稀土永磁同步电机在油田抽油机上的运用

油田是产能大户也是耗能大户;在油田开采过程中自身需要消耗大量的诸如:电、煤、汽柴油、天然气等能源。能源消耗占到了开采成本的21%—30%;节能降耗工作一直油田开采生产过程中的重要工作。如果能够加大节能力度,降低能力的使用度可以更进一步的提高油田的产能量。节省电能、气量等的节省,既可以降低油田产过程中的成本的同时也能促进油田更好的发展。 

     目前全国各油田共有机采井约9万口，其中抽油机井占90%以上，产液量的65 %，产油量的75%都是靠抽油机采出的，其数量每年按10%速度增长，是油田产油的主要方式 ，同时，也是能耗大户，其能耗占油田总能耗的2/3。因而，减少抽油机电机拖动系统的能耗、提高电机运行系统效率、降低采油成本成为各油田实现节能增效的主要任务。 

     目前油田抽油机的配套电机是三相感应电动机。抽油机对电动机的要求是大起动转矩、高效率和宽广的经济运行范围。为满足大起动转矩的要求，采用大容量的感应电动机，而抽油机正常工作时负载较小(一般为额定功率的20～30%左右)，效率、功率因数很低，造成电能的浪费。   用永磁同步电动机替代感应电动机，具有以下优点：(1)经合理设计，可获得大起动转矩，因而可用小机座号的永磁同步电动机代替比其大1~2个机座号的感应电动机，在降低永磁同步电动机体积和成本的同时，提高了负载率；（2）可获得高效率和高功率因数；(3)扩大抽油机的经济运行范围。感应电动机的经济运行范围一般为额定负载的60%～100％。永磁同步电动机的经济运行范围却远比感应电动机宽广，不仅额定负载时效率较高， 而且在25％～120％额定负载的范围内效率都维持较高的值，而感应电动机在35％额定负载附近效率值迅速下降。永磁同步电动机在1/4 额定负载时功率因数仍可达到0.92以上，而感应电动机从额定负载时的0.85左右迅速下降到0.5以下。

国内各油田配套驱动电动机的总装机容量达200万千瓦。随着油田的建设，抽油机的需求量将不断增加。按年运行8000小时计算，机采系统年耗有功电量约90亿千瓦时，年耗无功电量约170亿千瓦时。若采用永磁同步电动机，每年可节约有功电量约14亿千瓦时、无功电量约115亿千瓦时(折算成有功电量约6亿千瓦时)，合计节电约20亿千瓦时，按照0.33元/千瓦的电价计算，每年可节约电费6.6亿元，其经济效益和社会效益相当可观。

  常规游梁抽油机配套普通Y系列电机启动电流大，运行电流小，无功功率大，功率因素低，造成严重的功率损失，针对上述问题，多年来河南油田不断探索节能改造途径，配套使用节能电机，下面对河南油田节能电机应用情况进行分析。

1 永磁同步电机
1.1 节能原理及特点
   永磁同步电机与异步电机在结构方面相似，采用磁铁代替励磁绕组激磁，定子和转子与普通Y系列电动机相同，电动机在转子上装有鼠笼条和稀土永磁刚，启动时笼条与旋转磁场相互作用产生异步启动力矩，牵入同步后笼条失去作用，永磁磁场与旋转磁场相互作用带动负载工作，运行时定子边励磁电流减少，钢损降低，大概提高了功率因素，降低了电机的温升与配电设备的容量，提高了低负载区（50%）以下电动机效率，同步电动机在负载变化和电网电压波动时，不存在速度波动，没有机械过渡过程的损耗，永磁同步电机外形结构和安装尺寸与Y系列电机完全相同，现场换用非常方便。
1.2 应用分析
    河南油田第一采油厂现有抽油机1438台，总装机功率64488KW,截止2013年，河南油田在采油一厂稀油井上安装了抽油机永磁电机235台，主要功率有30KW\37KW\45KW三种，河南油田节能测试中心对4口井的节能测试结果。

