1、    油田抽油機節能方式綜述及解決方案            作者：佚名時間：2007-11-24 15:54:00                     摘要：目前，抽油機是應用最普遍的石油開采機械之一，也是油田耗電大戶，其用電量約占

2、油田總用電量的40，且總體效率很低，據調查一般在30左右。油田抽油機負載是獨具特點的時變負載：有動、靜負載特性之分。起動初始狀態要求拖動電機的起動力矩是抽油機實際負載的34倍，甚至更大 關鍵詞：抽油機 節能方式 優缺點  1 概述目前，抽油機是應用最普遍的石油開采機械之一，也是油田耗電大戶，其用電量約占油田總用電量的40，且總體效率很低，據調查一般在30左右。油田抽油機負載是獨具特點的時變負載：有動、靜負載特性之分。起動初始狀態要求拖動電機的起動力矩是抽油機實際負載的34倍，甚至更大，起動力矩是抽油機選配電機的第一要素。當起動力矩適用則負載功率必然匹配不佳，運行負載功率都遠小于電機的

3、額定功率，即所謂“大馬拉小車”現象。過剩的抽油能力令抽油機的無功抽取時間增加，造成油井開采的電費成本居高不下，能源浪費十分嚴重。可見抽油機的節能潛力非常可觀。2 各種節能方式的優缺點目前直接針對抽油機節電的技術主要有兩大類：1） 開發不同類型的抽油機節能電機。如高轉差率電機、三相永磁同步電機、高起動轉矩雙定子結構電機和電磁調速電機（變極雙速電機）等。2） 使用節能配電箱。如定子繞組Y-轉換調壓、電容器動態無功補償及靜態無功補償、可控硅調壓（軟起動）、液態電阻軟起動、變頻電源等2.1抽油機節能電機1） 超高轉差率電機據稱在美國油井上已安裝幾萬臺，節電率達20。但在我國實測結果是超高轉差電機只在輕

4、載30以下負載時有節電效果。主要原因：首先要使用超高轉差率電機節電，對象必須是振動載荷大的井（美國油井的振動載荷慣性載荷都大）。其次要求電機的轉差率要適度，不可過高，一般說各大油田，電機轉差率的最大值不能超過68。近些年，采油工藝的發展日趨于大沖程、低沖次，這種工藝本身就能最大限度的減少慣性負荷和振動負荷，因此超高轉差率電機的應用范圍被大大縮小。2） 永磁同步電機這是一種油田所用的新型抽油機電機，其效率和功率因素都優于一般異步電機。電機本身是硬特性，運行中無轉差。如TYC250M-6，功率37KW，功率因素0.983，額定電流60.6A，堵轉電流12.7倍，堵轉力矩3.69倍。缺點：和高轉差電

5、機比，沒有消減振動載荷的能力，反而會增大對減速箱齒輪的沖擊損害；釹鐵硼材料本身的居里點只在120130，一旦電機燒毀就會失磁；此外轉子級數已定，不能適用調參的需要實行變極調速。3） 雙定子電機雙定子電機是一種新型的異步電機，做成兩部分定子。起動時集兩部分的合力矩以加大起動力矩，待起動完成時則切除一部，留下另一部分運行，以適應低負荷時以低功率來匹配達到節電的目的。缺點電機的制造難度和成本增加。4） 電磁調速電機在抽油機既定的負荷條件下，通過僅改變其繞組結構完成6/8極，8/12極的單繞組非倍極改型設計，使其運行在原井抽油機上，其負荷率從2080變化，電機都運行在高效區，這種方式既適用于舊電機改造

6、，又適用于新電機生產。2.2節能配電箱1) 定子繞組Y-轉換調壓電機正常運行時，定子繞組為接法，起動時為Y接法。起動時繞組電壓為電網額定線電壓的根號3分之一，起動電壓降低，待接近額定轉速時，定子繞組轉換為接法，控制簡單，但每次起動需要人工干預，減壓范圍一定，用途受到限制。2) 電容器動態無功補償及靜態無功補償無功補償的基本原理是把容性負荷與感性負荷并聯在同一個系統中,能量在兩者之間互相轉換。這樣,感性負荷所需的無功功率可由容性負荷提供,功率因數也提高了,也減小了無功損耗,還可以提高設備的有功功力、降低功率損耗和電能損失。根據以上的想法,如果在高壓電動機起動時并聯適當電容值的電容器,同樣可以補償

