节能变压器在抽油机井上的应用

王庆伟（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

近几年安排在采油二矿、六矿地区更换275台型号为SZT系列的有载调压调容变压器。为验证该种变压器的节能效果，根据厂领导要求选择变压器数量较多的线路进行集中安装。对其中3条线路的日报表进行了跟踪统计。这3条线路为中十二变编号12018的丁四排西干线、中十二变编号12015的202站甲线、中九变编号1419的中九油甲线。并通过对更换变压器前、后的报表分析，从变电所线路的出线电流、日有功电量、日无功电量变化情况看，有一定的节电效果，经过测算275台型号为SZT系列的有载调压调容变压器，日均节约有功电量4×104kWh；年均节约有功电量0.147×108kWh。一定程度上改变了抽油机动力系统载荷过低的工况，具有较好的经济意义。

1 有载调压调容变压器的节能工作原理

1.1 工作原理

有载调压调容变压器具有随抽油机电动机负荷电流的大小，自动调整输出电压和输出容量的功能。其具体的工作原理如下：在抽油机启动前，为保证电动机具有足够的启动转矩，变压器的输出电压为电动机的额定电压（380 V），此时变压器的空载损耗值将是最大容量时的数值。当启动完毕后，电动机的负荷电流逐渐减小，自动控制部分根据接收到的小负荷电流信息发出小容量控制信号，在不间断负荷的情况下，调节输出电压，输出适宜的容量，以满足负荷减小后对变压器的要求使有载调容变压器小容量输出，在负荷大时，变压器处在大容量工作状态，在负荷小时，变压器处在小容量工作状态，这样就避免了载荷过低的状态，降低了能源消耗。在保证满足拖动负荷的情况下输入电动机的电压越低，电动机从电网吸收的有功功率、无功功率和视在功率均下降，使电动机始终运行在较高的功率因数和较高的效率下，降低了电动机的有功损耗和无功损耗。变压器在改变输出电压和容量的同时，还将自身的铁损降到小容量下的数值，同时随着输出给电动机视在功率的降低，变压器的铜损也比电动机运行在其额定电压状态有较大下降。实现了电动机、变压器双向节能的目的，降低了抽油机动力系统的电力能耗[1-2]。

有载调压调容变压器的输出电压、容量有4～5档。对于同一台电动机，为其供电的变压器的每一档输出电压就对应有一个相应的电动机输出功率。抽油机上的电动机有4～5个输出功率，因此电动机可以非常好的适应抽油机从启动到正常工作及工作状况发生波动等各种工作状况对输入转矩的要求。

1.2 性能分析

有载调容变压器是通过改变变压器的输出容量，达到节能的目的。若变压器容量大，则变压器的空载损耗和负载损耗相对较大；而变压器的容量小，则变压器的空载损耗和负载损耗相对较小。抽油机正常工作时，属于轻载状态，有载调容变压器在小容量状态下运行，从而可达到节电的效果。

对变压器的铁损，当电网电压改变或采用其他方法使铁芯中磁通密度下降时，其数值将以2～2.5为指数下降。在哈尔滨电业局变压器厂试验室曾对1台S9—100/10变压器进行了改变输入电压测量其空载电流和铁损的试验，试验数据见表1。

改变变压器的输入电压实际上就是改变变压器铁芯中的磁通密度，同时也就改变了变压器的铁损。如果在输入电压不变的情况下，利用有载开关，随变压器（或抽油机上的电动机）的负荷而改变变压器铁芯中的磁通密度，则同样可以达到表1所示的降低变压器铁损的目的。由表1可知，当变压器的输出电压由400 V降为240 V时，变压器铁损下降了196 W，下降达68.1%。有载调压调容变压器就是在输入电压不变的情况下，采用改变铁芯中磁通密度来达到减小变压器铁损的目的。与此同时由于电动机输入电压降低总的电流将下降，电动机所消耗的无功功率和视在功率也将有较大的下降，电动机和变压器的铜损也将同步下降，整个供电系统的综合节电较为明显[3-5]。

2 有载调压容变压器的现场应用

2.1 应用情况

275台SZT系列有载调压调容节能变压器于2017年9月在第二油矿和采油六矿进行了更换（50 kVA70台、63kVA110台、80kVA65台、100kVA 30台），采油二矿更换了207台。为了验证节电效果，避免民用负荷、油水、站、库泵房起泵等因素对6 kV线路电流的影响，选了线路所带负荷尽量为纯油井的3条线路进行集中更换，所换下的变压器为S7型电压等级为6.3 kV/0.4 kV容量为50、63、80、100 kVA四种普通变压器。对S7型其他容量 （50、63、80、100 kVA以外）的变压器、S9变压器、6.3 kV/1.14 kV、6.3 kV/0.66 kV防盗电变压器、电泵变压器没做更换。考虑到抽油机工矿（温度、调参、地面管线压力等）因素对工作状态的影响，分析计算用的电流、电量的对比测试数据，取自更换变压器前后4天的数据及平均值，更换当天的数据未作分析。具体安装情况见表2。

