程薈宇（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

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CDY型調(diào)速電動(dòng)機(jī)在抽油機(jī)井上的應(yīng)用

程薈宇（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

提高機(jī)械采油系統(tǒng)的運(yùn)行效率，已成為各油田節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要的問(wèn)題。電動(dòng)機(jī)作為抽油機(jī)的拖動(dòng)裝置，是耗能的主要設(shè)備。目前游梁式抽油機(jī)上較為常用的電動(dòng)機(jī)主要是Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，普遍存在起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小的問(wèn)題，且不具備轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能，能耗較高。CDY型智能高效開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在抽油機(jī)井上應(yīng)用取得了良好的效果，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)速方便，節(jié)能效果好，運(yùn)行安全可靠，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

智能高效開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)井應(yīng)用節(jié)能

提高機(jī)械采油系統(tǒng)的運(yùn)行效率，已成為各油田節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要的問(wèn)題［1］。目前，游梁式抽油機(jī)上較為常用的電動(dòng)機(jī)主要是Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，普遍存在起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，運(yùn)行功率因數(shù)低（0.3左右），電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率低（60%左右），能耗較高等問(wèn)題，且不具備轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能，無(wú)法進(jìn)行抽油機(jī)沖速的無(wú)級(jí)調(diào)整，不能協(xié)調(diào)油井供排關(guān)系［2］。根據(jù)抽油機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，抽油機(jī)拖動(dòng)裝置應(yīng)具有較高的可靠性，較長(zhǎng)的使用壽命，較好的軟起動(dòng)性能，負(fù)載率在25%～60%范圍內(nèi)也能具有較高的運(yùn)行效率和功率因數(shù)，容易實(shí)現(xiàn)沖速的改變從而合理的協(xié)調(diào)油井的供排關(guān)系，提高抽油泵的運(yùn)行效率，可以提高電動(dòng)機(jī)的效率和負(fù)載率，進(jìn)而提高油井系統(tǒng)運(yùn)行效率；可以根據(jù)生產(chǎn)需要，方便地調(diào)整沖速，提高泵的充滿系數(shù)，從而提高電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)減少無(wú)功損耗，提高油井系統(tǒng)運(yùn)行效率；可以減少泵的干磨，降低維護(hù)費(fèi)用，找出最佳沖速，提高油井產(chǎn)量。為此，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出了采用CDY型智能高效開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為游梁式抽油機(jī)拖動(dòng)裝置的應(yīng)用研究課題，并取得了良好的試驗(yàn)應(yīng)用效果。

1　調(diào)速電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介

1.1組成

CDY型智能高效開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)主要由磁阻電動(dòng)機(jī)、調(diào)速控制器、控制柜三部分組成，三個(gè)部分互為整體，缺一不可。CDY型開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯有12個(gè)齒極，轉(zhuǎn)子鐵芯有8個(gè)齒極，均由導(dǎo)磁良好的硅鋼片沖制后疊成，與普通電動(dòng)機(jī)一樣，轉(zhuǎn)子與定子之間有很小縫隙，轉(zhuǎn)子可在定子內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。由于定子與轉(zhuǎn)子都有凸起的齒極，這種形式也稱(chēng)為雙凸極結(jié)構(gòu)。在定子齒極上繞有線圈（定子繞組）是向電動(dòng)機(jī)提供工作磁場(chǎng)的勵(lì)磁繞組。在轉(zhuǎn)子上沒(méi)有線圈，這是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)。

1.2工作原理

CDY型開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)是利用磁阻最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小路徑閉合，利用齒極間的吸引力拉動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，定子12個(gè)齒極上繞有線圈，徑向相對(duì)的4個(gè)線圈連接在一起組成一相，該電動(dòng)機(jī)有3相，結(jié)合定子與轉(zhuǎn)子的極數(shù)就稱(chēng)該電動(dòng)機(jī)為三相12/8結(jié)構(gòu)。A、B、C三相線圈由開(kāi)關(guān)控制電流通斷，約定轉(zhuǎn)子啟動(dòng)前的轉(zhuǎn)角為0°，A相線圈接通電源產(chǎn)生磁通，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，磁力線可看成極有彈力的線，在磁力的牽引下轉(zhuǎn)子開(kāi)始逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30°為止，到了30°轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)磁路最短。為了使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30°前已切斷A相電源，在30°時(shí)接通B相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，于是轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60°為止。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60°前已切斷B相電源，在60°時(shí)接通C相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，于是轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90°為止。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90°前切斷C相電源，轉(zhuǎn)子在90°的狀態(tài)與前面0°開(kāi)始時(shí)一樣，重復(fù)前面過(guò)程，接通A相電源，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣不停地重復(fù)下去，轉(zhuǎn)子就會(huì)不停地旋轉(zhuǎn)，這就是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理。

2　調(diào)速電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)

1）電動(dòng)機(jī)效率高，損耗小。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)永磁體，允許較高的溫升，且繞組均在定子上，電動(dòng)機(jī)容易冷卻散熱，在轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化范圍較大時(shí)均能保持效率在90%以上。

2）運(yùn)行安全。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子沒(méi)有繞組和磁鐵，且控制系統(tǒng)工作可靠。轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無(wú)關(guān)，只需單方向繞阻電流，每相一個(gè)功率開(kāi)關(guān)，功率電路簡(jiǎn)單可靠，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

3）調(diào)速范圍寬，可在120～1900r/min范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。轉(zhuǎn)子上沒(méi)有電刷結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，適合于高速驅(qū)動(dòng)?？刂旗`活，易于實(shí)現(xiàn)各種再生制動(dòng)能力?？梢詫?shí)現(xiàn)抽油機(jī)上行程和下行程分別調(diào)速，甚至可以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)下行程電動(dòng)機(jī)零速運(yùn)行，不僅可以節(jié)約電能，而且可以提高抽油泵充滿系數(shù)，提升泵效。

