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游梁式抽油机电机节电措施分析

作者:宁波仪表电机厂 时间:2010-04-21

  引言

  游梁式抽油机结构简单,可靠性高,使用维护方便,适应现场工况,在采油生产设备中占90%以上,在今后相当长的时间内仍将是油田的首选设备。电费在采油成本中所占的比例为70%左右,如何节约电力成为节能工作的首要任务。

  与游梁式抽油机相匹配的是油田常用的三相异步电动机,在理想情况下的效率为90%左右,目前大多功率因数小于0.4,负载率不足30%,浪费电力严重。抽油机使用的电动机工作载荷是带冲击的周期性交变载荷,与按恒定载荷设计制造的通用电动机的工作特征不匹配。通用电动机的机械特征是硬特征,在运行过程中其转速随载荷变化不大,而抽油机的交变载荷增加了电动机的电动损耗,再加上选择的抽油机与实际需要不匹配,降低了整机的地面效率。分析抽油机的用电特征,根据每台抽油机具体的“症结”所在,综合考虑制定出相应的节电措施,实现抽油机的经济运行。

  1 电动机带动抽油机生产存在浪费电力的弊端

  1.1 电动机负载低

  为保证抽油机的启动要求和在运行时有足够的过载能力,通常所配的电动机装机功率较大,而电动机正常运行时都是轻载运行,造成抽油机负载率低,与电动机不匹配,形成“大马拉小车”的生产状况,使线路、变压器、电动机的功率损耗增大;电动机的运行效率取决于负载率,轻载时电动机的效率很低,当负载增加到一定值时,变化则很小,有实验证明:负载率〈0.4时,效率的变化不大,负载率>0.7时,效率最高。当电动机负荷很低时,电动机仍要从电网吸取较大的无功功率,从而降低了功率因数,这就是目前电机功率因数低的主要原因。

  1.2 平衡率低

  现场使用的抽油机平衡率低,严重的不平衡造成电力的浪费,造成多数电动机电流变化不均匀,使电动机内耗大大增加,影响整个抽汲系统的效率。

  1.3 存在发电现象

  现有的节电措施大都是针对电机低负荷率下效率低和功率因数低造成的电能浪费的情况,而抽油机浪费电能的另一个重要原因是抽油机拖动电机发电,有实验证明:目前使用的各种类型的电动机都多少存在这种情况。

  由于抽油机负载波动很大,在抽油机的正常运转中会出现抽油机减速箱输入轴的运转速度大于电机对它的驱动速度的情况,这时,抽油机就拖动电机发电,其发的电不会完全与电网同步和存在线路损耗,可以肯定电机发的电不能完全被电网利用。在整个电能—机械能—电能的转换过程中能有很大的一部分能量被浪费掉。

  2 游梁式抽油机节能产品的特点和应用情况

  在现场大多应用的常规型游梁式抽油机,工作特点是承受交变载荷,悬点运动速度和加速度的变化使载荷极不均匀,工作能耗偏高,不平衡现象普遍存在,地面系统效率偏低,用电多。

  异向型游梁式抽油机具有峰值扭矩低、所需电动机功率低等特点,运转时平衡效果较好。在相同的情况下,其系统效率比常规型高2.5-4%。

  前置式游梁抽油机具有平衡效果好、光杆最大载荷小、节能效果好等特点。其缺点是悬点载荷低于额定悬点载荷,造成抽油机资源的浪费,工作时前冲力大,影响机架的稳定性,使它的应用受到制约。现场应用的节能电动机主要有:变级调速、电磁调速电机(滑差电机)、变频调速、高转差率电机(超高转差率电机)、永磁同步电机(包括永磁调速电机)、双功率电机几种,下面对它们的特性和现场应用情况做一简单陈述。

  变频调速可以低速轻载启动,抽油机冲次及上下冲程的速比可实现无级调节,可以根据油井井况进行抽空控制,自动调节抽汲参数,有电流保护、过电压保护等作用,但由于价格昂贵和维修不方便等的原因,在现场应用极少。

  滑差电机可实现无极调速,电机转轴与负载之间为软特征连接,可以平滑启动,但低速时损耗大、效率低,由于应用调速电机的油井多为供液能力差、需实现低冲次运行的油井,此种电机在现场应用不广泛。