表2 有载调容调压变压器安装跟踪统计

十二变编号为12018的丁四排西干线，全线路共有变压器46台，总容量为3 043 kVA，于2017年9月5日更换有载调压变压器16台（100 kVA 4台；80 kVA1台；63 kVA 7台；50 kVA 4台）更换容量为1 095 kVA，占线路总容量的36%，更换前4天平均电流为71 A，更换后5天平均电流为60 A，更换前后变电所6 kV电流平均值对比下降11 A，降幅15.5%；日均有功电量减少2 376 kWh，降幅14.7%；见图1、图2。

图1 十二变12018的厂四排西干线有功电量变化曲线

图2 十二变12018的厂四排西干线电流变化曲线

十二变编号12015的202站甲线全线路共有变压器38台，总容量为4 018 kVA，于2017年9月6日更换有载调压变压器15台（63 kVA 8台；50 kVA 7台）更换容量为854 kVA，占线路总容量的21.25%，更换前5天平均电流为79.75 A，更换后4天平均电流为64.6 A，更换前后变电所六千出线电流平均值对比下降15.08 A，降幅18.9%；日均有功电量减少5 751 kWh，降幅33.67%；日均无功电量减少3 600 kWh，降幅32.5%，见图3、图4。

图3 十二变12015的202站甲线有功电量变化曲线

图4 十二变12015的202站甲线电流变化曲线

中九变编号为1419的中九油甲线，全线路共有变压器41台，总容量为3 747 kVA，于2017年9月5日更换有载调压变压器22台（100 kVA 5台；80 kVA 1台；63 kVA 7台；50 kVA 9台）更换容量为1 521 kVA，占线路总容量的40.6%，更换前5天平均电流为91.5 A，更换后4天平均电流为75.5 A，更换前后变电所6 kV电流平均值对比下降15.9 A。降幅17.3%；日均有功电量减少1 296 kWh，降幅9.5%；见图5、图6。

图5 中九变1419的中九油甲线有功电量变化曲线

图6 中九变1419的中九油甲线电流变化曲线

2.2 节约电量计算

按计算公式计算3条线路的节电情况：

通过对3条线路的变电所报表分析，线路出线电流有一定程度的下降；有功功率、无功功率、视在功率有一定程度的下降。十二变编号为12018的丁四排西干线线路日均有功节电量2 376 kWh，年有功节电量86.74×104kWh；十二变编号为12015的202站甲线线日均有功节电量为5 751 kWh；年有功节电量210×104kWh；中九变编号为1419的中九油甲线线路日均有功节电量1 296 kWh；年有功节电量47.3×104kWh。

3条线路共换变压器53台总容量为3 470 kVA，通过对所换的变压器总容量与有功节电量对比看，十二变编号为12018的丁四排西干线线路，没有油水、站、库泵房起泵等因素的影响，民用变压器仅1台63 kVA，对6 kV线路电流和电量的影响较小。因此十二变编号为12018的厂四排西干线线路节电情况较为准确，现以此为基数测算275台变压器年节电量。

十二变电所编号12018的丁四排西干线线路更换变压器16台，更换容量为1 095 kVA，线路总容量为3 043 kVA。更换容量占线路总容量的35.98%，因此按理论计算全线路完全换为该型节能变压器后，有功电量平均值降幅40.85%；无功电量平均值降幅63.7%；视在电量平均值降幅45%。275台变压器总容量1.86×104kVA；日均节约有功电量4×104kWh；年均节约有功电量1.48×107kWh。

3 结论

1）运行结果表明，抽油机有载调压调容变压器节能效果明显，经过测算275台型号为SZT系列的有载调压调容变压器，日均节约有功电量为4×104kWh；年均节约有功电量为1.47×107kWh。一定程度上改变了抽油机动力系统低负荷的工况，具有较好的经济意义。

2）当有载调压调容变压器进入到节能运行状态后，变压器的输出线电压为280～300 V，此时其输出的相电压仅为160 V左右，普通家用电器因电压过低而无法正常工作。因此应用有该种变压器具有一定程度防止窃电意义。

3）节电效果因井况差异而有所不同，负载越轻节电率越好，在更换全线路变压器总容量35.98%的情况下，整条线路的有功电量平均值降幅14.70%；无功电量平均值降幅22.92%；视在电量平均值降幅16.20%。

4）该种变压器用于拖动Y系列三相鼠笼式异步电动机的综合节能效果最佳。原供电回路不用做任何改动。