  河南油田节能测试中心节能测试表明：1、4口稀油井的平均综合节电率为21.78%，电机装机功率下降51%；2、抽油机的单耗降低了15%以上，平均功率因素达到0.8以上；3、平均每台抽油机每天节电71KW.h，年节电费用15808元（电费按0.61元/Kw.h）。
河南油田2006-2007年先后在井楼油矿等稠油井上安装置换28台永磁同步电机，功率为11KW和22KW，该电机初始功率因素可达0.9以上，平均综合节电率15%-20%。截止2013年底，在稠油井上共安装运用永磁同步电机217台，河南油田节能测试中心对永磁同步电机多次测试结果证实；在稠油抽油机上永磁同步电机平均节电率可达到15%-25%。
2 变频调速电机
2.1 节能原理及特点
变频调试电机通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现调速，在调速过程中，从高速到低速都可以保持有限的转差功率，具有高效率、宽范围和高精度的调速性能，与普通异步电机相比，只需在电源上加一个变频器。变频调速电机的装机容量降低，电机负荷率得到较大提高，可通过上下冲程的速比，从而改善抽油机系统配合，实现平滑调速。
2.2 应用分析

  2014年河南油田在新庄油田和井楼油矿等稠油井上共安装35台变频调速电机，河南油田节能测试中心2014年11月对5口井抽样测试。

  从现场测得结果和应用的效果来看，1、电机功率因素接近1，减轻了电网和变压器的负担；2、平均综合节电率达到24%，电机装机容量低；3、可根据油井产液量情况动态调整抽汲参数；4、可实现软启动，减少了空行程以及机械部件的磨损冲击，延长了设备的使用寿命；5、该装置变频控制柜主要安装在计量站内，室外电子元件产品抗腐蚀能力差，一次投入大，现场管理难度大，且变频器本身也有功率损耗（约5%-10%），增大了电机附加损耗，难以在稠油区块大范围推广。
3  多级低速永磁电机
3.1 节能原理及特点
 多级低速永磁电机在普通异步电机的基础上通过增加磁极对数，降低了启动电流，同时提供了足够启动力矩，保证了适当的机械特征曲线，使其具有较好的抗疲劳性和稳定性。
 3.2  应用分析
河南油田2010年在王集油田等稀油井上安装多级低速永磁电机28台，王集油田有60余口油井的日产液量低于5t，有28余口油井的日产液量仅为1-3t，而抽油机的运行冲次在1-6次不等，根据对此类油井的机采系统效率测试分析，其平均机采率仅为7%左右，日耗电量约150-250KW.h，配套应用低速永磁电机后，在抽油机的冲次降低面液量不降低的条件下，电机的装配容量降低，抽油机做功减少，冲次保持在2.5次左右，电机功率因素提高到0.9以上，无功损耗减少，测试结果显示平均综合节能电率为21%，可在底液量的稀油井上推广应用。
4   双功率电机
4.1 节能原理及特点
 双功率电机实在普通Y系列电机的基础上改造成，改造防爆，成本低廉，改造后，电机绕组由原来的1套变成2套串联的绕组，即大功率的启动绕组和小功率的工作绕组，电机启动功率大，用启动绕组，工作运行功率小，用工作绕组，启动绕组和工作绕组间的切换靠自动控制系统实现，具有很好的节能效果。
4.2 应用分析
河南油田在部分稀油井上安装应用了双功率电机，选取了其中的4口井进行节能测试，测试结果表明，每台电机的平均综合节电率为18%，功率因素达到0.8以上。
5 结论
   永磁同步电机具有良好的节能效果，在河南油田稠油、稀油井上应用良好，退磁现场已得到大大改善，推广运用具有丰富的经验，具有良好的运用前景。

      发展节能电机， 发展绿色能源  

          为客户增值， 为人类造福

        尊重设计理念，

                        做专做精做细，

                                      铸就和创品牌