4）能夠頻繁啟停（1000次/h）及正反向轉(zhuǎn)換運(yùn)行，適用于正反向運(yùn)轉(zhuǎn)的特殊場(chǎng)合。

5）具有軟啟動(dòng)功能，保護(hù)功能齊全。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，低速時(shí)更為突出。

6）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，有較高轉(zhuǎn)矩慣量比。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，系統(tǒng)噪聲低。

7）油井調(diào)參方便?？梢愿櫽途鲆毫康淖兓?，調(diào)整抽油機(jī)的沖速，使抽油機(jī)工作在最佳的工作狀態(tài)。

8）能夠采用集中直流供電，減少線路損耗。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2014年，某采油廠根據(jù)智能高效開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)控的特點(diǎn)，對(duì)部分油井系統(tǒng)運(yùn)行效率較低、耗電量大、需要經(jīng)常調(diào)節(jié)沖速的低效井實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造，以達(dá)到最大限度地節(jié)能降耗。先后選擇4口低效油井，實(shí)施開(kāi)關(guān)磁阻節(jié)能電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)改造，并取得良好的技術(shù)改造效果。在確定油井井號(hào)、數(shù)量和配套智能高效開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的規(guī)格、型號(hào)后，組織人員在更換電動(dòng)機(jī)之前對(duì)原電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，并做好記錄，然后拆除原電動(dòng)機(jī)，安裝CDY型智能高效開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。智能高效開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試完畢之后，匯總所有測(cè)試數(shù)據(jù)，與原來(lái)電動(dòng)機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)節(jié)能效果。表1為CDY型智能高效開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)在游梁式抽油機(jī)上應(yīng)用前后運(yùn)行參數(shù)測(cè)試對(duì)比數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表。

由表1得出，最低有功節(jié)電率為27.70%，最低無(wú)功節(jié)電率為77.51%，最低綜合節(jié)電率為33.22%。4口油井平均功率因數(shù)由原來(lái)的0.344提高到0.979，平均功率因數(shù)提高了0.635，有功百米噸液耗電和無(wú)功百米噸液耗電均有了不同程度的下降，4口油井平均系統(tǒng)效率由原來(lái)的20.56%提高到32.55%，平均系統(tǒng)效率提高了11.99%，平均有功節(jié)電率為32.98%，平均無(wú)功節(jié)電率為92.86%，平均綜合節(jié)電率為37.74%，取得了良好的節(jié)能技術(shù)改造效果。

4　結(jié)論

1）節(jié)能效益顯著。4口油井有功功率下降了8.38kW，油井日節(jié)電201.1kWh，則年節(jié)電7.34× 104kWh，電價(jià)按0.631元/kWh計(jì)算，一年產(chǎn)生的直接節(jié)電效益為4.63萬(wàn)元。

2）減排效益顯著。按照節(jié)約1kWh減少0.272 kg碳排放計(jì)算，則該節(jié)能調(diào)速電動(dòng)機(jī)應(yīng)用后每年可減少碳排放19967.2kg。

3）提升了油井系統(tǒng)效率。油井實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造后，油井系統(tǒng)效率得到普遍提升，4口油井平均系統(tǒng)效率由原來(lái)的20.56%提高到目前的32.55%，平均系統(tǒng)效率提高了11.99%。

4）減少了無(wú)功損耗，提高了油井功率因數(shù)。4口油井平均功率因數(shù)提高了0.635，減少線路損耗，減少線路及供電容量，節(jié)約投資成本、減少維護(hù)費(fèi)用。

5）節(jié)約油井維護(hù)費(fèi)用。智能高效開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)具有軟啟動(dòng)及平滑無(wú)級(jí)調(diào)速功能，可以及時(shí)方便調(diào)節(jié)油井的工作參數(shù)，使抽油機(jī)工作在最佳工作狀態(tài)，降低泵的磨損，使油井的作業(yè)周期延長(zhǎng)1倍以上，每口油井每年可減少油井維護(hù)費(fèi)1.5萬(wàn)元左右。

6）安全可靠性好。產(chǎn)品性能安全可靠，自投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用以來(lái)，該系統(tǒng)運(yùn)行正常，極少發(fā)生運(yùn)行機(jī)制故障，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單。

7）具有良好的性價(jià)比。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、調(diào)速范圍寬、調(diào)速性能優(yōu)異、且在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高效率，系統(tǒng)可靠性高，與變頻調(diào)整調(diào)速系統(tǒng)和無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)兩者相比，產(chǎn)品價(jià)格便宜，具有優(yōu)越的性價(jià)比。

表1　CDY型智能高效開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)應(yīng)用前后運(yùn)行參數(shù)測(cè)試對(duì)比

［1］朱益飛，石曉明，馬冬梅.提高孤東油田機(jī)采系統(tǒng)效率的探討［J］.電力需求側(cè)管理，2009，11（4）：44-48.

［2］程明，劉佳暢.淺談變頻技術(shù)在油田抽機(jī)上的應(yīng)用［J］.變頻技術(shù)應(yīng)用2011，6（1）：94-114.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.09.018

2015-04-20）

程薈宇，2012年畢業(yè)于哈爾濱商業(yè)大學(xué)（財(cái)務(wù)管理專(zhuān)業(yè)），從事油田儀表維修工作，E-mail：chenghuiyu1990@sina.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)第一采油廠儀表安裝維修大隊(duì)，163453。