在勝利油田各采油廠，電動機是原油生產(chǎn)的主要動力，廣泛應(yīng)用于油田生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。機械采油、注水、油氣集輸三大系統(tǒng)的電力驅(qū)動設(shè)備幾乎都是電動機，電動機是油田的主要電氣設(shè)備，占總用電量的80%。然而，在生產(chǎn)實踐中，由于管理技術(shù)水平等問題，許多電機處于輕載、低效率、高能耗的運行狀態(tài)，造成電能的嚴(yán)重浪費。因此，節(jié)能降耗是油田節(jié)能降耗的主要探索方向。

一、電機高耗低效運行的原因

勝利油田在機械采油系統(tǒng)、油(氣)輸系統(tǒng)、注水系統(tǒng)和水泵系統(tǒng)中使用電動機。電機運行狀況不容樂觀，與經(jīng)濟運行相去甚遠，導(dǎo)致電機效率低下，能耗過大。主要原因如下：

1.1舊電機的數(shù)量仍然很大

部分電機使用時間過長，內(nèi)部材料老化嚴(yán)重。有的電機用了20-30年以上；而另一部分電機制造技術(shù)已經(jīng)落后過時，各項技術(shù)性能參數(shù)遠不如新電機。無論是電機太舊還是制造工藝過時，都會造成電機運行負擔(dān)增加，電機效率低下，電機損耗遠高于新安裝或新電機。

1.2電機匹配不當(dāng)，操作設(shè)定不科學(xué)

機械設(shè)備與電機匹配不合理，包括形式、容量、扭矩、速度等選擇不合理。電機設(shè)備用戶也因設(shè)備選擇不合理、運行方式不合理而處于低效運行狀態(tài)。很多電機在匹配時沒有經(jīng)過精心規(guī)劃，導(dǎo)致電機投入使用后，額定功率與匹配功率相比過大(大馬拉車)或過小(小馬拉車)的問題。其中“大馬拉小車”使電機失去一部分空載損耗；但“小馬拉車”使電機超負荷運行，電機負擔(dān)過重，電機溫升過高，嚴(yán)重影響電機使用壽命。

1.3特殊工藝或生產(chǎn)發(fā)展需要是電機高消耗、低效率運行的重要因素。

(1)采油系統(tǒng)。由于抽油機的特殊運行要求，配套電機必須同時滿足最大行程、最大行程和最大允許懸重三項要求，且必須有足夠的堵轉(zhuǎn)扭矩，以克服抽油機啟動時嚴(yán)重的靜態(tài)不平衡。因此，抽油機設(shè)計中確定的安裝容量裕度往往很大。比如6型抽油機配Y200L-6/18.5kW，10型抽油機配Y250M-6/30kW，但實際功率遠小于額定功率。因此在抽油機電機的選型中往往安裝容量較大的電機，增加了電機的空載損耗；然而，抽油機特殊的負載變化增加了電機的無用工作，使采油系統(tǒng)和電機的效率降低。

(2)泵?？紤]到油田對輸油注水站擴能的考慮，有時會采用選擇泵和電機的方法，以滿足未來發(fā)展的需要。但很多站的輸油能力或注水能力小或持續(xù)萎縮，導(dǎo)致原有的泵機組配置過大，即出現(xiàn)嚴(yán)重的“大馬拉小車”，而且這種情況越頻繁，就越不能立即更換，造成嚴(yán)重的功率損失。

二、電機節(jié)能測試實驗

為了研究電機的節(jié)能潛力，對油田廣泛使用的抽油機電機和泵電機進行了節(jié)能試驗。

2.1抽油機電機節(jié)能實驗

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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?。﹣碚撟C節(jié)電潛力。

監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在2-13-14井上將Y160 M-6（7.5 kW）電機更換為Y112 M-4B5（4 kW）后，額定功率雖然降低3.5kW，但保證了正常的生產(chǎn)需要，且抽油系統(tǒng)效率略有升高，平衡度保持在80%-110％之間，有功功率從2.39 kW降低到1.45 kW，平均有功節(jié)電率達到了36.08%。

通過該實驗說明：對抽油機等負載不平穩(wěn)的系統(tǒng)，可根據(jù)電機的實際有功功率大小，選用或更換匹配的電機，降低額定功率，減小功率損失，提高電機電能利用率。