  高转差率电机具有较高的转差率和软的机械特征,较高的堵转转矩和较小的堵转电流,较高的效率、功率因数,适用于转动飞轮转矩较大和不均匀冲击载荷,特别是抽油机用冲击载荷。

  YCG200L-8型电机不同负载率下的输出功率值如下表:

  双功率电机是胜利油田与石油大学(华东)合作研究生产的,采用改变绕组的接法来改变电机的极数和输出功率,以便与机械负载的负载特征相匹配,可以简化其变速系统,从而实现节能的目的。目前主要应用在需要调节冲次的油井,数量有限。

  永磁电机是一种同步电机,具有体积小、重量轻,结构简单,效率高,功率因数高,运行稳定的特点。特别在抽油机轻载时在一定范围内的效率还要高于额定值的94%,最高可达96%,又可获得任意高的功率因数,最高为0.98左右,还可起到补偿电容器的作用,启动力矩大,过载能力强,从根本上解决了“大马拉小车”的现象,节电效果非常明显。目前在采油一矿已应用170多台,节电效果良好,受到普遍欢迎。

  3 抽油机井节电措施

  前面简单地分析了抽油机的用电,浪费电力的出处所在,我们就可以根据每一台抽油机具体的“症结”所在,综合考虑制定出相应的节电措施,实现抽油机的经济运行,下面提几点措施:

  3.1 提高电动机的负载率

  电机低负荷率下的效率低和功率因数低是抽油机浪费电能的原因之一,电动机负载率提高7-12%,系统效率可提高2-4%,当电机负载率低于25%时,就应该考虑更换低一个容量级别的电动机。

  3.2 合理选用抽油机机型,充分发挥抽油机的潜力

  抽油机的悬点载荷状况是影响抽油机能耗的主要因素,抽油机的理想负载率为80%左右是最佳状态。由于油井井况多变,因此要经常调节平衡,另外的原因是,平衡度好的抽油机,在稳定生产的情况下,抽油机拖动电动机发电少。

  3.3 选用节能电动机,改造普通电机

  根据现场情况,选择节能电动机,减小机内损耗,提高电动机本身的运行效率,使抽油机与电动机保持良好的功率匹配,提高效率,节约用电。改造现有的普通电动机,我厂已经对普通电机进行改级改造,也可以在电动机轴处安装一个带蓄能器的离合器,使电动机实现空载启动,降低启动电流,从而减小电动机的装机功率,提高电机的负载率。电动机的星角接线自动变换装置,在轻载时,Y接线运行,负载增大时,自动改为角接线运行。

  3.4 安装无功补偿装置

  单井功率因数补偿柜是在变压器低压侧投加电容,利用无功就地补偿装置产生的容性电流抵消电动机感性电流,油井安装无功补偿器后,降低了线路的损耗和变压器的铜耗,从而提高功率因数,提高效率,达到节电目的。

  3.5 使用节能减速器

  抽油机节能减速器是临盘采油厂的专利,该减速器由一个轴承支座和两个大小不同的皮带轮组成,两个皮带轮通过轴和轴承固定在轴承支座上,轴承支座通过底座螺栓固定在抽油机底座上,大皮带轮通过皮带与电机相连接,小皮带轮与抽油机皮带轮相连接,通过加大传动比,在电机功率降低的情况下,满足抽油机悬点负荷要求,实现0.5-4.0次达到降低冲次和节电的目的,其具有启动平稳、运行平稳、优化油井参数、降低电耗与成本的特点。

  此外,抽油机拖动电动机发电过程浪费电能,目前还没有对抽油机拖动电机发电的节能技术进行更深入的研究,以后这方面是一个研究方向,是一个节能增效点,具有广阔的节能潜力,其前景不容忽视。

  4 结束语

  抽油机与电动机的节用电是一个复杂的系统工程,包括地下和地面两方面的诸多因素,我们不能忽略其中的任一环节,只有作到环环相扣,优化其中的每一个“细节”,才能减少用电,达到能耗最低化、产量最大化,才能实现真正的经济运行,降低企业的成本,这是一条必由之路。

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