抽油機電機高耗（hào）低效探因及節能降耗措施

【91麻豆国产福利品精電機導讀】：在勝利（lì）油田等各采油廠，電（diàn）機是（shì）原油生產的主要動力，被廣泛應用在油（yóu）田生產生活的各個領域，機械（xiè）采油、注水、油氣集輸三大係統的電力驅動裝備幾（jǐ）乎是電機，可以說電機（jī）是油（yóu）田（tián）的主要用電設備（bèi），占總耗電量的80%。然而，在實際生產過程中，由於管理技術水平等問題，很多電機（jī）處於輕載（zǎi）、低效、高耗能的運行狀態，電能浪費嚴重。因此，電機節能降耗是（shì）油田節電降耗、降低開采成本的主要（yào）探（tàn）索（suǒ）方向。

一、電機高耗（hào）低效（xiào）運行的原因

勝利油（yóu）田（tián）使用電機的機采係（xì）統、輸油（氣）係統、注水係統、水泵係統，其電（diàn）機的運行狀況（kuàng）均不樂觀，離（lí）經濟運（yùn）行有一定的差距，造成電機效率低下，能耗過大。其原因主（zhǔ）要有以下（xià）幾個方（fāng）麵：

1.1老舊（jiù）電（diàn）機數量仍然（rán）較多

部分電機使（shǐ）用時間過長，內部材料老化嚴重（chóng），有些電機的（de）使（shǐ）用時間在20-30年以上；而（ér）另一部（bù）分電（diàn）機（jī）製造工（gōng）藝已屬落後淘汰技術，各類（lèi）技術性能參數遠（yuǎn）差於新型電機（jī）。無論是電機過舊還是製造工藝過時，均會造成電機運行負擔加（jiā）重，電機效率低下，電機損耗也遠遠高於新裝或新型電機。

1.2電機匹（pǐ）配不（bú）當，運行設置不科學（xué）

機械設備與電機配套不合理，包括形式選用不合理、容量選用不合理、轉矩和轉速選用，不合理等現象比（bǐ）較普遍，而機動（dòng）設備的用戶也由於對設備的選用不合理，運行方（fāng）式（shì）不合（hé）理，造（zào）成大量的（de）電（diàn）機處於低效率運行狀態。很（hěn）多電機在選（xuǎn）配時沒有認真規劃，導致（zhì）真正投入使用後電機額定功（gōng）率對匹配功率過大（大馬（mǎ）拉小車）或過小（小馬拉大車）的問題。其中“大馬拉小車”使電機多損耗了一部分空載損耗；而“小馬拉大車（chē）”則使（shǐ）電機超負荷運行，電機負擔過重，電機溫升過高，嚴重影響電機使（shǐ）用壽命。

1.3特殊工（gōng）藝或生產發展需要是電機高耗低效運行的重要因素。

（1）采油係統（tǒng）。抽（chōu）油機由於其特殊的運行要求，所匹配的抽油機電機必須同時滿足最大衝程，最大衝次（cì），最（zuì）大允許掛重的（de）三個（gè）要求，還須具有足夠的堵轉轉矩，以克服抽油機啟動（dòng）時嚴重的靜態不（bú）平（píng）衡。因此，往往抽油（yóu）機在設計時確定的安裝容量裕度較大。如6型抽油機配Y200L-6/18.5kW，10型抽油機配Y250M-6/30kW等，但實際（jì）功率卻比額（é）定功率要小的多。因（yīn）此，在抽油機電（diàn）機的（de）選配上（shàng）往往安裝了容量較大的電機，增加了電機（jī）的空載損耗；而抽（chōu）油機（jī）的特殊的負荷變化（huà），使得電機的無用功增加（jiā），這都使采油係（xì）統和電機的效率較低。

（2）泵類。鑒於油田（tián）對輸油注水站點（diǎn）擴容的（de）考慮，有時在泵及電機的（de）選配上采取以大帶（dài）小的方法，以滿足以後發展的需要，但很多（duō）站點輸（shū）油量或注水量較（jiào）小或（huò）不斷萎縮，造成原來的泵機組配置過大，即嚴重的“大馬拉小車”，且這種狀況更多的時候不能立即更變，造成較為（wéi）嚴重的電能損失。