2.2泵類電機節(jié)能實驗

對孤東聯(lián)合站2#鍋爐房的4#水泵電機進行測試實驗，方法是對電機在安裝變頻裝置前后的功率變化情況（有功節(jié)電率）進行測算，進而論證變頻器對電機的影響。水泵電機控制柜安裝了變頻器后，可根據(jù)生產(chǎn)需要自由調(diào)節(jié)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率點進行對比，測算節(jié)電率，監(jiān)測中選取工頻（50 Hz）和47 Hz兩個頻率點。通過監(jiān)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(shù)提高0.0917，有功節(jié)電率達到了14.29%。

通過該實驗說明：安裝變頻裝置后，不僅可以自由設(shè)置頻率，即電機以不同的轉(zhuǎn)速運行，從而達到需要的生產(chǎn)參數(shù)（如流量），方便生產(chǎn)中靈活調(diào)配，而且還可以在保證生產(chǎn)要求的前提下，提高功率因數(shù)，降低有功，減少不必要的損耗，是電機節(jié)能的有效途徑。

三、抽油機電機節(jié)能措施

電機降低損耗主要從恒定損耗（鐵耗和機械損耗）、銅耗及雜散損耗這三個方面人手，實際中的各種措施也是以減少這三種損耗中一個或多個為本質(zhì)的方法，具體的應(yīng)用中則主要有以下幾種措施：

3.1選用高效節(jié)能型電機或?qū)Ｓ秒姍C，淘汰老舊落后電機

高效節(jié)能型電機的電機損耗僅是傳統(tǒng)落后電機的幾分之一，但電機效率卻明顯高于同狀態(tài)下一般電機，是老舊落后電機更替的首選。

（1）永磁同步電機。抽油機上使用的永磁同步電機是一種異步啟動的同步電機，由轉(zhuǎn)子交流啟動后牽入同步運行，類似于交流同步電機。其運行是靠定子繞圈在氣隙中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子上磁鋼間的相互吸引，使轉(zhuǎn)子與定子氣隙磁場同步旋轉(zhuǎn)而做功。其轉(zhuǎn)子等效電阻電路，故功率因數(shù)高，因無磁勵電流，其空載損耗小。電機效率可達96％左右，較三相異步電機高。

（2）直流電機。直流電機有優(yōu)良的控制性能，其機械特性和調(diào)速特性均為平行的直線，這是各類交流電動機所沒有的特性。此外，直流電動機還有起動轉(zhuǎn)矩大、效率高、調(diào)速方便、動態(tài)特性好等特點。

（3）其他專用電機。對有特殊工藝要求的設(shè)備，其對電機某一方面性能的要求不同，應(yīng)結(jié)合具體情況具體裝配，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耗。

3.2正確匹配電機功率

在選擇電機時應(yīng)注意以下兩點：

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

（2）如果電機功率選得過大，就會出現(xiàn)“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(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利，而且還會造成電能浪費。

要正確選擇電動機的功率，必須經(jīng)過以下計算或比較：

（1）對于恒定負載連續(xù)工作方式，所選電機的額定功率應(yīng)等于或稍大于計算所得的功率。

（2）短時工作定額的電機，與功率相同的連續(xù)工作定額的電機相比，最大轉(zhuǎn)矩大，重量小，價格低。因此，在條件許可時，應(yīng)盡量選用短時工作定額的電機。

（3）對于斷續(xù)工作定額的電機，其功率的選擇要根據(jù)負載持續(xù)率的大小，選用專門用于斷續(xù)運行方式的電機。此外，也可用類比法來選擇電動機的功率。所謂類比法。就是與類似生產(chǎn)系統(tǒng)所用電機的功率進行對比。

具體做法是：了解本單位或附近其他單位的類似生產(chǎn)系統(tǒng)使用多大功率的電機，然后選用相近功率的電機進行試車。驗證所選電機與生產(chǎn)機械是否匹配。驗證的方法是：使電機帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)，用鉗形電流表測量電機的工作電流，將測得的電流與該電機銘牌上標(biāo)出的額定電流進行對比。如果電機的實際工作電流與銘牌上標(biāo)出的額定電流上下相差不大，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(biāo)出的額定電流低70％左右，則表明電機的功率選得過大（即大馬拉小車）應(yīng)調(diào)換功率較小的電機。如果測得的電機工作電流比銘牌上標(biāo)出的額定電流大40%以上，則表明電機的功率選得過小（即“小馬拉大車”，應(yīng)調(diào)換功率較大的電機。

3.3針對不同系統(tǒng)，合理調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，科學(xué)維護，加強管理節(jié)能

電機的日常維護也是決定電機是否高效低耗經(jīng)濟運行的重要因素，要按照系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的要求，定期檢查電機運轉(zhuǎn)情況，優(yōu)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、不能經(jīng)濟運行的電機要及時進行原因監(jiān)測分析，調(diào)整負載狀態(tài)，盡可能地保持電機長時間處于經(jīng)濟運行狀態(tài)。

