西瑪關(guān)于抽油機(jī)電機(jī)節(jié)能改造標(biāo)準(zhǔn)是什么樣的？

抽油機(jī)是油田生產(chǎn)中使用最廣泛的采油設(shè)備，其巨大的功耗超過總功耗的40%。它在運(yùn)行中所承載的周期性波動(dòng)負(fù)載的負(fù)載率通常較低，這也意味著整個(gè)泵骨料系統(tǒng)的負(fù)載率不超過30%，并且存在嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。作為將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備，抽油機(jī)的電氣設(shè)備承載著系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力，西瑪電機(jī)是否節(jié)能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能狀態(tài)。為了提高泵-骨料系統(tǒng)的效率并達(dá)到節(jié)能效果，有必要分析電機(jī)的能耗原理，并對(duì)能耗高的問題做出適當(dāng)?shù)母淖儯垣@得更好的運(yùn)行方案。

電機(jī)節(jié)能和消耗分析

1、電機(jī)能耗機(jī)制

西瑪電機(jī)分為直流電機(jī)、交流電機(jī)和控制電機(jī)。直流電機(jī)的電源為直流，調(diào)速過程平穩(wěn)，具有良好的起動(dòng)性能和經(jīng)濟(jì)性。主要用于對(duì)速度控制和氣動(dòng)有一定要求的設(shè)備。交流電機(jī)的電源為交流，根據(jù)工頻和轉(zhuǎn)速分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。電機(jī)轉(zhuǎn)速為n值。在同步電動(dòng)機(jī)中，功率頻率和n之間的關(guān)系是固定的，并且在負(fù)載變化時(shí)不會(huì)改變。可以調(diào)整功率因數(shù)以實(shí)現(xiàn)空閑狀態(tài)下無(wú)功功率的調(diào)整。在異步電動(dòng)機(jī)中，n值總是低于電源產(chǎn)生的磁場(chǎng)速度。由于定子繞組的相數(shù)不同，可分為單相異步電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)。單相電機(jī)通常較小，而多相電機(jī)具有不同的容量。

電機(jī)損耗主要包括恒定損耗、負(fù)載損耗和散射損耗。恒定損耗不受負(fù)載影響。主要是各種設(shè)計(jì)參數(shù)造成的固有損耗，包括速度、結(jié)構(gòu)、制造工藝和材料。它可以分為鐵芯損耗和機(jī)械損耗。負(fù)載損耗，也稱為銅損耗，是指電流流經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組和定子時(shí)的損耗。繞組電阻和負(fù)載電流決定了該值，并占總損耗的20%至70%。分散損失約占總損失的10%~15%。它是在轉(zhuǎn)子和定子的高次諧波下鐵芯、導(dǎo)體和其他金屬部件的損耗。

2、高耗低效原因分析

根據(jù)對(duì)油田泵組使用情況的統(tǒng)計(jì)分析，導(dǎo)致電機(jī)消耗高、效率低的原因主要包括使用大量舊西瑪電機(jī)、電機(jī)調(diào)整不當(dāng)和特殊工藝要求。目前，電機(jī)已經(jīng)停用了二十多年或三十年。這些電機(jī)內(nèi)部嚴(yán)重老化，制造工藝和材料已被淘汰。技術(shù)性能無(wú)法滿足需求，這使得電機(jī)的效率明顯低于新型高效節(jié)能電機(jī)。

在電機(jī)選擇方面，存在不合理的情況，特別是在以下方面：形狀不合理、容量不合理、轉(zhuǎn)速不合理、扭矩不合理。由于工藝要求，泵機(jī)組的周期性加載導(dǎo)致不同階段的扭矩不同，這需要對(duì)容量跨度進(jìn)行合理配置。

抽油機(jī)電機(jī)的負(fù)載特性

在泵組運(yùn)行過程中，油柱上升時(shí)需要高功率，而下部由于自由下落而不需要功率。為了獲得均勻的負(fù)載，通過添加平衡塊來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡。在由曲柄傳動(dòng)和總負(fù)載扭矩之間的關(guān)系形成的泵組負(fù)載曲線圖中，曲線隨油井的變化而不同，受平衡和油井條件的影響，并具有以下特征。

泵裝置上的負(fù)載周期性地變化，波動(dòng)頻率由沖程描述。泵組的沖程一般為每分鐘6-12次，波動(dòng)周期為5-19秒。補(bǔ)償力矩是正弦曲線，但負(fù)載力矩是不規(guī)則的。如果總負(fù)載扭矩曲線顯示負(fù)功率，則電機(jī)進(jìn)入發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。在負(fù)載-扭矩曲線的循環(huán)中，平均值為最大值的1/3，上下沖程中存在死點(diǎn)。停止后啟動(dòng)時(shí)，在啟動(dòng)點(diǎn)沒有大負(fù)載的死點(diǎn)。

