钳式功率计（3169）在抽油机测试中应注意的问题

2012-04-27白连平任永祥刘汉泽

电气技术 2012年10期

白连平陈征任永祥刘汉泽

（1.北京信息科技大学，北京 100192；2.华北石油第一计量站，河北任丘 062550）

20世纪90年代初，油田在电机电能测试中就引进日置公司生产的钳式功率计（3165），后来升级为3166。近几年来油田使用较多的是钳式功率计（3169）。日置公司的钳式功率计（3169）具有功能强、精度高的优点，价格也比较便宜，因此在我国各油田得到了普遍的应用。但是，在抽油机电机的测试过程中也发现了一些问题，比如有功电量的显示不完备、功率因数的计算不准确。本文对这些问题进行了认真地分析和研究，与油田计量单位技术人员进行了现场测试分析，查清了问题出现的原因。并针对钳式功率计（3169）的不足提出了弥补措施。目的是使油田节能测试工作做得更扎实、更准确。

1 有功电量的问题

在钳式功率计（3169）的主目录的页面中，累计电量只显示WP+，如图1（a）所示。而绝大多数抽油机在一个运动周期内都有一段发电状态，在发电状态下有功功率累积的电量是一个负值。抽油机有功功率曲线如图2（a）所示，实际消耗的功率应该是正的功率面积减去负的功率面积，即横轴上面的面积减去横轴下面的面积。因此在一个周期内电机消耗的实际电量是正的累积电量减去负的累积电量，即 WP=（WP+）+（WP−）。

在钳式功率计（3169）的功率累积页面中，有效电能（有功功率累积的电量）的显示包括WP+、WP−，如图1（b）所示。准确的有效电能计量值应该是WP+与WP−之和。然而，现场测试中，工人通常把某一段时间内用的电量就记录为WP+（主页面的电量值），得到的数据是不全面的。如果在电机节能的对比测试中，只记录WP+，势必要引起较大的误差。从中也可以看出，钳式功率计（3169）的主目录的页面是不完备的。在主目录页面中应该显示的是WP，而不是WP+。这一点在日置公司生产的功率分析仪（3390）中已经得到了完善。

图1 钳式功率计（3169）页面截取图

图2 抽油机有功功率与功率因数对比曲线

2 功率因数的问题

抽油机负载是一种特殊负载，在一个周期内有一段发电状态，通常发电时间在 2～4s左右。因此抽油机电机测试中一定要考虑发电状态下的有功功率、功率因数和累计电量问题。图2是笔者在华北油田采油一厂西柳作业区第 10—11号油井利用钳式功率计（3169）实测有功功率和功率因数曲线，该图反映了钳式功率计（3169）在测量功率因数时存在的缺陷。

对比图 1（a）、（b）两图发现，有功功率曲线与功率因数曲线变化趋势基本吻合。由图2（a）可以看出，在抽油机处于发电状态时，其有功功率小于零，即横坐标的下面部分。而此时，如图2（b）所示，相对应的功率因数值却大于零。抽油机处于发电状态时，电流与电压的相位角大于90°。以相电压为基准，相电压与相电流的向量关系如图3所示。根据功率因数的计算公式，功率因数也应该为负值[1]。因此钳式功率计（3169）测试中功率因数的瞬时值大于（或等于零）是不对的[2]。这个错误带来的结果是抽油机电机的平均功率因数偏高。影响了测试结果的准确性。发电功率越大，偏差越大。

图3 相电压与相电流向量图

下面分析这个问题产生的原因。从钳式功率计（3169）的测试数据中可以看出，有功功率小于零时，对功率因数取了绝对值。有功功率小于零时对应的一段数据如表1所示，该数据也是在华北油田采油一厂西柳作业区第 10—11号油井利用钳式功率计（3169）实测数据。按照表1的数据，当有功功率小于零时，对应的功率因数应该是负的。

表1 有功功率小于零时功率因数的实测值

钳式功率计（3169）中功率因数是通过有功功率和视在功率计算得到的。其中视在功率和无功功率通过两种方法得到[3]。一种是使用无功功率测量方法，在使用无功功率测量方法时（在“设置中1/4测量”页面下，无功功率计法选择“ON”），其测量和计算方法如下[3]：

无功功率利用采集的电压和电流计算得到，即

式中，US为内部线电压，I为线电流，M为采样数目，S为采样点，m为每个周期128次采样。

视在功率通过采集、计算的有功功率和无功功率得到，即

功率因数是通过有功功率和视在功率计算得到，即

从中可以看出，有功功率为负时，功率因数为负值[3]。

另一种是不使用无功功率测量的方法，在不使用无功功率测量方法时（在“设置中 1/4测量”页面下，无功功率计法选择“OFF”），其测量和计算方法如下：

无功功率是通过视在功率和有功功率计算得到，即

式中，视在功率有采集的电压和电流计算得到，即

功率因数也是通过有功功率和视在功率计算得到，即

从上面的两种方法中可以看出，功率因数的分母（视在功率）总是正值，功率因数的分子（有功功率）却有负值的情况，所以当抽油机处于状态发电时，功率因数是负的[3]。但钳式功率计（3169）的测试结果是正的。不能不说这是钳式功率计（3169）的一大缺陷。这个缺陷只有在游梁抽油机的测试中才会出现，在其它没有发电现象的负载测试中没有这种情况。

解决这个问题的方法是，在采集的数据中（见表1），将有功功率为负时对应的功率因数也改为负，再对功率因数求平均值。显然，这种补救方法很麻烦。