對運行的各個系統(tǒng)，進行正確的參數(shù)設(shè)置，監(jiān)控電機與終端裝置的匹配狀況，避免“大馬拉小車”和“小馬拉大車”現(xiàn)象，讓電機始終保持在經(jīng)濟運行位置。

（1）機采系統(tǒng)。采油系統(tǒng)具有電機啟動電流大，運行功率遠低于電機額定功率，負荷時刻變化，有上下兩個臨界點，這些特點要求定期使用嵌型電流表等簡易儀器測試抽油機上下沖程最大電流，調(diào)整平衡度，使抽油機平衡度保持在80%-110%，將電機的無用功降低到最小。此外，對日產(chǎn)液量太小的油井，采取間開的方法，既可以聚積采油能量提高采油效率，又可節(jié)約間歇停井時的電量，如一天平均停井12小時，相應(yīng)的可節(jié)省50％的電費。

2008年6月，孤東采油廠選擇了60口抽油機井進行電機中間軸改造，在不影響液量和原油正常生產(chǎn)的情況下，單井平均沖次降低1.8次／分，單井平均輸入功率下降2.49千瓦，單井日節(jié)電59.5千瓦時，系統(tǒng)效率提高5.05％，綜合節(jié)電率達29.8％。該技術(shù)的應(yīng)用不僅解決了供液不足、動液面低、產(chǎn)能低的抽油機井運行能耗大的問題，而且解決了抽油機井其動力矩大與運行功率小之間的矛盾，避免了抽油機不必要的高速運行導(dǎo)致的能耗大、減速箱磨損快等問題。

（2）泵系統(tǒng)。無論是輸油泵、注水泵或循環(huán)水泵，均要監(jiān)控壓力值，推算或測量流量變化，分析生產(chǎn)需求與泵、電機的生產(chǎn)能力的匹配情況。對嚴(yán)重大材小用的泵、電機，可考慮更換較小容量，或?qū)﹄姍C進行調(diào)速，降低有功功率；對嚴(yán)重不能滿足生產(chǎn)的可以增加泵數(shù)量或更換大容量泵和電機。

3.4使用軟啟動、變頻調(diào)速裝置或安裝節(jié)電裝置

通常感應(yīng)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(wǎng)沖擊也大，機械磨損，振漏大。如果用變頻調(diào)速啟動，可以將起動電流限制到很小，即使是滿載起動，也只比額定電流稍大就可以了，損耗大大降低，既不沖擊電網(wǎng)，又不沖擊機械。

四、總結(jié)

目前使用較多的電機是交流電機，約占各類電機總數(shù)的85％以上，它具有結(jié)構(gòu)簡單、價廉、不需維護等優(yōu)點，但它的弱點是調(diào)速困難，因而在許多應(yīng)用場合受到限制或借助機械方式來實現(xiàn)調(diào)速。使用變頻器調(diào)速信號傳遞快、控制系統(tǒng)時滯小、反應(yīng)靈敏、調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制精度高、使用方便、有利于提高產(chǎn)量、保證質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，因而使用變頻器是企業(yè)節(jié)能降耗的首選產(chǎn)品。

變頻器就負載類型而言主要有兩方面的典型應(yīng)用：

（1）以改進工藝為主要目的，確保工藝過程中的最佳轉(zhuǎn)速、不同負載下的最佳轉(zhuǎn)速以及準(zhǔn)確定位等。以其優(yōu)良的調(diào)速性能，提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高舒適性，使設(shè)備合理化，適應(yīng)或改善環(huán)境等。

（2）以節(jié)能為主要目的，以流量或壓力需要調(diào)節(jié)的風(fēng)機、泵類機械的轉(zhuǎn)速控制來實現(xiàn)節(jié)能，改造效果非常顯著。

隨著節(jié)能節(jié)電技術(shù)的不斷發(fā)展，針對電機節(jié)電的各類節(jié)電裝置也不斷涌現(xiàn)，其主要原理是通過各種不同手段動態(tài)調(diào)節(jié)電機運行狀態(tài)過程中的電壓電流，在保證電機轉(zhuǎn)速的前提下，保持電機的輸出轉(zhuǎn)矩與負載的精確匹配，有效地減少有功功率和無功功率損耗，也相應(yīng)減少了磁損耗，同時使電機的功率因數(shù)提高。一般情況下綜合節(jié)電率在15％以上。

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