永磁智能驱动电动机技术适应性分析

刘卫庆（大庆油田有限责任公司第二采油厂）

1 现状

抽油机井系统效率是评价抽油机井能耗水平的重要指标，提高抽油机井系统效率是降本增效、提高油井管理水平的重要手段[1]。据统计，现场存在淘汰电动机1 166 台，其平均效率为27.62%，低于节能电动机2.78个百分点。淘汰电动机效率偏低影响抽油机井系统效率水平，并因其老化严重导致能耗增加，维修成本增加[2]。同时，抽油机井皮带断裂现象在实际生产中普遍存在，直接影响抽油机井的生产时率，增加了材料消耗，影响运行成本[3-4]。初步统计，近几年年均消耗各型号抽油机皮带19 000 余条，皮带平均使用周期为155 天。其中，皮带使用周期60天以下的短周期井高达406口，增加生产维护成本及日常管理难度。

2 永磁智能驱动电动机

2.1 工作原理

永磁智能驱动电动机采用低转速、大扭矩永磁同步电动机直接驱动减速机输入轴运转，电动机由定子绕组、转子、机体三部分组成，由专用永磁变频器驱动定子绕组通过三相交流电，产生与电源频率同步的旋转磁场，转子内有永磁材料制成的永磁体，它在定子绕组产生的旋转磁场作用下，开始同步旋转。永磁同步电动机与异步电动机在结构方面相似，但在转子上装有稀土永磁钢，采用永久磁铁代替异步电动机的励磁绕组激磁。启动时，转子的永磁磁场与定子绕组产生的旋转磁场相互作用，将电能转化为动能，带动负载工作[5]。

永磁智能驱动电动机的励磁磁场由高性能稀土材料提供，电动机励磁电流小，损耗低。对比普通感应电动机，其效率和功率因数大幅提高，可以拥有最高达98.6%的效率和0.997的功率因数[6]（图1）。

图1 相同功率下永磁电动机与感应电动机的效率和功率因数比较

2.2 技术性能

1）省去传动损耗为10%~20%的皮带减速机构，提高系统的传动效率[7]。

2）采用永磁同步电动机，对比常规异步电动机，其励磁电流小，损耗低，效率和功率因数高，节电效果明显。

3）由于永磁智能驱动电动机转子磁级数可达到30级，电动机转速最低可至112 r/min，因此可运行于最低冲次为0.1 r/min的条件下。电动机转矩最大可达2 258 N·m，平衡块在任意位置时均可进行停机，便于维护[8]。

4）电动机采用大直径、扁平超薄型结构，可靠耐用，操作方便。

3 适应性及经济效益分析

3.1 选井条件

针对淘汰电动机抽油机井所存在的系统效率低、能耗高以及皮带断裂频繁的问题，依据永磁智能驱动电动机的工作原理及其特性，现场选择2口抽油机井进行试验。其中，X 井皮带使用周期短，Y井系统效率低、能耗高，2019年试验井存在问题统计见表1。

表1 2019年试验井存在问题统计

3.2 应用效果

2019 年7 月由节能监测中心出具测试报告显示，应用永磁智能驱动电动机后，X井系统效率由30.92%提高到34.87%，吨液百米耗电由0.41 kWh降低到0.34 kWh，节电率为18.64%；Y井系统效率由19.76%提高到24.16%，吨液百米耗电由1.01 kWh降低到0.81 kWh，节电率为22.27%，2019 年试验井试验效果统计见表2。

表2 2019年试验井试验效果统计

4 经济效益

1）节约皮带费用。X 井皮带型号8000，皮带单价1 697.92元，皮带使用周期33天；Y井皮带型号5380，皮带单价291.76 元，皮带使用周期103天。按照年生产360天计算，年节约皮带购置费用为1.95万元。

2）节能创效。安装此电动机的抽油机井平均日耗电量为343.87 kWh，平均节电率为21.22%。按照年生产360 天、电价0.638 1 元/kWh 计算，年节约电费达3.35 万元，年创益5.3 万元，预期投资回收期为3.21年。

5 结论及认识

通过永磁智能驱动电动机现场试验数据表明，其在抽油机井节能降耗方面有较好的效果，且具有较强的适应性。该电动机直接与减速机输入轴连接，可靠耐用，维护方便[9]。应用永磁智能驱动电动机后，2 口抽油机井平均系统效率提高4.07 个百分点，平均节电率达21.22%，年创益5.3 万元。使用永磁智能驱动电动机不仅能降低能耗，而且可减小劳动强度，节约劳动力资源，具有较大的推广应用前景[10]。