油田电机合理匹配的节能降耗在油井上的应用

油田电机合理匹配的节能降耗在油井上的应用
摘要：抽油机作为机械举升的主要方式之一，其能耗的合理控制一直是困绕采油工程技术人员的难题。

本文应用机采井节能理论的研究成果，结合油田实际从管理角度上阐述了抽油机井实现节能的有效途径之一，是常规电机的合理匹配。

关键词：节能；电机；抽油机
引言
在完善了电机合理匹配理论设计方法的基础上，应用该理论指导了部分井合理匹配的实践，见到了较好的节能效果。

为油田在管理节能上提供了有力的技术支持。

1 机采井节能的理论基础
鉴于目前国内机械采油井多应用旋转电机作为其动力源的实际，在此着重探讨机采井应用旋转电机节能的理论基础。

1.1 节能电机简介
在国外对节能电机的通俗叫法是“高效率或高效电机”，而我国通常叫节能电机。

高效电机：简单的说就是在制造上确保其运行效率尽量的高，在借助于控制系统使其在高效率区间（85-95%）运行的电机。

1.2 机采井拖动装置节能的理论基础
机采井节能在理论上所追求的是“机采井的机械特性与电机特性间的合理匹配”，也就是说，真正实现机采井运行负载与电机输出负载间的合理匹配。

注意：匹配讲的是设备机械扭矩与旋转电机输出扭矩之间的匹配，这点一定要注意，以往人们多认为描述电机应该用功率这是一个误区。

1.2.1抽油机拖动装置的设计方法
在抽油机拖动装置的设计中我们是依据满足抽油机曲柄旋转扭矩的要求来设计电机的。

需要注意的是选择电机时必须要考虑电机的扭矩。

①、均方根扭矩的计算方法
依据净扭矩曲线计算其均方根扭矩
式中：Te—均方根扭矩 kN.m N—等分区间数—瞬时扭矩值
经验公式的计算结果，在示功图的测试回放结果中就已经计算完成，这为我们直接调用提供了方便，两种方法的比对结果显示，应用经验公式计算的结果与净扭矩曲线方法的计算结果其相对误差在4%以内，能够满足现场的需求。

1.3 机采井拖动装置节能的设计原则
利用能量守恒原理不难看出：所谓机采井的节能实质上是指“机采井的机械特性与电机特性间的合理匹配”，从而确保电机始终在高效区域运行。

客观的讲，就常规的Y系列电机而言，当其在高效区域（85-95%）运行时，我们通常所说的节能设备对其节能是不起什么作用的。

1.3.1一体化抽油机节能拖动装置：
指电机具有多速、多功率或超高转差率等特性，并配有专用（实现电机上述特性）的控
制柜，此时的合二或合三（含特殊变压器）为一才能称之为一体化，而并不是将配电箱装在
电机上就叫一体化。

1.3.2抽油机井的节能拖动装置应满足的条件
在综合考虑了抽油机的机械特性、电机的特性及其节电率的情况下，我们认为在选用抽
油机节能拖动装置时应考虑如下几个问题：为有效的延长抽油机的使用寿命，要求其配套的
拖动装置应具备较软的启动特性，为确保供排关系的平衡，要求其配套的拖动装置在启动后
的正常运行中其转速基本恒定，具备根据抽油机井的工况，自动调整其输出功率的功能，以
达到其最佳的合理匹配，尽量选用磁级数≥8的电机，以确保其扭矩足够大，适当降低装机机
座号（装机功率）。

2 电动机星-角接线转换应用的理论基础
针对目前油田在用抽油机井存在大马拉小车问题较多的实际，我们从理论上探讨了应用
电动机星角接法转换，达到使其与负载近似匹配的可行性。

2.1 接线方法的改变
电动机星角接法转换，是根据电动机负载变化情况，用改变绕组接线方式来调整电压，
使其与负载近似匹配，从而达到一定的节电效果。

当电动机满载时，负载率大于40%，应用
角形接法，全电压（380V）运行；电动机轻载时，负载率小于40%，应用星形接法，绕组在220V电压下运行。

2.2 实现星-角的理论依据
由于本文探讨的为非自动的星-角转换，即需要给出直接采用星运行的条件，要求实现星
运行后电机不能过载，同时又能够实现合理匹配。

2.2.1适用场合
应用星—角接法对电动机进行节电转换，应注意以下几点：
1）星角形接法属电动机调压，只能用改变绕组接线方式来调整运行电压，即只能380V、220V跳跃变换，不能随负载率变化任意调整电压。

2）电动机绕组角接转换为星接后，电压降为原电压的；起动转矩与电压平方成正比，
降为原起动转矩的1/3。

2.2.2 关于星—角转换电机功率的确定
①交流电路中的电功率
在交流电路中电功率分为视在功率S，有功功率P和无功功率Q。

其中：
②有功功率的计算
对于恒定的负载而言，在功率因数一定的条件下（实际上△接与Y接中的不可能相等）。

a假设负载恒定，△接与Y接中的相等则：
结论：是否具备角接直接变为星接的条件是：这种方法适用于电动机绕组角接，接线盒
有6个接线柱，处于轻载运行或满载—轻载交替运行的电动机。

角-星形接法转换只需对电动
机一、二次接法略为改动，改法简单，可有效地避免大马拉小车的不经济运行方式。

3 常规电动机合理匹配的现场试验
为了进一步提升我队机采井的管理水平，本着确保抽油机井经济、安全、平稳运行的原则，对我队抽油机井电机的匹配情况进行了详细分析结果。

我队抽油机井在用电机的匹配情
况不容乐观，主要存在两类问题，一是大马拉小车井15口，小马拉大车井2口。

结合目前
实际，提出A井与B井进行电机调整。

3.1 A井与B井现状
A井在用机型为CJ-A型，使用冲程3.6；使用冲次8，在用电机为DJ-A型，名牌功率
55kW，抽油泵为CA型；
B井在用机型为CJ-B型，使用冲程4.2；使用冲次10，在用电机为DJ-B型双速可调电机，名牌功率20 /30kW，抽油泵为CB型。

目前，A井在用的是节能电机，一直处于超负荷运行，进入伏天后，此井存在烧电机的
隐患；而B井又是大马拉小车，上述两井具备实施电机逐级匹配的条件，对A井与B井的电
机进行互换。

3.2 电机调整设计结果
应用抽油机拖动装置的设计方法的理论，对A井与B井的电机对调情况进行了预测，情
况如下：
电机调整预测结果表
从上述计算结果中可以看出，A井与B井的电机对调是合理的
4 结论
1为有效的延长抽油机的使用寿命，要求其配套的拖动装置应具备较软的启动特性；
2为确保供排关系的平衡，要求其配套的拖动装置在启动后的正常运行中其转速基本恒定；
3 尽量选用磁级数≥8的电机，以确保其扭矩足够大，适当降低装机机座号；
4 电机的合理匹配，是实现机采节能的有效途径之一；
5对于如何开展星形接法运行的匹配，应尽快的开展一些试验。

参考文献：
[1]王鸿勋采油工艺原理 1982年 2-16
作者简介：刘坤：男，1989年5月30日出生，吉林省松原市宁江区，大专，现从事油测试工作。