抽油机节能型动态无功补偿控制系统

2012-11-16孙宁大庆油田工程有限公司

石油石化节能 2012年4期

孙宁（大庆油田工程有限公司）

抽油机节能型动态无功补偿控制系统

孙宁（大庆油田工程有限公司）

拖动抽油机运行的三相异步电动机是油田开采耗能的主力，降低电动机的电能损耗，提高电网的功率因数，是降低油田开采成本的一项重要措施。抽油机动态无功补偿控制系统利用大功率晶闸管反并联组成功率单元，实现对多级电容器组的快速投切，通过电容器组提供的容性无功来抵消系统中的感性无功，从而达到提高系统功率因数的目的。系统应用后油井平均综合节能1 1.4 2%，功率因数平均提高了0.1 6，节能效果较好。

抽油机节能动态无功补偿功率因数

在油田的机械采油设备中，抽油机约占机采设备的8 0%，其耗电量约占油田开采成本的1/3，是采油成本居高不下的主要原因。因此，如何降低抽油机运行中电动机的电能损耗，提高抽油机系统的效率，实现抽油机的节能控制，对于油田节约电能及降低开采成本有着重要意义。

1 抽油机节能的基本原理

通常，油田用于拖动抽油机的动力设备都是三相异步电动机。三相异步电动机的机械特性是指其转速和转矩之间的关系，它反映了电动机传动的性能与特点。根据转速随转矩增加而下降程度的不同，电动机的机械特性分为硬特性和软特性[1]：

1）硬特性：当电动机的转矩在可允许的范围内变化时，电动机的转速变化很小，机械特性的斜率变化很小。同步电动机的机械特性是一条直线，其转速不随着转矩的变化而变化，是典型的硬特性。

2）软特性：电动机的转速随着转矩的下降变化很快，机械特性的斜率较大，但其启动转矩也较大。这种电动机转速随着转矩的变化而有着较大变化的特性即为软特性。

由于抽油机的结构和动力特性，决定了其对电动机性能的要求，这就是启动转矩大，并且在一个冲程内，负荷不均衡，会出现峰值功率和负功率。

在电动机这个环节采用的节能措施主要有两个方面[2]：

1）改善电动机的软特性，降低启动电流，减小装机功率，提高功率利用率。其中提高转差率是有效的方法之一。异步电动机的转速必须低于旋转磁场的转速，这样才能在转子上产生感应电动势，进而形成感应电流，产生电磁转矩，拖动转子转动。

2）提高功率因数，减少无功损耗。这是因为电动机的无功损耗增加了电网的有功损耗，该损耗用无功经济当量来计算。无功经济当量是指电动机每吸收1 k v a r的无功功率，相当于电网所增加的有功损耗。引入无功经济当量的原因是当电动机的功率因数小于1时，由于电动机吸收无功功率，在线路上产生无功电流，从而在电网上造成了有功损耗。

2 抽油机电动机负载特性

油田根据供液量的大小，为每台抽油机配备容量不等的鼠笼式三相异步电动机。电动机的负载不

同于一般的负载，它的负载变化范围大，是以抽油机冲程为周期连续变化的周期性负载。抽油机在上冲程时处于抽油状态，载荷大，电动机输出功率也大；下冲程时，抽油机负载非常小，基本上处于不工作状态，电动机输出功率也小。为平衡这两种工作状态，抽油机通常都配有具有较大惯量的平衡块，当抽油机由停止状态启动时，就需要较大转矩，这就要求所配套的异步电动机的启动转矩要非常高。鼠笼式三相异步电动机的一大缺点就是启动性能差，很难满足于在较大转矩的情况下启动[3，4]。

解决这个问题以往采用的方法是提高配套电机的容量，容量提高后，启动转矩的绝对值也随之提高，可以克服这个缺点。但是，随之而来的就是“大马拉小车”的问题。用较大容量的电动机带动较小功率的负载，造成电动机的负载率较低，电动机处于非经济情况下运行，此时的功率因数和效率均较低。这就造成了初期投资成本增加，以及由于电动机的功率因数和效率低而产生的电能浪费。这种情况在油田十分普遍，必须找出切实可行的解决方案。