二、電機（jī）節能測試實（shí）驗

為了研究電機節能潛力，特對油田中電機使用最廣泛的抽油機電機和泵類電機進行了節能測試實驗。

2.1抽（chōu）油機電機節能（néng）實驗

對孤東油田2-13-14井的電機進行了測試，實驗主要是通過更換電機（改變電機額定功率大（dà）小）來論證節電潛力。

監測發現，在2-13-14井上將（jiāng）Y160 M-6（7.5 kW）電機更換為Y112 M-4B5（4 kW）後，額定功率雖然降低3.5kW，但保證了正常（cháng）的生產需要，且抽油係統效率（lǜ）略有（yǒu）升高，平衡度保持在80%-110％之間，有功功率從2.39 kW降（jiàng）低到（dào）1.45 kW，平均有（yǒu）功節電率（lǜ）達（dá）到了36.08%。

通過該實驗說明：對抽（chōu）油機（jī）等負載不平穩的係統，可根據（jù）電機的實際有功功率大小，選用或更換匹配的（de）電機，降低額定功率，減小功率損失，提高（gāo）電機電能利用率。

2.2泵類電機節（jiē）能實驗

對孤東聯合站2#鍋爐房的4#水泵電（diàn）機（jī）進行測試實驗，方法是對（duì）電機在安裝變頻裝置前（qián）後的功率變化情（qíng）況（有（yǒu）功（gōng）節電率）進行測（cè）算，進而論證變頻器對電機的影響。水泵電機控製櫃安（ān）裝（zhuāng）了變頻器後，可根據生產需要自由調節頻率，進而改變泵流量和有功功率，為了方便說明問題，我們可以采集多個頻（pín）率點進行對（duì）比，測算節電率，監測中選取工頻（50 Hz）和47 Hz兩個頻率點。通過監測，頻率在47 Hz時，有功功率比工頻（50 Hz）時減小4.56 kW，功率因數提高0.0917，有功節電率（lǜ）達到了14.29%。

通過該實驗說明：安裝變頻裝置後，不僅可（kě）以自由設置頻率，即電機以不同的轉速運行，從而達（dá）到需（xū）要的生產參數（如流量），方便生產中靈活調配，而且還可以在保證生產要求的前提下，提高功率因數，降低有功（gōng），減少不（bú）必要的損耗，是電機節能的有效途徑。

三、抽油機電機節能措施

電機降低損耗主要從恒定（dìng）損耗（鐵耗和機械損耗（hào））、銅耗及雜散損耗這三個方麵人手，實際（jì）中的（de）各種措施也是以減少這三種損耗中一個或多個為本質的方（fāng）法，具體的應用中則（zé）主要有以下幾種措施：

3.1選（xuǎn）用高效節能型電機或（huò）專用電（diàn）機，淘（táo）汰老（lǎo）舊落後電機

高（gāo）效節能（néng）型（xíng）電機（jī）的電機（jī）損耗僅（jǐn）是傳統落後電機（jī）的幾分之一，但電機（jī）效率卻明顯高於同狀態下一般（bān）電機，是老舊落後電機更替的首選（xuǎn）。

（1）永磁同步電機。抽（chōu）油機上使用的永磁同步電機（jī）是一種異步啟動的同步電機，由轉子交流啟動後牽入同步運行，類似於交流同（tóng）步電機。其運行是靠定子繞圈在氣隙中產生的旋轉磁場與轉子上磁鋼間的相互吸引，使轉子與定子氣隙磁場同步（bù）旋轉而做功。其（qí）轉子等效電阻電路，故功率因數（shù）高（gāo），因無磁勵電（diàn）流，其空載損耗小。電（diàn）機效率（lǜ）可達96％左（zuǒ）右，較三相異步電機高。

（2）直（zhí）流電機。直流電機（jī）有優良的控製性能，其機械特性和（hé）調速特性均為平行的直線（xiàn），這是（shì）各類交流電動機所（suǒ）沒有的特性。此（cǐ）外，直流（liú）電動機（jī）還有起動轉矩大、效率高、調速方便、動態（tài）特性好等特點。

