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據(jù)統(tǒng)計，到2008年底，大慶油田有抽油機(jī)井(柱塞泵井)37803口、潛油泵井2101口、螺桿泵井4584口，與之配套的電動機(jī)有數(shù)萬臺。可見，電動機(jī)節(jié)能是大慶油田當(dāng)前節(jié)約能源，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)和社會效益的主方向。電動機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的主要內(nèi)容包括:推廣高效節(jié)能電動機(jī)(稀土永磁電動機(jī))，逐步淘汰低效電動機(jī);合理匹配電動機(jī)拖動系統(tǒng)，消除“大馬拉小車”現(xiàn)象;提高電動機(jī)效率，逐步采用交流調(diào)速取代直流調(diào)速等。大慶油田在用電動機(jī)主要是Y、Y2系列。2003年上海電器科學(xué)研究院建立Y3系列低能耗要求，同時，GB18613—2012《中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及能效等級》也對電動機(jī)節(jié)能提出了新要求，但在大慶油田還沒有大面積推廣。
2電動機(jī)節(jié)能技術(shù)
(1)要提高電動機(jī)的效率，除了增加硅鋼片和銅線的用量及縮小風(fēng)扇尺寸等措施外，還必須在新材料應(yīng)用、制造工藝及優(yōu)化設(shè)計等方面采取措施。比如，英國Brook公司對硅鋼材料的改進(jìn)，以及南陽防爆電動機(jī)參與的鑄銅轉(zhuǎn)子電動機(jī)的研究都取得了很大的成績。(2)應(yīng)用磁性槽楔或槽泥改造電動機(jī)，原理是消滅由電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子槽齒效應(yīng)產(chǎn)生的高頻渦流損耗和磁滯損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。(3)星－三角轉(zhuǎn)換、改接線，通過改變繞組電壓和電流來改變電動機(jī)的實際輸出功率。這種方法使得電動機(jī)的輸出功率變?yōu)樵瓉淼?/3。減少輕載或空載運(yùn)行，避免異步電動機(jī)效率下降到60%以下。(4)油田在用的螺桿泵永磁同步電動機(jī)，轉(zhuǎn)子采用永磁技術(shù)，相比傳統(tǒng)的銅轉(zhuǎn)子，永磁轉(zhuǎn)子可以減少15%～30%的損耗。另外，電力電子器件和空間矢量控制理論技術(shù)的進(jìn)步，解決了同步電動機(jī)無法自起動的問題。(5)軟起動、PLC(可編程序控制器)控制、變頻調(diào)速等方法都和永磁電動機(jī)或隨著大功率電力電子元件發(fā)展起來的變頻技術(shù)密不可分。永磁電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、效率高、起動轉(zhuǎn)矩大，節(jié)能效果明顯。特別是螺桿泵永磁同步電動機(jī)，由于其自身的優(yōu)點，在油田的應(yīng)用越來越多。下面重點對永磁電動機(jī)在油田的應(yīng)用進(jìn)行介紹。
3永磁電動機(jī)在油田的應(yīng)用
3．1永磁電動機(jī)的分類
根據(jù)建立磁場的方式的不同，電動機(jī)可分為電勵磁電機(jī)和永磁電機(jī)。常規(guī)永磁電機(jī)分為以下五類:永磁直流電動機(jī)、異步起動永磁同步電動機(jī)、永磁無刷直流電動機(jī)、調(diào)速永磁同步電動機(jī)和永磁同步發(fā)電動機(jī)。
3．2油田抽油機(jī)用永磁電動機(jī)的特點
抽油機(jī)是油田主要生產(chǎn)機(jī)械，抽油機(jī)對電動機(jī)的要求是大起動轉(zhuǎn)矩、高效率和寬廣的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍。若采用一般的異步電動機(jī)，為滿足抽油機(jī)大起動轉(zhuǎn)矩的要求，需配置特殊要求的大容量異步電動機(jī)。這樣，電動機(jī)的功率就會較大，在正常運(yùn)行時平均負(fù)載率較低，效率和功率因數(shù)低，造成電能的大量浪費。油田抽油機(jī)用380V永磁同步電動機(jī)包括11kW、15kW、18．5kW、22kW、30kW、37kW、45kW共7個功率等級，與一般異步電動機(jī)的替代關(guān)系如表1所示。從表1中選取22kW、6極永磁同步電動機(jī)與其所代替的37kW、6極異步電動機(jī)進(jìn)行性能對比，如表2所示。可見，永磁同步電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩能夠滿足要求，起動電流與異步電動機(jī)基本相當(dāng)，效率和功率因數(shù)明顯高于異步電動機(jī)。綜上所述，永磁同步電動機(jī)具有以下特點。(1)功率因數(shù)高。通過合理設(shè)計，可以使其工作在滯后功率因數(shù)，甚至超前功率因數(shù)。(2)效率高。正常運(yùn)行時無勵磁損耗，高功率因數(shù)使得定子電流較小，定子繞組損耗較小。這在小功率電動機(jī)中體現(xiàn)得尤為明顯。(3)具有寬的效率范圍。永磁電動機(jī)在25%～120%額定負(fù)載范圍內(nèi)都有較高的效率。
3．3螺桿泵永磁同步電動機(jī)在油田的應(yīng)用
螺桿泵永磁同步電動機(jī)采用立式安裝，空心軸結(jié)構(gòu)。螺桿泵位于地下千米，它的光桿連接永磁同步電動機(jī)的空心軸。這樣，永磁同步電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩可直接傳遞給螺桿泵，省去了現(xiàn)有抽油機(jī)復(fù)雜的皮帶減速傳動裝置、齒輪箱減速傳動裝置和防反轉(zhuǎn)制動機(jī)構(gòu)，也同時省去了人工反復(fù)更換皮帶輪、變速調(diào)參等檢修、維護(hù)工作，大大節(jié)約了人力、物力。螺桿泵永磁電動機(jī)結(jié)構(gòu)相對簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高。和直流電動機(jī)相比，它沒有直流電動機(jī)的換向器和電刷;和異步電動機(jī)相比，它不需要無功勵磁電流，因而效率和功率因數(shù)高，定子電流和定子電阻損耗減小;和普通同步電動機(jī)相比，它省去了勵磁裝置，簡化了結(jié)構(gòu)，提高了效率。基于螺桿泵永磁電動機(jī)的諸多優(yōu)點，大慶油田已經(jīng)開始逐步推廣、應(yīng)用螺桿泵采油技術(shù)。相信在不久的將來，螺桿泵永磁電動機(jī)在油田的應(yīng)用會越來越多。
作者:阮萬江 鄧麗偉 龐博美 單位:大慶油田電力集團(tuán)電力工程技術(shù)服務(wù)公司電器設(shè)備修造廠 大慶油田電力集團(tuán)供電公司中心試驗所
