抽油機(jī)節(jié)能電機(jī)的應(yīng)用分析

耿鵬

常規(guī)的游梁抽油機(jī)其設(shè)計(jì)使用的是傳統(tǒng)的異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)平均負(fù)載率低，而且會(huì)浪費(fèi)巨大的電能。目前，河南油田自行研究應(yīng)用了超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)、永磁同步電機(jī)、變頻調(diào)速電機(jī)、多級(jí)電機(jī)等節(jié)能型電機(jī)。對(duì)上述節(jié)能電機(jī)的應(yīng)用情況及節(jié)能原理進(jìn)行分析研究后認(rèn)為，以上的節(jié)能電機(jī)都能通過(guò)不一樣的途徑達(dá)到節(jié)約抽油機(jī)電能消耗的相同目的。并且對(duì)于以上的節(jié)能電機(jī)市場(chǎng)應(yīng)用前景和現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

就目前而言，油田使用的抽油機(jī)一般為常規(guī)游梁抽油機(jī)，這是一種帶負(fù)荷的啟動(dòng)裝備。在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候需要較小的轉(zhuǎn)矩，但是啟動(dòng)的時(shí)候轉(zhuǎn)矩非常大，所以在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)用中，需要設(shè)計(jì)比游梁抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)功率大很多的變壓器以及電機(jī)。雖然這樣可以解決啟動(dòng)的問(wèn)題，可是在正常運(yùn)行的情況下電機(jī)處于輕載狀態(tài)，電機(jī)的效率和電網(wǎng)的功率都被大大降低，使無(wú)功消耗被提升。由于大部分的游梁抽油機(jī)其功率使用率都不到百分之二十五，因此，油田的經(jīng)濟(jì)效益受到嚴(yán)重的影響。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多年不斷摸索多種途徑以達(dá)到節(jié)能降耗的目的，有了一定的成果，本文對(duì)抽油機(jī)節(jié)能降耗的實(shí)際應(yīng)用情況作出探討和分析。

永磁同步電機(jī)節(jié)能原理及特點(diǎn)

在結(jié)構(gòu)上，異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)十分相似，不同之處在于永磁同步電機(jī)中插入稀土永磁鋼，使原本的異步電機(jī)轉(zhuǎn)化為同步電機(jī)。這樣一來(lái)，大量的定子邊勵(lì)磁被減少，同時(shí)，轉(zhuǎn)子邊的鐵和銅的損耗也可以大大降低。使功率效率和因數(shù)大幅提高，配電設(shè)備容量以及電機(jī)升溫都被降低。由于永磁同步機(jī)和y系列電機(jī)的安裝尺寸與外形結(jié)構(gòu)十分相似，這樣一來(lái)，在現(xiàn)場(chǎng)換用時(shí)也非常便利。

超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)

節(jié)能原理簡(jiǎn)介：由節(jié)能控制箱及超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)組成的抽油機(jī)節(jié)能帶動(dòng)設(shè)置，控制箱及電機(jī)可以按照要求做成連體式或者分體式，這種為游梁抽油機(jī)特別制造的電機(jī)和控制箱使用更加方便。超高轉(zhuǎn)差率的電機(jī)其特征為機(jī)械較軟，啟動(dòng)時(shí)所需的電流較低，轉(zhuǎn)矩交高；在節(jié)能控制箱箱則有缺相、過(guò)載、過(guò)熱等功率因數(shù)和保護(hù)功能作為補(bǔ)償。

應(yīng)用及分析：

在抽油機(jī)中的超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)，其在一個(gè)沖次內(nèi)速度變化較大，利用系統(tǒng)中的動(dòng)能均衡作用能夠?qū)p速箱的最大凈距減少百分之四十。這增加了最小扭矩，由于扭矩的變化范圍不大，扭矩曲線(xiàn)比較平坦。這樣一來(lái)齒輪由于疲勞而產(chǎn)生的破壞被減輕，加速器齒輪使用過(guò)程中產(chǎn)生的事故也有所減少。

光桿運(yùn)行的速度規(guī)律被超高轉(zhuǎn)差率改變，由于超高轉(zhuǎn)差率機(jī)具有的軟特性，使光桿即便是在重載過(guò)程中也能呈現(xiàn)出勻速運(yùn)行的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候其加速度幾乎為零。因此抽油桿不但最大應(yīng)力被減小，其應(yīng)力的變化范圍也被減小，降低了斷脫和疲勞的幾率。

超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)具有啟動(dòng)電流小和啟動(dòng)扭矩大的特點(diǎn)，其裝機(jī)功率較低，因此使得電機(jī)固定損耗被降低。