（3）其他專（zhuān）用電機。對有特（tè）殊工藝要求的設備，其對電機某一方麵性能的要求（qiú）不同，應結合具（jù）體情況具體裝配，盡量減少因普通電機為彌補專用電機性能而造成額外電機電（diàn）耗。

3.2正確匹配電機功率

在選擇電機（jī）時應注意以下兩點：

（1）如果電機功率選得過小，就會出現“小馬拉大車”現象，造成電機長期過載，使其絕緣因發熱而損壞，甚至電機被燒毀。

（2）如果電機功率（lǜ）選得過大，就會（huì）出現“大馬拉小車”現（xiàn）象。其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數和效率（lǜ）都不高，不但對用戶和（hé）電網不利，而且還會（huì）造成電能（néng）浪費。

要正確選擇電動機的功率，必須（xū）經過（guò）以下計算或（huò）比較：

（1）對（duì）於恒定負載連續工作方式，所選電（diàn）機的額定功率應（yīng）等（děng）於或稍大於計算所得的功率。

（2）短時工作定額（é）的電機，與功率相同的連續工（gōng）作定額的電機相比，最大轉（zhuǎn）矩大，重量小，價格低。因此，在條件許可（kě）時，應盡量選用短時工作定額的電機。

（3）對於斷續工作定額的電機，其（qí）功率的選擇要根（gēn）據負載持續率（lǜ）的大小（xiǎo），選用專門用於斷續運行方式的電機。此外，也（yě）可用類比法來選擇電動（dòng）機的功率。所謂類比法。就是與（yǔ）類似生產（chǎn）係統所用電機的（de）功率進（jìn）行對比。

具體做法是：了解本單位或附近其（qí）他單位的類似生產係統使用多大功率的（de）電機，然後選用相近功率的電機進行試車。驗證所選電機與生產機械是否匹配。驗證的方法是：使電機（jī）帶動生（shēng）產機械運轉，用鉗形電流（liú）表測量電機的（de）工作電流，將測得（dé）的電（diàn）流與該電（diàn）機銘牌上標出的額定電流進行對比（bǐ）。如果電機的實（shí）際工作電流與銘（míng）牌上標出的額定電流上下相（xiàng）差不大，則表明所選電機的功率合適。

如果電機的實際工作電流比銘牌上標出的額定電流低70％左右，則表明電機的功率選得過大（dà）（即大馬拉小車）應調換功率較小的電機。如果（guǒ）測得的電機（jī）工作電流比銘牌上（shàng）標出的額定電流大40%以上，則表明（míng）電機的（de）功（gōng）率選得過小（即“小（xiǎo）馬拉（lā）大車”，應調換（huàn）功率較大的（de）電機。

3.3針對不同係統，合理（lǐ）調整係統參數，科學維護，加強管（guǎn）理節能

電機的日常維護也是決定電機是否高（gāo）效低耗經濟運行的重要因素，要按照係統參數設（shè）置的要求，定期檢（jiǎn）查（chá）電機運轉情況，優化管理和維護。避免電機長時間超負荷、高溫運行，對電機效率過低、不（bú）能經濟運（yùn）行的電機要及時進行原因監測分析，調整負載（zǎi）狀態，盡可（kě）能地保（bǎo）持電機長時（shí）間處於經濟運行狀態。

對運行的各（gè）個係統，進行正確的（de）參數設置，監控電機與終端裝置的匹配（pèi）狀況，避免“大馬拉小車”和“小（xiǎo）馬拉（lā）大車”現象（xiàng），讓電（diàn）機始終保持在經濟（jì）運行位置。

（1）機（jī）采係統。采油係統具有電機啟動電流大，運行功率（lǜ）遠低於（yú）電機額定功率，負荷時刻變化，有上下兩個臨界點，這些特點要求（qiú）定期使用嵌型電流表等（děng）簡易儀器測試抽油機上下衝程最大電流，調整平（píng）衡度（dù），使抽（chōu）油機平衡度保（bǎo）持在80%-110%，將電機的無用功降低到最小。此外，對日產液量太小的油井，采取間開的方法，既可（kě）以聚（jù）積采油能量提高采油效率，又（yòu）可節約間歇停（tíng）井時的電量，如（rú）一天平均（jun1）停井12小時，相應的可節省50％的電費。

