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1、XX电力科技有限公司关于XX油田XX公司抽油机电机测试及节能潜力分析的报告一、基本情况针对XX油田高升采油厂平均吨液用电量较高的情况,我们对XX公司所属油井电机进行了测试。XX公司现有X口油井，我们测试了X口油井。现有电机基本情况如表1所示。表I-XX公司现有电机型号和厂家情况序号种类总台数型号和功率厂家1普通132Y315M-8,75kwX石油装备开发公司2三相Y315M-8,75kwX实业电机厂4异步Y315M-8,75kwX电机厂1电机Y315S-8,55kwX1Y315M-6,75kwX1YCY315M-8,15kwX1Y315M1-8,75kwX1Y315M1-8,75kwX1YCH
2、X315M-8,5522kwX1315M-8,75kwX1Y315-8,75kwX1Y280M-12,45kwX1Y250,37kwX2YCYJ280M-8,45kwX64YD280-OH2,3727kwX1YCY315M-8,75kwX11Y280M-6,55kwX1Y280M1-8,45kwX4Y280M-12,45kwX2Y280M-12,453122kwX1Y280M-12,45kwX2YCYJD28OM-8,45/30/18kwX1YCYJ280S-8,45kwX1YCYJ280M-12,30kwX14YCYJ280M-8,543122kwX2YCYJ280M-12,30kwX6SJ
3、YT280M-8,45kwX2SJYT280M-8,75kwX22多速电机4YZDCQ315L-12/8,34/55X43高转差电机35YCCH280-8,47.6/31.622.5kwX15YCCH280M-8,51.3/34.6/24.7kwX17YCCH280M-8,45kwX2YCHD280-128,1328kwX14起力电高动矩机54ZYCYT315M1-6/8,5640kwX47ZYCYT315M1-8/12,3727kwX1ZYCYT315M1-8/12,2820kwX4ZYCYT280L2-8/12,4030kwX25变频调速电机63YVP315S-8,55kwX32YVP16
4、0L-6,HkwX4YTB280M-8,45kwX2YTB280M-6,55kwX20YVP315S-10,45kwX56永磁电机16TNYC280M-8,45kwX9TNYC250M-8,30kwX4YCY280S-8,45kwX1TNYC280S-6,45kwX27杆隔型机螺泵爆电7YB2-200L1-6,18.5kwX3YB2-225M-6,30kwX2YB160L-6,IlkwX1YB260L-6,22kwX18能动统用机智拖系专电5ZYCYTF315M-8,75kwX59无铭牌60X电机归类和测试井数如表2所示。表2-XX公司油井电机归类和测试井数汇总表电机种类普通电机多速电机高转差
5、电机高起动力矩电机变频调速电机永磁电机能动机智拖电螺杆泵电机无铭牌合计现有井数XXXXXXXXXX测试井数XXXXXXXXXX说明：普通电机中高压电机未测，智能拖动电机未测，螺杆泵井未测。二、各类电机测试数据分析1、普通电机的测试数据分析在XX公司普通电机的数量比较多，占到总数的1/3。在普通电机中多数是75kW,机座号为Xo现场测试输入有功功率平均值8.53kW,最大功率平均值26.182kW,最小功率平均值-7.589kW0平均负载率为10%左右。可见其运行效率和功率因数都很低。2、多速电机的测试数据分析在普通电机中也有多速电机和多功率电机。多速电机实际上是在Y315机座号上制作成两个转速
