油井电动机及控制柜节能性能分析与应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 油井电动机及控制柜节能性能分析 与应用 摘 要： 随着油田建设大油田步 伐的不断深入， 注、采液量逐步增加， 油田能耗不断上升， 对节能工作的要 求也越来越高。本文根据油田生产实际， 从电动机、控制柜两个方面阐述了如 何做好节能工作。 中国论文网 /1/view-12780556.htm 关键词： 电动机 控制柜 节能 应用 中图分类号：TM921.41 油田采油设备以游梁式抽油机为 主， 抽油机的节能显得尤其重要。游 梁式抽油机具有结构简单， 易损件少， 故障率低， 维修简单的优点，但也存 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 在起动困难， 系统效率低的缺点。大 部分抽油机采用普通 Y 系列异步电机 作为动力装置。采用异步电机拖动的游 梁式抽油机主要存在以下问题：为了能 保证抽油机的起动， 匹配的电机功率 偏大造成大马拉小车现象， 使得用电 效率非常低。由于电机不能调速， 抽 油机冲次不能及时调整， 不能协调供 排能力。 一、电动机的节能 油井电动机常用的电动机异步电 动机、Y 系列异步电动机、高转差异步 电动机、同步电动机。异步电动机也是 根据电磁感应原理， 把电能转换为机 械能即进行能量传递和转换的一种电气 设备， 输出机械转矩的原动机。现代 化的生产机械大部分是用电动机来确定 的。 1、Y 系列异步电动机： Y 系 列三相笼型异步电动机是我国生产的一 种较新的基本系列电动机。起动转矩大、 噪声低、振动小、防护性能好、A 全可 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 靠、维护方便和外形美观等优点， 并 且符合国际电工委员会（IEC） 标准。 Y 系列异步电动机具有成本低、便于安 装、便于维护的特点。其缺点是： 不 能调速； 带载起动能力差； 偏离额定 功率点后， 功率因数低 （ 抽油机上 使用的一部电动机一般为 0.4 左右） ， 能耗高。 2、高转差异步电动机： 具有以 下主要特点： 具有超高的转差率（保 证值为 12%14%） ， 可有效的减少抽 油系统的最大负荷及负荷变化范围， 减小减速器最大净扭矩及扭矩变化幅度， 减轻减速器和抽油杆的疲劳程度，大 幅度的延长抽油系统的使用寿命， 减 少停机时间和维修费用， 降低生产成 本。用该电动机取代普通低转差率电动 机驱动抽油机， 热（ 均方根） 电流 及功率峰值可减少 30%50%， 无功 电流明显降低， 对供电容量的需求可 降低 40%， 单位吨液电耗将减少 15% 30%。通过改变电动机引出线的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 接线方式， 形成四种（ 八极电动机为 三种） 定额（ 转矩） 输出， 可以使 抽油机与电动机保持良好的功率匹配， 整个抽油机系统的效率可提高 5%30%。 优点： 可以产生较高的启动转矩， 使 电动机的装机规格下降一个等级。缺点： 功率因数较普通异步电动机高， 较同 步电动机低， 机械特性硬， 对负载的 冲击大， 易发生泵杆断脱等井下故障。 3、永磁同步电动机：具有自起 动能力的稀土永磁同步电动机综合了异 步电动机和同步电动机的优点， 异步 起动同步运行。效率可高于异步电动机 36 个百分点； 功率因数可达 0.6 以 上； 同时具有起动力矩大， 过载能力 强的特点。优点： 功率损耗小， 平均 运行效率高。额定效率可达 92%以上， 且高效区得到充分的展宽， 轻载效率 明显高于普通 Y 系列异步电机功率因 数高。普通同步电机功率因数的大小由 其转子励磁电流来决定，而稀土永磁电 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 机功率因数的大小由其转子永磁体磁场 强弱来决定， 因此经优化设计， 功率 因数可在 0.7 以上。在轻载的一定范围 内， 功率因数还可超前， 可起到补偿 电容的作用。