2008年（nián）6月，孤東采油廠選（xuǎn）擇了60口抽（chōu）油機井進行電機中（zhōng）間軸改造，在不影響液量和原油正（zhèng）常生（shēng）產的情況下，單（dān）井平均衝次降（jiàng）低1.8次／分，單井平均輸入功率下降2.49千瓦，單（dān）井日節電59.5千瓦時，係統效率提高5.05％，綜合節電率達29.8％。該技術的應（yīng）用不僅解決了供液不足、動液麵低、產（chǎn）能低的抽油機井運行能耗大的問題，而且解決了抽油（yóu）機井其動力矩大與運行功（gōng）率小之間的矛盾，避免（miǎn）了抽（chōu）油機不必要的（de）高速運行導致的能耗大、減速箱磨損快等問題。

（2）泵係統。無論是輸油泵、注水泵或循環水泵（bèng），均要監控壓力值，推算或測（cè）量流量變化，分析生產需求與泵、電機的生產能力的匹配（pèi）情況。對嚴重大材小用的（de）泵、電機，可考慮更換較小容量，或對電機進行調速，降低有功功率；對嚴重不能滿（mǎn）足生產的可以增加泵數量或更換大容量泵（bèng）和電機。

3.4使用軟（ruǎn）啟動、變頻調速（sù）裝置或安裝節電（diàn）裝置

通常感應電動機采用直接啟動或一般啟動的方法，電機的全壓起動電流為額定電流的5-7倍，不僅損耗大，對電網衝（chōng）擊（jī）也大（dà），機械磨損，振漏大。如果用變頻調速啟動，可以將（jiāng）起動電流限（xiàn）製到很小，即（jí）使是滿載起動，也（yě）隻（zhī）比額定電流稍大就可以了（le），損耗大大降低，既不衝擊電網（wǎng），又（yòu）不衝擊機（jī）械。

四、結束語

目前使用較多的（de）電機是交流電機，約占各（gè）類電機總數（shù）的85％以上，它（tā）具（jù）有結構簡單、價廉、不（bú）需維護等優點，但它的弱點是（shì）調速困難，因（yīn）而在許多應用場（chǎng）合受到（dào）限（xiàn）製或借助機械方式來實現調速。使用（yòng）變頻器調速信號傳遞快、控製（zhì）係統時滯小（xiǎo）、反應靈敏、調節係統控製精度高（gāo）、使用方便、有利於（yú）提高產（chǎn）量、保證質量、降（jiàng）低生產成本，因而使用變（biàn）頻器是企業節能降耗的首選產品。

變（biàn）頻器就負（fù）載類型而言主要有兩方麵的典型應用：

（1）以（yǐ）改進工藝為主要目的，確保工（gōng）藝過（guò）程中的最佳轉速、不同負（fù）載下的最佳轉速以及準（zhǔn）確定位等。以（yǐ）其優良的調速性能，提高生（shēng）產率、提高產品質量、提高舒適性，使設備合（hé）理化，適應或改善（shàn）環境等（děng）。

（2）以節能為主要目的，以流（liú）量或壓（yā）力需要調節的（de）風機、泵類（lèi）機械的轉速（sù）控（kòng）製來實現節能（néng），改造效果非常顯著（zhe）。

隨（suí）著節能節（jiē）電技術的不斷發展，針對電機節電的各類節電（diàn）裝置也不斷湧現，其主要原理是通過各種不同手段動態調節電機運行狀態過程（chéng）中的電壓（yā）電流，在保證電機轉速的（de）前提（tí）下，保持（chí）電機的輸出轉矩與負（fù）載的（de）精確匹配，有（yǒu）效地減少有（yǒu）功功率（lǜ）和無功功率損（sǔn）耗，也相（xiàng）應減少了磁損耗，同時使電機的功率因數提高。一般情況下綜合節電率在15％以上。