大庆油田游梁式抽油机电动机的节能分析

田春雨（中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心）

大庆油田游梁式抽油机电动机的节能分析

田春雨（中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心）

在大庆油田游梁式抽油机应用的节能电动机大致分为永磁电动机、高转差电动机、变级多速电动机和伺服电动机。在游梁式抽油机标准井上，在不同负荷情况下，对比测试了这四种电动机的综合节电率，分析了 其不同的优缺点，为油田合理选配抽油机电动机提供了参考。

游梁式抽油机 电动机 节能分析

1 节能电动机评价及分析

目前大庆油田抽油机节能电动机主要有永磁电动机、高转差电动机、变极多速电动机和伺服电动机。下面对它们的现场应用和优缺点进行分析，数据全部出自标井评价装置，在 10型普通游梁式抽油 机 标准井上 ， 在 轻 负荷 （300m）、 中负荷 （600 m）和 重 负 荷 （800m）工况下，以Y系 列 电 动 机 对比测试综合节能率。

1.1永磁电动机

永磁电动机，特别是稀土永磁电动机具有结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗少，散率高；电动机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点[1]。永磁电动机内部使用了永磁材料，来维持原来依靠消耗无功电量来维持的磁场。

永磁电动机在标准井上的节能评价结果见图1。

图1 永磁电动机综合节电率

由图1可以看出，永磁电动机在重负荷的情况下节电率更好，所以它适用于动液面深或者产业量大的区块。标准井测试此类电动机13台，70%的电动机 节 电 率 达 到 16.02%， 同 时 参 照 大 庆油田节 能 技改测试的节电率，此类电动机综合节电率确定为大于等于 18%。

永磁电动机的应用优势是：

1）电动机运行效率较高，而且高效区域较宽。

2）因其一 部 分磁场 由永磁 材 料提供 ， 所以 电动机无功节电效果较好。

3）因为电 动 机的同 步性好 ， 所以启 动 转矩 很大，如果能匹配好，节电效果显著。

永磁电动机的不足是：

1）因为永 磁 电动机 的机械 特 性，不 容 易与 抽油机运行负载进行合理匹配。

2）因其电 动 机的机 械结构 ， 电动机 的 启动 特性较硬。

3）成 本 比 普 通 Y 系 列 异 步 电 动 机 高 出 30%～40%。

4）电动机 启 动电流 高、过 载 性能比 较 差， 这就要求为其供电的变压器有足够的容量,导致抽油机在正常运行时变压器的效率降低,影响节能效果。

1.2高转差电动机

高转差电动机通过降低电动机转子的转速来增加电动机的转矩，因为在抽油机的启动阶段需要很大的转矩，而在抽油机平稳运行中需要的转矩很小，所以高转差电动机减小了电动机的功率。

高转差电动机在标准井上的节能评价结果见图2。

由图2可以看出，高转差电动机在轻负载的情况下节电率更好，所以它适用于动液面浅或者产业量小的区块。标准井测试此类电动机16台，70%电动机 的 节 电 率 达 到 12.91%， 同 时 参 照 大庆油田 节 能技改测试的节电率，此类电动机综合节电率确定为大于等于12%。

图2 高转差电动机综合节电率

高转差电动机的应用优势是：

1）高 转 差电动 机 通过降 低 转速 来 增加电 动 机的扭矩从而能用容量较小的高转差电动机取代容量较大的电动机，避免了能量浪费，从而实现节能。

2）高 转 差电动 机 的铁耗 和 铜耗 及 机械损 耗 均大大降低。

3）机 械 特 性 软 ， 改 善 了 机 、 杆 、 泵 的 配 合 ，提高了抽油杆的使用寿命。

高转差电动机的不足是：

1）滑 差 高、损 耗 较大、 效 率低 ， 遇冲击 载 荷时速度下降，效率更低。

2）电 动 机发热 较 严重， 有 的电 动 机用铝 做 外壳，还有的需加温控开关。

1.3变极多速电动机

变极多速电动机采用改变绕组的接法来改变电动机的极数和输出功率，以便与机械负载的负载特性相匹配，这不仅改变了抽油机冲速，提高了泵效，也降低了抽油机的运行功率，达到了节能的目的。

变极多速电动机在标准井上的节能评价结果见图3。

图3 变极多速电动机综合节电率

由图3可以看出，变极多速电动机在轻负载的情况下节电率更好，所以它适用于动液面浅或者产业量小的区块。标准井测试此类电动机20台，70%电动 机 的 节 电 率 达到 13.15%， 同 时 参 照大庆油 田 节能技改测试的节电率，此类电动机综合节电率确定为大于等于13%。

变极多速电动机的应用优势是：

1）传承了高转差电动机所有的长处。

2）因为与 负 载特性 相匹配 ， 所以节 电 效果 较好。

3）因为它 的 速度可 以改变 ， 所以为 抽 油机 的参数调整提供了很大便利。

变极多速电动机的不足是：

1）因其在某一个功率下可以看作为一个高转差电动机，所以不能对负载进行实时匹配，从而影响其节能效果。

2）在电动机的工作状态下非常容易发生丢转。

1.4伺服电动机

交流伺服控制对象是永磁电动机，其控制方式保证了电动机几乎没有无功损耗，不需从电网吸收无功电流；转子既无铁损又无铜损，功率因素为1；其效率和高效区间都是所有驱动方式中最理想的[2]。 伺 服 拖 动 系 统 主 要 由 带 编 码 器 的 稀 土 永 磁 同步伺服电动机和交流伺服控制器两大部分组成。

伺服电动机在标准井上的节能评价结果见图4。

图4 伺服电动机综合节电率

由图4可以看出，伺服电动机在轻负载的情况下节电率更好，但在其他负载情况下节电率也非常高。标准井测试此类电动机3台，平均节电率22.97%。

伺服电动机的应用优势是：

1）适应负 载 变化的 能力优 于 任何类 型 拖动 系统，高效节能。

2）具有多 重 自保护 和报警 信 息显示 ， 不易 损坏，易找出故障点。

3）精确的速度控制，调速方便。

伺服电动机的不足是：

1）通常 适 应 环 境温度在 0 ～ 40 ℃， 不 适 合 在粉尘、振动和结露环境下运行。

2）电流高次谐波分量较大。

3）成本高。

2 结论

1）游 梁 式抽油 机 电动机 的 选择 应 从分析 抽 油机负载特性入手，选择与负载特性匹配的电动机，比如永磁电动机在高负载的情况下节电效果更好。

2）电 动 机的选 择 需要全 面 考量 。 不单要 考 虑它的节能效果还需考虑功率因数、使用寿命、维修保养、投资回收期等因素，例如伺服电动机虽然节能效果突出，但是其高成本和对环境的高要求成为推广的主要制约因素。

大庆油田在“十一五”期间改造抽油机节能电动机 5217 台 ， 平 均节电率 14.68%。

[1]唐任远.现代永磁电动机理论与设计[M].北京:机械工业出版社,2005:4.

[2]郭庆鼎,王成元.交流伺服系统[M].北京:机械工业出版社,1994.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.006.015

2013-03-20）

田春雨，2008年毕业于东北石油大学，主要从事油田节能 监 测 评 价 工 作 ， E-mail： tianchunyu@139.com， 地 址 ： 黑 龙 江 省大庆市让胡路区西宾路552号，163453。