6、，一个是8极（约740转/分钟），一个是12极（约490转/分钟）。如果定子是108个槽，12极时电机效率和功率因数还可以。实际上多为72个槽，12极时电机效率和功率因数很低。输入有功功率平均值9.255kW,最大功率平均值26.953kW,最小功率平均值8.131kW平均负载率为15%左右。可见其运行效率和功率因数还是比较低。3、高转差电机高转差电机多数为X机座号，而且是多功率：13kW22kW24kW,34kW45kW55kW等。输入有功功率平均值8.460kW,最大功率平均值24.012kW,最小功率平均值-6.384kW0平均负载率为25%以上。其运行效率和功率因数比前两种情况高得多。
7、最大功率平均值有所下降，最小功率平均值的绝对值也有所下降。另外高转差电机平均电流小一些。4、高起动力矩电机高起动力矩电机多数是YT315机座号，6/8极，5640kWo这种高起动力矩电机也是双速电机，一个是8极（约735转/分钟），一个是6极（约980转/分钟）。输入有功功率平均值9.367kW,最大功率平均值25.739kW,最小功率平均值-9.828kW.平均负载率低于15%o其运行效率和功率因数都比较低。5、变频调速电机实际上，变频调速电机是在电机前面加装了一个变频器。电机有普通电机和高转差电机，也有独立风扇的普通电机。其中多数是55kW,机座号为X。在变频器前，输入有功功率平均值9.5
8、56kW,最大功率平均值26.836kW,最小功率平均值OkW。在变频器后，输入有功功率平均值8.563kW,最大功率平均值27.423kW,最小功率平均值-5.258kW.平均负载率不到15%。其运行效率和功率因数都比较低。从测试数据中可以看出，变频器的工作频率多数在40HZ左右。变频器的平均损耗为IkWo6、永磁电机永磁电机多数为X机座号，功率是45kW8极。输入有功功率平均值10.930kW,最大功率平均值27.390kW,最小功率平均值-7.869kW.平均负载率25%左右。由于永磁电机的特性，即使负载率为20%,其效率也很高,大约在0.9O在测试的6台永磁电机中，功率因数的平均值都比
9、较高。可见永磁电机未退磁。7、无铭牌无铭牌的电机中普通电机比较多，从体积和转速上看，多数是75kW8极和12极的。输入有功功率平均值7.355kW,最大功率平均值24.137kW,最小功率平均值-5.960kW.平均负载率10%以下，其运行效率和功率因数都很低。三、各类电机节能潜力分析1、普通电机的节能潜力最大在用普通电机数量多，平均负载率不足15%,运行效率和功率因数很低。比如，Y315M-875kW电机。额定运行时的各种损耗为：铁损耗1.85kW,定子铜损耗1.74kW,转子铜损耗950W,杂散损耗920W,机械损耗587W。额定运行时效率为0.926,功率因数为0.817。负载率为15%
10、时的各种损耗为：铁损耗1.83kW,定子铜损耗560W,转子铜损耗230W,杂散损耗193W,机械损耗587W,效率为0.768,功率因数为0.302。总损耗为2.938kW0电机输入功率14.65kW0下面来分析一下30kW8极电机的数据，对于相同的负载(lL25kW),其负载率为37.5%,此时的各种损耗为：铁损耗462W,定子铜损耗303W,转子铜损耗65W,杂散损耗68W,机械损耗310W,效率为0.911,功率因数为0.577。总损耗为1.208kW,电机输入功率12.45kW.从上面的数据可以看出，如果换成30kW的电机，提高了负载率，总损耗从2.938kW降至1.208kWo电机
