确定抽油井用电动机损耗区分析方法的探讨

陈德兵 陶庆军 徐辉

【关键词】平均负载率 平均自然功率因数 能耗挖潜区

油田系统中，生产能耗主要体现在电力、燃料、水资源三大块，电力消耗又分为采油、注水、输油三大块。2019 年我厂电力消耗总计7749.8 万度，占总能耗的73.2%;其中，采油系统消耗占总电力消耗量65.7%，因而抽油井是主要用电设备。以“大数据”作为研究依据，确定降低抽油井电力消耗作为降本增效的突破点。

1. 背景

在油田配电系统中，抽油井电动机是主要用电负荷，512口井负载率统计分析见表1

结论： 采集数据中抽油井电动机负载率大于20% 的占40%。

512 口井自然功率因数分析见表2。

结论：电动机功率因数大于0.4 的占30%。而《石油企业抽油井管理标准》规定：电动机功率因数大于0.4，其负载率大于20%。

2. 方案

2.1 文献综述

2.1.1 异步电动机的电流—效率特性曲线【1】说明：曲线反应效率随电流的变化特征。同时，电流的大小反应负载的大小，即成正比关系。因此我们利用负载率—效率特性曲线来确定临界负载率。

2.1.2 异步电动机效率——自然功率因数特性曲线【1】说明：功率因数和效率随负载率的增加有相似的变化规律，即效率和功率因数都随负载率的增加而增大。因此我们利用负载率—功率因数的散点图来建立数学模型。

2.2 采集参数，绘制负载率—效率特性曲线图，确定临界负载率

采集抽油井YCCH280-8 型電动机的参数，并计算效率和负载率统计结果见表3。

绘制负载率与效率关系见图1：

结论：确定临界负载率为13%、20%，并将图形区域划分电动机三个损耗区域，即在0-13% 之间的区域为挖潜区b1，负载率在13%-20% 之间的区域为低效区b2，负载率在20%-90% 之间的区域为高效区b3。

2.3 采集参数，绘制负载率功率因数散点图，建立数学模型。

2.3.1 采集90 口抽油井用YCCH 型电动机的参数并绘制负载率—功率因数散点图（如图2）;

小结：依据90 口抽油井实际运行数据建立数学预测，相关系数R 检验、回归系数的显著性t 检验、回归方程的显著性F 检验，均反应了变量X 和Y 在关键区域的线性关系合理。因此，可以根据电动机的实际负载率，通过数学模型y1和y2 确定电动机的功率因数，调整小于临界负载率β3 的电动机参数，从而选择合适功率的电动机档位或者进行无功补偿，来降低用电设备的消耗，达到节能的目的。

3. 现场应用

电动机损耗区分析方法在我厂五个作业区运用发挥了良好的效果，下面通过有代表性的三口井做详细说明见表4。

结论：抽油井电动机负载率越低，措施实施后节电效果越好;抽油机平衡度对提高功率因数影响大;电动机功率的选择是提高功率因数的关键;提高功率因数的步骤是：先进行电机参数调整，再进行抽油机平衡度调整，再进行整套装置的无功补偿，实施后，整体功率因数可提高到0.9 以上，平均节电率达到13%，达到节能降耗减排的目的。

4. 结语

抽油井电动机运行时的负载是不断变化的，用平均功率法判断电动机运行状态，准确表达了电动机的实际运行参数，因此，我们用专用电动机参数测试仪器对抽油井电动机进行测试，并计算得到不同负载率β、效率η，根据电动机负载率和效率特性曲线确定临界负载率β1 和β2，运用临界负载率β1 和β2，根据负载率和功率因数特性散点图建立数学模型y1 和y2，根据数学模型y1 和y2 确定第三临界负载率β3 为15%，按照数学模型确定电动机工作在哪个区域，便于准确方便调整负载率小于15% 电动机的参数或者更换适合功率的电动机。