抽油机电机故障诊断分析与优化匹配对策

范晓华+王贵斌+夏方礼

（1郝现采油管理区河111采油站 山东东营 257000 2 现河采油厂草西采油管理区维修二站 山东东营 257000 3 现河采油厂现河庄采油管理区维修二站 山东东营 257000）

摘 要： 目前油田常用的三相异步电动机，抽油机使用的电动机工作载荷是带冲击的周期性交变载荷，与按恒定载荷设计制造的通用电动机的工作特征不匹配。通用电动机的机械特征是硬特征，在运行过程中其转速随载荷变化不大，而抽油机的交变载荷增加了电动机的电动损耗，再加上选择的抽油机与实际需要不匹配，降低了整机的地面效率。分析抽油机的用电特征，根据每台抽油机具体的“症结”所在，综合考虑制定出相应的节电措施，实现其经济运行。

关键词： 抽油机；电机使用；维护；故障诊断；转子与定子；匹配对策

电机是能量转换与动能传递的直接执行者，电机使用、维护、故障诊断、修复的重要性被提出和重视。近年来，设备故障诊断技术发展及所带来的间接效益使得人们越来越重视故障诊断技术，电机故障诊断技术延长了设备的使用寿命。当通电后电机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟，可能是电源未通或者是熔断器熔丝熔断，应立即检查电源开关回路、熔丝、接线盒处是否有断点。如果熔丝熔断，应立即查明原因并更换熔丝；也有可能是电机已经损坏，那就需马上检查电机并修复。电机启动后过热，甚至冒烟时，可能是电源电压过高，使铁芯发热大大增加，也可能是电源电压过低，电机又带额定负载运行，电流过大使绕组发热，还有定子、转子铁心碰擦，电机过载或频繁起动导致的发热，环境温度高，电机表面污垢多，或通风道堵塞，笼形转子断条，定子绕组故障，电机风扇故障，通风不良等等原因都会引起电机的过热或冒烟，从而影响电机的寿命，应马上降低电源电压；若是电机Y、△接法错误引起，则应改正接法，提高电源电压或换相供电导线，来消除电机的过热现象，还需要消除擦点，减载，按规定次数控制起动。检查并消除转子及定子绕组故障，也是预防和消除电机过热和冒烟的办法。平时要经常清洗电机通风道，改善环境温度，采用降温措施，检查并修复风扇，不在过热的环境下使用电机，可大大的预防电机的过热现象。

1 电机带动抽油机存在问题

1.1發电现象

现有的节电措施大都是针对电机低负荷率下效率低和功率因数低造成的电能浪费的情况，而抽油机浪费电能的另一个重要原因是抽油机拖动电机发电，有实验证明：目前使用的各种类型的电动机都多少存在这种情况。由于抽油机负载波动很大，在抽油机的正常运转中会出现抽油机减速箱输入轴的运转速度大于电机对它的驱动速度的情况，这时，抽油机就拖动电机发电，其发的电不会完全与电网同步和存在线路损耗，可以肯定电机发的电不能完全被电网利用。在整个电能—机械能—电能的转换过程中能有很大的一部分能量被浪费掉。

1.2电动机负载低

为保证抽油机的启动要求和在运行时有足够的过载能力，通常所配的电动机装机功率较大，而电动机正常运行时都是轻载运行，造成抽油机负载率低，与电动机不匹配，形成“大马拉小车”的生产状况，使线路、变压器、电动机的功率损耗增大；电动机的运行效率取决于负载率，轻载时电动机的效率很低，当负载增加到一定值时，变化则很小，有实验证明：负载率〈0.4时，效率的变化不大，负载率>0.7时，效率最高。当电动机负荷很低时，电动机仍要从电网吸取较大的无功功率，从而降低了功率因数，这就是目前电机功率因数低的主要原因。

