目前油田电动机节能主要分为三个方面：其一，人为地改变电动机的机械特性，以实现负荷特性的柔性配合，从而提高系统效率，实现节能。这种方法主要是改变电源频率。其二，从设计上改变电动机的机械特性(如高转差电动机和超高转差电动机)，从而改善电动机与抽油机的配合，提高系统运行效率，达到节能。其三，通过提高电动机的负荷率、功率因数，实现节能。下面对油田普遍使用和正在试验的几种电动机进行分析。

　　4.1变频调速电动机

　　变频调速是一项成熟的节能技术，抽油机有两种工作状态：一个是电动机驱动机械设备运动抽油机从电网吸收电能。另外一个是释放能量(机械势能，井下负压，平衡块势能等原因)，由机械设备带动电动机运动，是一个发电的过程。就是说，抽油机在相当长一段时间内，要把势能变为电能回馈电网。在不使用变频器时，这个电能是直接回馈电网的，并没有在本地设备上消耗掉。综合表现为抽油机供电系统功率因数较低。但是在使用变频器时，情况发生了变化。普通变频器的输入是二极管整流，能量不可反方向流动。上述这部分电能没有流回电网的通路，会导致变频器直流回路电压升高而造成直流过压保护，必须将这部分电能处理掉，这就是在抽油机变频上必须使用制动单元或其他相关设备的原因。

　　这种方案是在普通电动机电源上加变频器，降低了电动机的容量，负荷率得到较大提高，变频器的输入功率因数接近1，并且改变了上、下冲程的速比，也改善了抽油系统的配合。这种方案无论从电动机本身还是从系统配合上都达到了节能目的。发电时通过电阻回馈把发电能量放掉。另外，一次投入大，现场管理难度大，而且变频器本身也有功率损耗(约5-8%)，变频器的谐波对电网有影响，并会使电动机附加损耗增大。

　　4.2稀土永磁同步电动机

　　上世纪90年代初，大庆石油学院和西安石油学院对稀土永磁同步电动机进行了研制和现场试验，收到了较好效果。这种电动机的转子由磁钢、稀土材料和启动鼠笼组成。转子损耗比普通异步电动机小得多，因此电动机本身的效率比普通Y系列电动机高约5%，功率因数达到0.9，其额定运行时机械特性比Y系列电动机还硬，因此不能改善机、杆、泵系统配合，起不到系统节能的作用。相同功率的稀土永磁电动机比Y系列电动机成本大约高50%，且启动电流比Y系列电动机还大，启动过程中，电动机转矩有振荡。

　　4.3绕线式异步电动机

　　游梁式抽油机用电动机节能是一个非常复杂的问题，选择方案时要考虑电动机效率、功率因数、系统增效、成本投入、可靠性及现场管理等问题。系统增效是指机、杆、泵整个系统效率提高的潜力;损失效率是指节能系统本身的损耗;启动性能是指电动机启动电流小，启动转矩大为好。

　　5　抽油机能量回馈智能变频控制柜的应用

　　5.1　应用原理

　　抽油机能量回馈智能变频控制柜采用双变频技术，与普通变频柜的主要区别是可以把返回变频器直流环节的再生电能变换成一个和电网电源同步同相位的交流正弦波，经过滤波后把电能反馈回电网，再生利用。

　　直流电压观测和电流运算 交流电压观测和同步发生 IGBT PWM

逆变发生 L-C滤波 电网

　　在对电磁调速电机进行节能技术改造后，将电磁调速电机上的调速器速度设定旋钮调整到最大，然后降低变频器运行频率以达到正常的生产冲次。

　　5.2　应用特点

　　(1)无须更换电机，省时省力。

　　(2)软启动、软停止，降低工频启动造成的电机和电缆的绝缘老化，延长了设备的维修周期及使用寿命。

　　(3)过流、过压、过载、缺相、短路、三相不平衡具有保护功能，提高了设备运行的稳定性。

　　(4)能量回馈电网。采用双变频控制技术，能把负载轻重变化时电机产生的再生电能中97%的电能回馈电网，增加运行经济效益。

　　(5)安全可靠。该装置的应用，可以降低抽油机全系统的运行速度，以减轻传动、运动部分的疲劳和磨损(如油杆、皮带等)，有完全故障保护，使用安全。

　　(6)独特的设计结构，变频主机做了防腐处理，具有防潮、防盐雾功能及运行温度在-105℃～55℃之间，提高抽油机运行的可靠性。

　　(7)具有备用工频旁路系统，根据需要可转工频旁路运行，以保障正常生产。

　　5.3　节能效果

　　本系列抽油机能量回馈智能变频控制柜对11-N20井等28口油井进行了调速电机改造，经过前后对比测试，平均节电率为18%。其中对8口井进行了详细测试，节电率高达31.55%(表1)。

　　表1　调速电机改造前后节电情况对比表 序号 井号 电动机型号 电动机额定功率(kw) 液量

　　(t/d) 安装前 安装后 对比 节电率

　　(%) 日耗电量(kwh) 功率因数 日耗电量(kwh) 功率因数 日耗电量(kwh) 功率因数 1 25-3111 YCT315-8A-Y 22 4.1 269 0.82 92 0.675 -177 -0.145 67.99 2 23N5186 YCT-315B 30 26.9 332 0.55 258 0.743 -74 0.193 38.41 3 30N1011 YCT355-8A-Y 37 5.6 339 42 236 0.777 -103 -41.223 8.3 4 35C10 YCT355-8A-Y 37 30.7 320 0.42 186 0.781 -134 0.361 41.99 5 11N20 Y255M-8 30 5.4 204 0.34 170 0.699 -34 0.359 9.58 6 12N18 YCT315-8A-Y 22 95.1 270 0.01 192 0.812 -78 0.802 63.62 7 12-17 YCT355-8A-Y 37 2.4 210 0.23 177 0.78 -33 0.55 3.39 8 19N12 YCT315-8A-Y 22 7.1 291 0.9 198 0.79 -93 -0.11 19.15 平均 　 　 22.2 279 0.46 189 0.758 -90 0.298 31.55

　　6　结论

　　要进一步提高游梁式抽油机的节能效果，一方面应从改善现有电动机的机械特性入手，使其机械特性与抽油机的负载特性互相配合，在负荷较小时工作特性较硬，负荷变大时特性变软，既可减小轻载时的转差损耗，又可像超高转差电动机那样增大抽油泵柱塞行程，提高泵效，提高系统效率。要达到此目的，最理想的是用频敏材料制造电动机的转子绕组，但目前频敏效果较好的材料研发尚没有取得突破，一旦频敏材料的研究取得突破，必将给电动机的制造和节能开创新的途径。另一方面是研制四象限变频器，这样就可以把电动机发电状态所发的电回馈电网。国外已有此类产品，但价格很高。国内有些单位也在做这方面的工作。总之，尽管目前在游梁式抽油机电动机节能方面做了大量工作，但要解决的问题还是很多，电动机节能情况来还不够理想，还需各方面做出更多的努力。

　　参考文献

　　1、许实章电机学(下册).北京：机械工业出版社，1989: 91-990

　　2、潘波;变频调速三相异步电动机的设计[D];哈尔滨理工大学;2004年

　　3、刘建国;变频技术在改造现有设备中的应用[J];电气开关;2002年04期

　　4、李彦璋,谢龙吉;变频器在油田注水系统中的应用[J];电工技术杂志;2001年11期

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