由于泵組負(fù)載的特殊性，采用普通異步電動(dòng)機(jī)會(huì)造成浪費(fèi)。泵裝置在接近死點(diǎn)的負(fù)載下啟動(dòng)，死點(diǎn)具有較大的慣性矩。為確保平穩(wěn)生產(chǎn)，選擇電機(jī)時(shí)必須將最大扭矩作為參考值。然而，在進(jìn)入正常運(yùn)行后，平均扭矩僅為最大扭矩的1/3，因此電機(jī)始終以1/3的額定功率運(yùn)行，導(dǎo)致浪費(fèi)。當(dāng)砂子被卡住，蠟沉積在鉆孔底部時(shí)，電機(jī)會(huì)不斷更換，以確保在啟動(dòng)過程中不會(huì)燃燒。人為因素增加了回旋余地，加劇了浪費(fèi)。根據(jù)現(xiàn)有泵機(jī)組的負(fù)荷率統(tǒng)計(jì)，通常為20%左右，可保持在30%的較高水平。由于重合運(yùn)行太低，電機(jī)效率無(wú)法提高，功率因數(shù)降低。在泵組負(fù)載周期性波動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下，西安西瑪電機(jī)速度也會(huì)波動(dòng)并增加其損耗。由于泵裝置的平衡決定了周期性負(fù)載，因此根本不可能進(jìn)行固化。負(fù)功率出現(xiàn)在電網(wǎng)和電機(jī)中，功率因數(shù)在有功能量吞吐量的影響下惡化。

西瑪電機(jī)節(jié)能和改造過程

電動(dòng)機(jī)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)主要包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18613《中小型旋轉(zhuǎn)相異步電動(dòng)機(jī)最低能效限值和能效等級(jí)》。當(dāng)前參考是2012年發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)的第三版。在本標(biāo)準(zhǔn)中，中小型三相異步電動(dòng)機(jī)的效率可分為三級(jí)：1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)。適用范圍為2極、4極和6極。額定功率為0.75～375 kW。電源由50Hz三相電源供電，電壓低于1000V。改造泵機(jī)組電機(jī)時(shí)可參考這些標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的分析表明，在恒定頻率下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩M也是一個(gè)固定值，并且有一個(gè)電壓值U來(lái)優(yōu)化它。在該電壓下，可以實(shí)現(xiàn)最有效和最小的損耗。輸入功率P1和電壓變化f（u）的分布是一個(gè)反比。考慮到泵機(jī)組工作負(fù)載的周期性波動(dòng)，電機(jī)的輸入電壓也必須隨負(fù)載扭矩的變化而變化，以在曲線的任何點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最佳工作。這要求功率因數(shù)控制器調(diào)整輸入電壓以匹配負(fù)載波動(dòng)。這種類型的交流電壓控制裝置在當(dāng)前技術(shù)下更容易實(shí)現(xiàn)。改善泵組節(jié)能狀況的優(yōu)化方法可以采用可變電壓和可變頻率。從泵組惡劣的工作環(huán)境分析，通常不可能采用電力電子節(jié)能裝置，這種裝置損壞后維修費(fèi)用太高，而且很容易被盜，從而阻礙了高科技裝置的應(yīng)用。

雖然電力電子節(jié)能裝置不能在實(shí)際應(yīng)用中普及，但仍有一種實(shí)用可行的方法，即切換電機(jī)定子繞組。泵組最常見的電機(jī)功率為7.5~75kW，采用Y系列異步電機(jī)。為了滿足大轉(zhuǎn)矩的初始要求，可采用三角形連接方式實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)的定子繞組。在正常工作狀態(tài)下，每組繞組分為兩部分，形成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)三角形，以降低電壓和輸入功率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。電流電機(jī)可采用兩種類型：1? 1和1? 2.更換定子繞組后，西瑪電機(jī)相電壓和最大轉(zhuǎn)矩降低，從而降低了過載能力。必須調(diào)查過載能力，因?yàn)楫?dāng)最大扭矩未達(dá)到泵裝置的峰值扭矩時(shí)，很容易停止。

螺紋孔比K是Y形部分和三角形部分的旋轉(zhuǎn)比，過載功率改造比Kt是延伸三角形接頭和三角形接頭的最大扭矩之比，等效下降比Ku是延伸三角形連接和三角形連接的等效相電壓之比，而變化后幾Km的最大扭矩是延伸三角形連接的最大扭矩與電機(jī)的額定扭矩之比。一般情況下，Y排電機(jī)中泵組的六極和八極電機(jī)的Km值為2。1:1型電機(jī)更換定子繞組后的過載容量分別為0.71、0.47和0.94，1:2型電機(jī)為0.78、0.56和1.12。

對(duì)原西瑪電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)后，保持了原起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和原電流，使其起動(dòng)特性保持不變。改造后的電機(jī)也可在遠(yuǎn)程場(chǎng)合正常使用。負(fù)載越小，節(jié)電率越高。改造過程投資少，操作簡(jiǎn)便，效果明顯。經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，它也可以應(yīng)用于其他系列電機(jī)，適用于采油廠的技術(shù)改造。

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