CDY型调速电动机在抽油机井上的应用

2015-11-02程荟宇大庆油田有限责任公司第一采油厂

石油石化节能 2015年9期

程荟宇（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

CDY型调速电动机在抽油机井上的应用

程荟宇（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

提高机械采油系统的运行效率，已成为各油田节能降耗、降低生产成本、提高经济效益的一个重要的问题。电动机作为抽油机的拖动装置，是耗能的主要设备。目前游梁式抽油机上较为常用的电动机主要是Y系列三相异步电动机，普遍存在起动转矩较小的问题，且不具备转速调节功能，能耗较高。CDY型智能高效开关磁阻电动机在抽油机井上应用取得了良好的效果，结构简单，调速方便，节能效果好，运行安全可靠，具有良好的推广应用价值。

智能高效开关磁阻电动机抽油机井应用节能

提高机械采油系统的运行效率，已成为各油田节能降耗、降低生产成本、提高经济效益的一个重要的问题［1］。目前，游梁式抽油机上较为常用的电动机主要是Y系列三相异步电动机，普遍存在起动转矩较小，运行功率因数低（0.3左右），电动机运行效率低（60%左右），能耗较高等问题，且不具备转速调节功能，无法进行抽油机冲速的无级调整，不能协调油井供排关系［2］。根据抽油机的运行特点，抽油机拖动装置应具有较高的可靠性，较长的使用寿命，较好的软起动性能，负载率在25%～60%范围内也能具有较高的运行效率和功率因数，容易实现冲速的改变从而合理的协调油井的供排关系，提高抽油泵的运行效率，可以提高电动机的效率和负载率，进而提高油井系统运行效率；可以根据生产需要，方便地调整冲速，提高泵的充满系数，从而提高电动机功率因数减少无功损耗，提高油井系统运行效率；可以减少泵的干磨，降低维护费用，找出最佳冲速，提高油井产量。为此，在调查研究的基础上，提出了采用CDY型智能高效开关磁阻调速电动机作为游梁式抽油机拖动装置的应用研究课题，并取得了良好的试验应用效果。

1　调速电动机简介

1.1组成

CDY型智能高效开关磁阻调速电动机主要由磁阻电动机、调速控制器、控制柜三部分组成，三个部分互为整体，缺一不可。CDY型开关磁阻电动机的定子铁芯有12个齿极，转子铁芯有8个齿极，均由导磁良好的硅钢片冲制后叠成，与普通电动机一样，转子与定子之间有很小缝隙，转子可在定子内自由转动。由于定子与转子都有凸起的齿极，这种形式也称为双凸极结构。在定子齿极上绕有线圈（定子绕组）是向电动机提供工作磁场的励磁绕组。在转子上没有线圈，这是开关磁阻电动机的主要特点。

1.2工作原理

CDY型开关磁阻调速电动机是利用磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小路径闭合，利用齿极间的吸引力拉动转子旋转，定子12个齿极上绕有线圈，径向相对的4个线圈连接在一起组成一相，该电动机有3相，结合定子与转子的极数就称该电动机为三相12/8结构。A、B、C三相线圈由开关控制电流通断，约定转子启动前的转角为0°，A相线圈接通电源产生磁通，磁力线从最近的转子齿极通过转子铁芯，磁力线可看成极有弹力的线，在磁力的牵引下转子开始逆时针转动；磁力一直牵引转子转到30°为止，到了30°转子不再转动，此时磁路最短。为了使转子继续转动，在转子转到30°前已切断A相电源，在30°时接通B相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，于是转子继续转动，磁力一直牵引转子转到60°为止。在转子转到60°前已切断B相电源，在60°时接通C相电源，磁通从最近的转子齿极通过转子铁芯，于是转子继续转动，磁力一直牵引转子转到90°为止。当转子转到90°前切断C相电源，转子在90°的状态与前面0°开始时一样，重复前面过程，接通A相电源，转子继续转动，这样不停地重复下去，转子就会不停地旋转，这就是开关磁阻电动机的工作原理。

2　调速电动机的主要特点

1）电动机效率高，损耗小。电动机转子无永磁体，允许较高的温升，且绕组均在定子上，电动机容易冷却散热，在转速和负载转矩变化范围较大时均能保持效率在90%以上。

2）运行安全。电动机结构简单，价格便宜，电动机的转子没有绕组和磁铁，且控制系统工作可靠。转矩方向与电流方向无关，只需单方向绕阻电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠，具有较高的经济性和可靠性。

3）调速范围宽，可在120～1900r/min范围内无级调速。转子上没有电刷结构坚固，适合于高速驱动。控制灵活，易于实现各种再生制动能力。可以实现抽油机上行程和下行程分别调速，甚至可以实现抽油机下行程电动机零速运行，不仅可以节约电能，而且可以提高抽油泵充满系数，提升泵效。

4）能够频繁启停（1000次/h）及正反向转换运行，适用于正反向运转的特殊场合。

5）具有软启动功能，保护功能齐全。电动机启动电流小，启动转矩大，低速时更为突出。

6）转子转动惯量小，有较高转矩惯量比。转矩转速稳定，系统噪声低。

7）油井调参方便。可以跟踪油井出液量的变化，调整抽油机的冲速，使抽油机工作在最佳的工作状态。

8）能够采用集中直流供电，减少线路损耗。

3　现场应用

2014年，某采油厂根据智能高效开关磁阻调速电动机转速可调控的特点，对部分油井系统运行效率较低、耗电量大、需要经常调节冲速的低效井实施节能技术改造，以达到最大限度地节能降耗。先后选择4口低效油井，实施开关磁阻节能电动机节能技术改造，并取得良好的技术改造效果。在确定油井井号、数量和配套智能高效开关磁阻调速电动机的规格、型号后，组织人员在更换电动机之前对原电动机进行测试，并做好记录，然后拆除原电动机，安装CDY型智能高效开关磁阻调速电动机。智能高效开关磁阻调速电动机在运转一段时间后对其进行测试，测试完毕之后，汇总所有测试数据，与原来电动机测试数据进行对比分析，评价节能效果。表1为CDY型智能高效开关磁阻调速电动机在游梁式抽油机上应用前后运行参数测试对比数据统计表。

由表1得出，最低有功节电率为27.70%，最低无功节电率为77.51%，最低综合节电率为33.22%。4口油井平均功率因数由原来的0.344提高到0.979，平均功率因数提高了0.635，有功百米吨液耗电和无功百米吨液耗电均有了不同程度的下降，4口油井平均系统效率由原来的20.56%提高到32.55%，平均系统效率提高了11.99%，平均有功节电率为32.98%，平均无功节电率为92.86%，平均综合节电率为37.74%，取得了良好的节能技术改造效果。