抽油机星三角转换的应用研究

马燕（吐哈油田分公司技术监测中心）

油田广泛使用的游梁式抽油机，采用带载直接启动，所需启动转矩较大，电动机的启动电流一般在6～8 倍额定电流。为满足启动要求，所配电动机的功率一般较大，但在运行时所需转矩较小，80%以上的电动机负载率在35%以下。长期以来抽油机所配电动机大都处于轻载运行，负载率极低，形成“大马拉小车”的现象，功率损耗大[1]。通过星三角转换运行方式控制电动机，启动时保证启动时的大转矩，运行平稳后转Y 型，降低运行电流，达到节能的目的[2]。

1 原理

常见情况下：电动机以Δ 型启动和运行。Δ 型接线下，电动机相电压等于线电压；线电流等于1.732 倍 的 相 电 流[3]。

星三角转换运行方式控制电动机：电动机启动时，装置以Δ 型启动，加在抽油机上电动机的电压是线电压，以获得较大的启动转矩[4]。满足启动要求运行平稳后转Y 型，保证输出所需功率情况下，降低单相运行的电压，减少电动机内部电流，即减少了电动机内部损耗和无功功率，达到节约用电目的[5]。

2 星三角转换的应用要求

吐哈油田4 个采油厂的抽油机电动机都采用Δ 型启动和运行。2016 年，鲁克沁采油厂对一部分抽油机的电动机进行了节能改造，采用了星三角转换方式运行，来达到节能目的[6]，并委托节能与设备状态监测站进行节能效果评价。经过测试发现，达到了节电效果。

2.1 星三角转换对电动机的要求

永磁电动机最大的特点是定子由三相绕组及铁芯构成，电枢绕组以Y 型连接；永磁体作为转子产生旋转磁场，旋转磁场中受到电磁力作用运动。缺点是最大转矩受永磁体去磁约束，高转速受限制。

而异步电动机，三相定子绕组通入三相对称交流电后，将产生一个励磁旋转磁场，在转子绕组中产生感应电流，感应电流和磁场的联合作用向电动机转子施加驱动力，从而在电动机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转[7]。通过超高电压及弱磁驱动，实现电动机的大扭矩运行，保证电动机高输出功率[8]。

2.2 星三角转换对负载率的要求

一般情况下，当电动机负载率大于0.40 时，由于转差率加大使转子电流及定子电流迅速增加，Y 接法和Δ 型接法造成的电动机损耗相等甚至大于Y 型接法，出现“倒节电”现象[9]。所以，Δ-Y 型运行要选择在负载率小于0.40 时采用。

2.3 对应用要求的理论计算

先统计吐哈油田各采油厂近三年平均负载率（表1）。并计算转换后的负载率，看是否满足星三角转换的要求，是否适合应用此项节能改造技术。由表1 可知，此项技术改造适合在鲁克沁采油厂应用。

表1 近三年来油田平均负载率统计

为了进一步确定适用范围，选择了鲁克沁采油厂任意大小的电动机，改造后负载率不超过0.40，计算电动机实际运行负载率范围。通过计算，如果要对电动机进行Δ-Y 型转换，又要满足转换运行后负载率小于0.40，那么转换前的负载率就要小于0.23。

2.4 现场测试评价结果验证

2019 年7 月节能与设备状态监测站对塔河油田采油二厂采用了星三角转换节能改造，对3 口抽油机井运行状态节能效果对比测试。3 口抽油机满足负载率均小于0.23，符合条件。表2 为测试计算基本数据，表3 为星三角转换测试结果。

表2 测试计算基本数据

表3 星三角转换测试结果

通过测试结果发现，平均功率因数由0.27 提高到0.60，提高了0.33。平均有功节能率为11.71%，无功节能率为67.39%，综合节能率为17.23%，平均日节约电量48.84 kWh。结论检验了在满足负载率小于0.23，电动机采用异步电动机的前提下，确实实现了节电目的。

3 结论

星三角转换，适用启动时负载重、运行时负载轻的情况。这种运行方式在轻载时能提高功率因数和效率，节省电能。但在实际应用中应该注意电动机的选择与负载率的切换值。星三角转换运行适用于异步电动机，且负载率小于0.23 的情况。