11、输入功率从14.65kW降至12.45kW0有功节电率15%o上述分析的前提条件是：75kW8极电机的负载率为15%,电机的平均输出功率为11.25o现场实际中输入功率的平均值小于IOkW,输出功率只有7kW左右。就是说实际负载率只有10%左右。，运行效率更低。因此，如果换30kW8极电机，节能效果要大于15%,应该在1520%之间。考虑其功率因数的提高，会降低网损。另外，75kW12极电机的额定效率和功率因数比75kW8极电机还要低一些，其运行效率和功率因数更低。因此总体来看，普通电机的节能潜力应该在20%左右。2、多速电机的节能潜力使用多速电机的目的是实现2和3充次的切换。由于需要低转速，
12、因此机座号（Y315）还是降不下来，铁损耗依然很高。从测试数据上看（有功功率平均值9.255kW,最大功率平均值26.953kW,最小功率平均值-8.131kW）,还有15%左右的节能空间。3、高转差电机高转差电机本身又是多功率电机，因此它能比较好地解决“大马拉小车”的问题。平均负载率比较高，其运行效率和功率因数都比较高，节能效果好。如果冲次低时，适当地减小转差，效果会更好。因此高转差电机节能空间不大。4、高起动力矩电机高起动力矩电机负载率提高得不多，平均负载率低于15%o其运行效率和功率因数都比较低。机座号比较大，铁损耗高。因此这种高起动力矩电机的节能空间在10%以上。5、变频调速电机从现场
13、的测试数据看，变频器的平均损耗为IkWo而工人师傅介绍，现在使用的变频调速电机调节冲次的情况比较少。这样变频器就失去了其主要的作用。而且变频器不能把抽油机的发电部分回馈电网，这也是一种浪费。在不需要调节冲次的情况下可以不使用变频器，使用其他节能电机。因此，变频调速电机的节能潜力在15%以上。6、永磁电机永磁电机的功率还是有些高。在转速匹配的情况下，还可以适当降低永磁电机的功率。节能效果会更好。但是选择永磁电机时，一定要注重质量，以防退磁。7、无铭牌这些无名牌电机老化现象比较严重，而且电机平均负载率在10%以下,运行效率和功率因数都很低。因此节能空间在15%以上。总体来看，XXXX公司现有油井电
14、机节能潜力在15%以上。四、电机节能方案1、基本思想我国多数油田开发已经进入中后期，采油成本不断增加，尤其是游梁抽油机。电机节能是倍受关注的问题。近年来，有各种各样的节能电机在油田得到广泛的应用，取得许多成就。但使用中也出现了一些新问题。种节能电机在不同的油井节能效果大不相同，同一口井不同的节能电机节能效果也不同。也就是说节能电机或者节能方案的选择要根据电机特性和油井工况制定。游梁抽油机是一个机、杆、泵组成的复杂系统，节能效果不仅取决于电机拖动系统本身，还取决于油井工况。2、游梁抽油机负载特点(1)游梁抽油机是一种带有冲击性的周期交变负载，起动转矩大，在一个周期(一个冲次)内负载波动很大。这种
15、负载要求驱动电机在选择容量时留有足够的余量，以保证带载起动时能克服抽油机较大的惯性扭矩，满足起动要求。在运行时有足够的过载能力，以克服交变载荷的最大扭矩。为此要留有较大的裕度，这就是造成“大马拉小车”的原因。游梁抽油机在运行过程中电机处于轻载状态，负荷率很低，电机的运行效率和功率因数都很低。(2)游梁抽油机在运行过程中，曲柄的角度是时刻变化的，不同的角度平衡效果是不同的。在一个冲次内电机电流的大小和相位也是不断变化的。在一个冲次中存在两个瞬间发电状态。发电情况与平衡有关，平衡效果越差，发电越多。平衡效果较好时，只有一次发电状态。电机从电动到发电，再从发电到电动，使得电机的平均功率因数变得更低，
