石油学院学报，2002（2）：87-89.

[3]李志锋，白文雄.无功就地补偿技术在电动机上的应用[J].石油机械，1998，26（8）：38-40.

[4]张汝霖，卢宇光.石油系统机械采油供电网的优化改造[J].电力需求侧管理，2004（2）：43-45.

[5]姚春冬，董世民，孙亚莉.超高转差电机驱动游梁式抽油机的节能效果分析[J].油田地面工程，1993，12（4）：58-61.

[6]项复兴.大转差率电动机在抽油机上的应用[J].石油机械，1986（4）：29-37.

2017-02-10

（编辑 贾洪来）

陈磊，2011年毕业于黑龙江科技学院（机械设计制造及自动化专业），从事节能测试工作，E-mail：chendl@cnpc.com.cn，地址：黑龙江省大庆市让区西宾路552号技术监督中心，163453。