由于抽油機(jī)的重載運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輕載運(yùn)行的時(shí)間，因此在超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)上設(shè)計(jì)高效區(qū)時(shí)，需要把高效區(qū)設(shè)計(jì)在輕載荷區(qū)之上。盡管超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)其額定功率不高，可是普通電機(jī)的效率還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于超高轉(zhuǎn)差率機(jī)的。

由于普通的電機(jī)抽油機(jī)在使用時(shí)會(huì)接近上下死點(diǎn)，才能使拖動(dòng)電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，該文原載于中國(guó)社會(huì)科學(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的《環(huán)球市場(chǎng)信息導(dǎo)報(bào)》雜志http：//www.ems86.com總第535期2014年第03期-----轉(zhuǎn)載須注名來(lái)源這時(shí)，拖動(dòng)電機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行，將電能傳輸給電網(wǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗大大增加。若想消除發(fā)電狀態(tài)，就可以使用超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)。

超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)具有合理的匹配方式，因此其功率因數(shù)能夠有百分之五十到百分之八十的提高。并且無(wú)功功率能達(dá)到百分之六十以上的降低率。使電網(wǎng)電路和電流的損耗率達(dá)到百分之五十。

變頻調(diào)速電機(jī)

原理及基本性能：使用電腦程序?qū)﹄姍C(jī)的變頻控制柜進(jìn)行控制，能夠充分將電機(jī)與抽油機(jī)結(jié)合起來(lái)，兩者的工作特性可以得到融合。這種方法利用了自動(dòng)識(shí)別上、下行程的功能，總動(dòng)將上行程以及下行程的功率速度進(jìn)行調(diào)整，具有靈活性和穩(wěn)定性，在這個(gè)基礎(chǔ)上，還可以依據(jù)電機(jī)的頻率轉(zhuǎn)速對(duì)抽油機(jī)沖次進(jìn)行增加或減少，使抽油機(jī)增加泵效，平衡油汲，在工作時(shí)保持最好的狀態(tài)。

優(yōu)缺點(diǎn)：由于使用了變頻調(diào)速進(jìn)行控制，使電機(jī)功率因數(shù)達(dá)到了0.9以上，因此，能夠使電網(wǎng)以及變壓器的負(fù)擔(dān)得到減輕，同時(shí)線(xiàn)損率也能夠被降低；根據(jù)油井在實(shí)際應(yīng)用中的供液能力，可以運(yùn)用變頻調(diào)速控制對(duì)抽汲數(shù)獨(dú)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整，不但可以節(jié)約電能，同時(shí)還能使原油產(chǎn)量得到增加。比如對(duì)低產(chǎn)能的井田任意減少?zèng)_次，使泵的空行程被減少，能使泵效提高百分之二十左右。

低速電機(jī)

低能電機(jī)的原理及基本性能：保持頻率f不變，對(duì)異步電機(jī)其磁極對(duì)數(shù)p進(jìn)行改變，能夠讓它的同步轉(zhuǎn)速n也隨之改變。這樣一來(lái)，當(dāng)電機(jī)在一定的負(fù)荷之下產(chǎn)生穩(wěn)定變化時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)減少泵的空行程以及使抽汲速度得到調(diào)整的目的。

低能點(diǎn)擊的應(yīng)用分析：一般而言，配備低速電機(jī)有兩種方式：第一種是直接在新抽油機(jī)上裝備低轉(zhuǎn)速電機(jī)。但是這種方法并不適合老抽油機(jī)，因?yàn)槠涑杀据^高，所以往往是新抽油機(jī)上使用。第二種是改造抽油機(jī)上的電機(jī)。這種方式新老抽油機(jī)都適合，相對(duì)而言成本較低，而且改造以后抽油機(jī)最低沖次可以比原來(lái)減低一半。

就目前而言，永磁同步電機(jī)的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，在市場(chǎng)上投放的幾十個(gè)品種，其運(yùn)行以后發(fā)現(xiàn)具有很高的穩(wěn)定性和可靠性，傳統(tǒng)的異步電機(jī)已經(jīng)被取代，永磁同步電機(jī)補(bǔ)償了電容器的不足，而且使電機(jī)本身實(shí)現(xiàn)了節(jié)能效果，從根本上使集采系統(tǒng)電網(wǎng)其運(yùn)行和優(yōu)化的問(wèn)題得到解決。由此可見(jiàn)，永磁同步電機(jī)具有很好的推廣應(yīng)用前景。