16、平均运行效率更低。(3)游梁抽油机是一个复杂系统，在这个系统中抽油杆是不能被忽视的。通常抽油杆都在100O2000米。这样长的抽油杆在运行过程中弹性形变已经很大，尤其是换向加速度大时抽油杆形变更大。这种形变使光杆与泵中的活塞的运动规律产生很大的差异。在大多数情况下抽油杆的弹性形变减少了活塞的实际行程，即降低了抽油泵的充满系数，使游梁抽油机系统效率大大降低。油越稠抽油杆的弹性形变越大，冲次越高抽油杆的弹性形变越大，对提高泵效越不利。3、X种节能电机的特点(1)稀土永磁电机。稀土永磁同步电机的转子由稀土永磁材料和起动鼠笼组成。转子损耗比普通异步电机小得多，因此电机本身的效率比普通电机高约5个百分点
17、，功率因数能达到0.9以上，其额定运行时机械特性比普通电机还硬。起动电流比普通电机大，起动过程中，电机转矩有振荡。稀土永磁电机的价格比普通电机高一些。目前稀土永磁电机经常出现退磁,这是一个麻烦的问题。(2)双功率节能电机。双功率电机与普通电机的区别在于定子绕组不同，定子绕组是一个串联绕组，是一个有抽头的绕组。比如37kW的电机,可以将定子绕组设计成一个为37kW,另一个为22kW。控制柜中有一个电流检测电路，并且能够实现绕组的自动切换。起动时可投入大功率绕组，运行时可投入小功率绕组，小功率绕组的效率和功率因数都很高。这样就较好地解决了“大马拉小车”的问题。双功率电机的大小功率要根据实际情况而定
18、。在解决了“大马拉小车”的问题上，双功率节能电机是一种非常有效的方法。(3)高转差电机。这种电机的转子是一种高阻转子。利用高阻转子实现软特性，当遇到换向冲击载荷时，转速下降。减速机和电机的扭矩变化趋于平缓，峰值扭矩大大降低，抽油杆变形大大减小，从而改善了机、杆、泵的配合，提高了泵的充满系数，增加产液量，达到系统节能的目的。这种电机的不足是滑差高，损耗大一些。高转差电机也比较好地解决了“大马拉小车”的问题。(4)变频调速电机。这种方案是在普通电动机的电源端上加一个变频器，可以适当地降低电机的容量，负载率得到较大提高，电源功率因数接近1,可以调整上、下冲程的速比，能改善抽油机系统的配合，还可以实现
19、平滑调速。对于稠油井调参运行非常方便。美中不足的是抽油机发电时不能回馈，要设法处理好回馈能量的问题。低冲次时电机和变频器发热严重，起动转矩和过载能力不大。另外，变频器本身也有功率损耗(约10%),变频器的谐波对电网有影响，并会使电机附加损耗增大。建议在不需要调冲次(或者很少调冲次)的情况下，尽量不使用变频器。(5)四速节能拖动装置这种拖动装置是减速机和电动机的组合。减速机是一种双速减速机，电动机也是双速电机。这就实现了抽油机的四速驱动，主要适应于供液变化比较大的油井。可以根据供液情况，在4个挡位选取一个合适的挡位。比如，可以实现的4个冲次，1.5、2.2、3和4.2。使用时还可以根据需要，调节
20、皮带轮的大小，还有一个小的调整范围。4、基于工况的节能电机选择游梁抽油机是机、杆、泵组成的复杂系统，电机的节能效果不仅取决于电机和系统本身，还取决于油井工况。XX油田处于开采的中后期，油井工况非常复杂。除高含水外，还有低渗透，供液不足，含砂含蜡，以及稠油等情况。下面对几种常见的节能电机选择方案。（1）对于高含水，泵挂浅（在100o米以内），中冲次（4次左右）的情况。泵挂浅，冲次不高，抽油杆弹性形变不很大。主要是要解决“大马拉小车”的问题，一般可选择双功率电机或稀土永磁电机。（2）对于高含水，泵挂深（在1500米以上），中冲次（4次左右）的情况。泵挂深，尽管冲次不高，抽油杆弹性形变也比较大，主要