7、起動時的無功功率,減小起動電壓降。其工作原理是:在啟動高壓電動機時,同時將電容器投入,經過適當的時間,迅速退出電容器組。整個過程可理解為無功功率的就地補償,只是時間很短。電容補償起動的優點在于起動時,電動機的端電壓不降低同樣可以減少起動電流,并且不減少起動轉矩,縮小起動時間。圖1 電容補償起動控制系統圖3) 可控硅調壓（軟起動）一般稱之為電機的軟起動，通過采用晶閘管調壓電路來控制電壓的大小。如圖2所示：圖2 晶閘管調壓電路雖然采用雙向晶閘管實現了定子電壓隨負載變化的連續調節，節電效果較好，但是電源電流波形發生畸變，電網諧波污染嚴重，另外在油田的惡劣環境下，其可靠性等都受到制約。同時結構復雜，成

8、本較高。4) 液態電阻軟起動在起動過程中, 將可變電阻串入定子, 實現限流, 在起動完成后將它短接。電阻的可變性是靠改變電解液電阻箱的極板距離實現的。電解液電阻箱串入定子的方法在本質上屬于降壓起動, 它是以犧牲起動力矩為代價的。電阻值隨著電機轉速的升高而均勻減少, 借以不斷增加起動力矩, 并為短接時不產生電流沖擊準備條件。其系統如圖3所示。圖3 液態電阻軟起動在定子回路中串入電液變阻起動器的三相電阻, 其中Q F1 為主機運行斷路器,Q S 為隔離開關,Q F2 為星點短接斷路器, RS 為電液變阻起動器。電液變阻器由三個相互絕緣的電液箱構成, 內部分別盛有電液及一組相對應的導電極板, 導電極

9、板為一動一定, 動極板組通過傳動機構及伺服控制系統控制運行。起動開始后, 根據電動機起動電流的大小可自動地調整液阻值, 使整個起動過程控制在較小起動電流下均勻升速, 而液阻無級切除, 從而實現電動機的軟起動。優點成本低，易于維護，工作環境要求不高；缺點：體積大，占地面積大。5) 變頻電源隨著大功率半導體器件的發展，研制具有高性能價格比的抽油機專用變頻電源是有發展前途的油田節能產品。如采用基于雙PWM變頻電路的電源系統，實現電能的雙向流動，同時具有輸入功率因素校正作用。電壓型雙SPWM變頻器主電路如圖4，雙SPWM變頻器控制策略如圖5。圖4 電壓型雙SPWM變頻器主電路以上新型雙SPWM變頻電源

10、實現了能量的雙向流動，且功率因素接近1，是抽油機類頻繁可逆、快速制動負載的最佳電源選擇，其節電效率可達15。其缺陷是設備成本較高，控制系統復雜，在油田的惡劣環境下工作，其可靠性防盜等都成問題。但長遠來看，應該是發展方向。圖5 雙SPWM變頻器控制策略3 解決方案基于以上分析，結合實際。擬訂以下解決方案。1） 研制和生產節能型抽油機專用電機針對油田情況，設計和生產油田抽油機專用特種電機：抽油機用永磁同步電機，電磁調速電機和雙定子電機可以在很短的時間內，得到相關產品，并推向市場。2） 研制和生產液態電阻軟起動系統液態軟起動技術，其研究成本較低，周期短，能適應油田惡劣的工作環境，維修簡單。容易為廣大的油田用戶所接受。場地問題在油田不是很突出，以此為相關電機的起動解決方案，結合特殊設計的油田抽油機電機，可以較快的贏得市場和客戶。3） 研究和試推廣雙SPWM變頻系統此項系統是較為先進的技術，其工業化和市場化的時間較長，但其無