供电质量对潜油电泵工作特性的影响

2013-03-27吕锡双

长春工业大学学报 2013年1期

吕锡双

（大庆油田力神泵业有限公司作业分公司，黑龙江大庆 163311）

0 引言

潜油电泵是一种重要的机械采油设备，在机械采油领域一直占有非常重要的地位。由于其自身的特点，近些年来在国内外得到了十分广泛的应用。但是在为其提供的电能质量上仍存在一些问题，这些问题亟待解决完善。对供电系统的不完善性采取必要的措施，人为消除这种不完善性对潜油电泵系统的影响，是延长潜油电泵运转寿命，提高其经济效益的主要措施之一。

供电系统不完善性主要表现为：供电电压过高或过低、三相电压不平衡、瞬间电压波动等几方面［1］。这些都将严重影响潜油电泵的工作特性，使其运转寿命缩短。

1 供电电压过高或过低的影响

在采油工业生产中，潜油电机一般所允许的供电电压偏差值是在电机额定电压的10%以内，也就是说，潜油电机在这个偏差范围内工作，将不会较大影响电机的性能而使其运转寿命缩短。所以，对于在一定条件下工作的电机，这个额定电压值将是最佳的电机工作电压。电压偏差将会引起电机性能的下降，但不会太严重。经过现场试验，功率149kW、额定电压2 200V、额定电流55A的潜油电机在不同电压偏差值程度下的性能指标见表1。

表1 电机性能和电压值的关系

从表1中可以看出，供电电压值在额定电压±10%的偏差范围内，对电机效率的影响很轻微，其功率因数的下降最大不超过5%，并且效率最多只下降0.7%。所以，电机在±10%的偏差范围内的任何电压下运转都不会严重影响其性能。但是，如果供电电压偏离额定值超过±10%，电机运行电流将上升，这样电机的自身温升将增大；功率因数、效率和电机功率损失也将发生较大的变化。因此，潜油电机运行时，其供电电压最好在额定电压值的±10%范围内，这样可以延长潜油电机的使用寿命。如在可能的情况下，最好采用低电压而不是高电压［2］。

2 三相电压不平衡的影响

供电系统三相电压不平衡对于旋转电器（如感应电机）是非常有害的。因为当三相电压不平衡时所引起的电流不平衡是电压不平衡的4～10倍［3］。由于电流在定子线圈中使定子产生一个旋转磁场，驱动电机转动从而输出功率。无论是从理论上还是从实验中都已经表明，不平衡电压和它导致的不平衡电流都能够在电机定子内形成两种性质完全不同的情况，即各自产生一个旋转磁场。第一种情况，旋转磁场是我们所希望的，即电机转子按正方向转动的旋转磁场，从而使电机转子转动输出能量。在不存在不平衡的情况下，定子线圈中仅仅只存在这一方向的旋转磁场，并且这时的电机效率最高，输出功率最大。第二种情况，如果出现电压和电流不平衡的情况，则将产生一部分反方向的旋转磁场，并且试图驱动电机的转动方向，这种现场叫做磁滞作用［4］。从理论上讲，它是非常低的，所造成的负转矩将会降低所获得的正转矩，从而降低电机的输出功率。

不平衡电压对电机转矩的影响［5］如图1所示。

图1 不平衡电压影响的转矩特性曲线

图中的TB曲线表示了合适的平衡电压所作的标准电机转矩特性曲线，如上所述，不平衡电压将减少驱动电机转动的转矩。在图中正转矩为T＋，由于不平衡电压导致反方向旋转磁场所产生的负转矩为T-。因此，电压不平衡所产生的能够使电机按所希望的方向转动的转矩和（T＋＋T-）为TUB。所以，由于电压不平衡，而使电机转矩下降，电机转速也会降低，从而使泵所举升的液体减少甚至很低。

不平衡电压的影响关系见表2。

表2 不平衡电压的影响 %

表中补充说明了图1没有表示到的重要因素。表中的数据可以定义如下：

从表2中可以看出，随着电压不平衡度的增加，电流不平衡度增加的幅度较大，并且电机的温度也随之增加，电机的损失也逐渐增加，这对电机的运转寿命影响就比较大。相平衡对于确定电机的运转寿命和效率是很重要的，对于潜油电泵系统的影响也是很惊人的。所以根据表2，在实际运转过程中，要想达到最佳的运转寿命和性能，由于电压不平衡度所引起的电流不平衡度最大不能超过5%。同时应注意，电流不平衡度不仅影响井下电机，也影响同一系统的电缆和控制部分。

考虑整个系统时，由于电压不平衡度所引起的每单位产液量的电力费用的增加情况［6］如图2所示。