起动力矩大， 过载能力 强。稀土永磁电机采用新型的转子结构， 减少了无功电流，提高了功率因数与 效率， 降低了电机温升， 使电机的额 定功率的过载能力有较大提高。在相同 额定功率情况下， 过载能力提高了 10%， 而 30 KW 永磁电机与 45 KW 普通 电机的启动能力相当。缺点： 永磁电 机的不足之处是， 若使用不当， 在过 高温度或过低温度下工作， 在冲击电 流所产生的电枢反应作用下， 或者在 剧烈的机械振动下， 有可能产生不可 逆的退磁， 使电机的性能下降， 甚至 无法使用。 二、控制柜节能 1、抽油机节能拖动装置控制箱： CJT 系列抽油机控制箱的电气控制系 统具有断相、过载、短路、过热等项保 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 护作用， 及电流跟踪指示， 故障记忆、 线路停电恢复供电后延时自启动、电流 调节， 负载消耗电能指示等项功能。 拖动装置具有四种输出转矩型式， 可 通过改变电动机引出线的接线方式来实 现转矩型式的变换。根据用户要求，装 置可装配补偿电容， 提高功率因数。 2、间开型抽油机节能控制柜： 间抽控制器由于抽油机是按照油井最大 化的抽取量来进行选择的， 并且还留 有设计余量。另外， 随着油井由浅入 深的抽取， 井中液面逐渐下降， 泵的 充满度越来越不足， 直到最后发生空 抽的现象， 如果不加以控制， 就会白 白地浪费大量的电能。对于这种油井， 最简单的方法是实行间抽， 即当油井 出液量不足或发生空抽时， 就关闭抽 油机， 等待井下液量的蓄积， 当液面 超过一定深度时， 再开启抽油机， 这 样就提高了抽油机的工作效率， 避免 电能浪费。 （2）抽取的速度会变快。 （3）抽至地面的流体的量会明显减少。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 （4）电流和功率因数会明显下降。通 过应用智能化控制手段，令抽油机的工 作能力与油井负荷建立起优化的匹配关 系， 就可以节省抽油机用电。具体地 来说说， 就是通过微电脑控制系统通 过感应电流和电压相位角的变化， 感 知井下负荷的变化（装载率的变化） ， 自动测知油井的实际负荷， 当半满捞 或空捞D 即泵空发生时， 自动令抽 油机停止工作。 3、变频调速控制柜： 根据抽油 机的运行特点， 抽油机的拖动系统要 具有高的可靠性， 较长的使用寿命， 较好的软起动性能， 负载率在 25% 80%范围内有较高的效率和功率 因数， 较宽的调速范围， 能够适应野 外露天环境。改变抽油机的冲次， 使 抽油机的机杆泵整个系统达到较佳配合， 提高了系统效率。将永磁同步电机和变 频调速装置结合在一起， 可以将两者 的优点溶为一体， 而且还能解决其缺 点， 达到理想的高效调速目的。利用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 永磁同步电机的大起动转矩及高效率特 性， 能够保证应用小功率电机代替以 前所用电机， 有效解决“大马拉小车” 问题。利用变频调速装置的频率调节功 能能够使永磁同步电机的转速无级可调， 实现调速功能。永磁同步电机本身的 效率就很高， 而变频调速又是目前最 高效的无级调速方法， 两者组合生成 的永磁变频调速系统是目前非常理想的 高效调节方式。永磁变频调速系统优点： 无级调速， 调速方法简单， 调速过 程平滑， 调速范围广。高效率、高功 率因数（1） ， 并且在各种负荷状态时 都具有很高的效率和功率因数。较高的 起动性能和较大的过载能力， 能满足 抽油机起动时需要的高转矩， 较好地 解决“大马拉小车问题 ”。零起动、软起 动功能， 在省电的同时， 可大幅度降 低对供电变压器装机容量的要求， 并 使电机振动及噪音大大减小。缺点： 变频调速控制柜在一定功率范围内可以 起到节能作用， 在抽油机的负载率超 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 过 80%， 变频调速系统非但起不到节 能作用反而浪费电能。变频器产生的高 次谐波对电网的污染严重， 影响其他 电器设备