1.3平衡率低

现场使用的抽油机平衡率低，严重的不平衡造成电力的浪费，造成多数电动机电流变化不均匀，使电动机内耗大大增加，影响整个抽汲系统的效率。

2 抽油机节能应用

常规型游梁式抽油机工作特点是承受交变载荷，悬点运动速度和加速度的变化使载荷极不均匀，工作能耗偏高，不平衡现象普遍存在，地面系统效率偏低，用电多。异向型游梁式抽油机具有峰值扭矩低、所需电动机功率低等特点，运转时平衡效果较好。在相同的情况下，其系统效率比常规型高2.5-4%。前置式游梁抽油机具有平衡效果好、光杆最大载荷小、节能效果好等特点。其缺点是悬点载荷低于额定悬点载荷，造成抽油机资源的浪费，工作时前冲力大，影响机架的稳定性，使它的应用受到制约。现场应用的节能电动机主要有：变级调速、电磁调速电机（滑差电机）、变频调速、高转差率电机、永磁同步电机、双功率电机几种，下面对它们的特性和现场应用情况做一简单陈述。变频调速可以低速轻载启动，抽油机冲次及上下冲程的速比可实现无级调节，可以根据油井井况进行抽空控制，自动调节抽汲参数，有电流保护、过电压保护等作用，但由于价格昂贵和维修不方便等的原因，在现场应用极少。滑差电机可实现无极调速，电机转轴与负载之间为软特征连接，可以平滑启动，但低速时损耗大、效率低，由于应用调速电机的油井多为供液能力差、需实现低冲次运行的油井，此种电机在现场应用不广泛。高转差率电机具有较高的转差率和软的机械特征，较高的堵转转矩和较小的堵转电流，较高的效率、功率因数，适用于转动飞轮转矩较大和不均匀冲击载荷，特别是抽油机用冲击载荷。

3 电机增效对策

可以根据每一台抽油机具体的“症结”所在，综合考虑制定出相应的节电措施，实现抽油机的经济运行，下面提几点措施：（1）提高电动机的负载率。电机低负荷率下的效率低和功率因数低是抽油机浪费电能的原因之一，电动机负载率提到7-12%，则系统效率可提高2-4%，当电机负载率低于25%时，应考虑奉还一个低容量级别的电动机。（2）油井参数优化。针对供液不足井泵效低，耗电量大的现状，采取低速电机和变频器手段进行参数优化，达到节电的目的。（3）合理选用抽油机机型，充分发挥抽油机潜力。抽油机的悬点载荷状况是影响抽油机能耗的主要因素，其理想载荷率为80%左右。由于油井井况多变，因此需要经常调节平衡，另外的原因是，平衡度好的抽油机，在稳定生产的情况下，抽油机拖动电动机发电少。（4）选用节能电动机，改造普通电动机。根据现场情况，选择节能电动机，减小机内损耗，提高电动机本身的运行效率，使抽油机与电动机保持良好的功率匹配，提高效率，节约用电。改造现有普通电动机，在电动机机轴处安装一个带蓄能器的离合器，使电动机实现空载启动，降低启动电流，从而减小电动机的装机功率，提高电机的负载率。电动机的星角接线自动变换装置，在轻载时，Y接线运行，负载增大时，改为角接线运行。（5）安装无功补偿装置。单井功率因数补偿柜是在变压器低压侧投加电容，利用无功就地补偿装置产生的容性电流抵消电动机的感性电流，油井安装无功补偿器后，降低了线路的损耗和变压器的铜耗，从而提高功率因数，提高效率，达到节电目的。（6）使用节能减速器。抽油机节能减速器由一个轴承支座和两个大小不同的皮带轮组成，两个皮带轮通过轴和轴承固定在轴承支座上，轴承支座通过底座螺栓固定在抽油机底座上，大皮带轮通过皮带与电机相连接，小皮带轮与抽油机皮带轮连接，通过加大传动比，在电机功率降低的情况下，满足抽油机悬点负荷要求，实现0.5-4.0次达到降低冲次和节电的目的，其具有启动平稳、运行平稳、优化油井参数、降低电耗与成本的特点。