21、考虑系统效率问题。建议选择低速高转差电机，高转差电机的机械特性界于普通电机和超高转差电机之间，不是很硬，也不很软。但起动转矩高，起动电流小，过载能力大，可以降低一个功率等级。对解决“大马拉小车”、以及抽油杆弹性形变问题都能起到比较好的作用。（3）对于供液不足，低冲次，而且变化比较频繁的情况。低冲次抽油杆弹性形变不太大，这时主要是实现电机的低转速。从电机设计的角度，随着极数增加电机的功率因数和效率都降低，且体积增大，成本高，一般做到8极，10极或10极以上的电机很少做。因此用低速电机来实现低冲次是不经济的。为了满足低冲次的需要，可采用电机和减速机一体化的驱动装置，比如四速拖动装置。（4）对于稠油
22、，低冲次（一般在12冲）的情况，而且要求冲次调节比较平滑时。选择变频调速电机是比较合适的。尤其是对那些供液量波动比较大的情况，比如有时需要在12冲之间进行调节的情况，选择变频调速电机更为合适。总之，根据电机特性和油井工况合理地选择节能电机，再进行就地无功补偿，游梁抽油机采油系统平均节能20%的目标是能够达到的。影响游梁抽油机电机节能效果的因素很多，要结合具体情况采取节能措施。同一种电机在不同的油井节能效果大不相同，同一口井不同的节能电机节能效果也大不相同。没有一种节能电机能适合每一口井。游梁抽油机电机节能是一个非常复杂的问题，选择方案时要考虑的因素比较多，比如电机效率、功率因数、系统增效、成本
23、投入、可靠性及现场管理等问题。五、建议1、新理念电机节能不仅仅是一个经济效益的问题，而且是技术进步和管理水平的问题。技术改造重点不是靠乙方，而是甲方。合作开发，加强培训，推进技术进步，提高管理水平。2、电机拖动系统的现状目前XX公司所辖抽油机电机种类繁多，老化现象比较严重，许多电机维修过，甚至维修过多次。电机维修后没有经过合格检验就上井了，还有许多电机超过了使用年限。由此造成的电能浪费十分严重。电机管理欠妥，有的电机无名牌，多达15%以上。当电机调换后无跟踪记录，造成无名牌电机的参数和使用年限无法确定。控制柜更是五花八门，很不规范。由于抽油机电机使用量很大，并且在现场条件下很难查清哪些电机合格
24、，哪些电机不合格。这给电机管理工作带来了很大的困难。节能降耗的任务十分艰巨。因此要采用“抽油机电机质量现场测试方法和分析软件”，对在用电机进行一次质量普查。3、查清在用电动机的情况利用电机质量现场测试方法对现有的电机进行一次普查测试，查清在用电机不合格的有多少，也就是该报废的有多少。报废那些不合格的电机,减少额外的能源浪费，这本身就是节能。4、理顺在用电动机的匹配根据现场测试结果把负载率低的电机换下来。根据抽油机的机型和实际载荷，把负载率调整到3040%。提高负载率也就是提高效率，这本身也是节能。理顺就是解决“大马拉小车”的问题。5、优化节能电机方案根据抽油机参数（机型、泵型、泵挂深度等）、工
25、况参数（含水情况、渗透情况、含砂含蜡、稠油等情况），合理地选用驱动电机的类型和节能电机。通过测试和分析，归纳出全面的系统的节能方法。在测试的基础上才能制定出科学的节能电机优化方案。6、逐步改造现有的控制柜目前不仅存在电机老化和管理存在问题，控制柜老化问题也很严重，有的控制柜还在使用老式交流接触器。老化的控制柜隐患多，容易烧电机,也不安全。控制柜设计、制造不规范，可以说是五花八门。绝大多数有两个柜子，一个是漏电保护柜，一个是控制柜，这可能是后加保护造成的。多数控制柜接线很乱，安全隐患多。有些不符合低压（或高压）供配电装置设计规范。多数没有留出进线和出线的测试端口。要制定和遵守规范，逐步改造现有不符合规范的控制柜。7、建立电动机管理档案通过电机普查测试，建立电机管理档案。使XX公司为XX油田电动机管理和节能方面做出一个典范。XX电力科技有限公司202X年X月X日
