油田节能技术讲义课件.ppt

油田主要节能技术和节能产品介绍,油田主要节能技术和节能产品介绍,2,目 录,第一章 机械采油系统节电技术,第二章供电线路节电技术,第三章 注水系统节电技术,第四章 集输系统节能技术,第一章 机械采油系统节电技术,2目 录第一章 机械采油系统节电技术第二章供电线路节,3,1.节能机遇难得，目标明确，任务艰巨 国家发改委等五部委联合印发千家企业节能行动实施方案的通知“十一五”期末（2010年）单位国内生产总值（GDP）能耗要比“十五”期末（2005年）降低20%。（1）第一次在国家规划中提出最重要的节能约束性指标。（2）落实节约能源，保护环境，持续发展经济的科学发展观。节能就是发展。（3）落实节约资源基本国策（人口、资源、环境、三个基本国策）。,31.节能机遇难得，目标明确，任务艰巨,4,2.千家企业节能行动计划（1）工业是我国能源消费大户，其能源消费量占全国能源消费总量70%左右，是节能的重点。（2）2004年千家企业用能总量为6.7亿tce。占全国能源消费总量的33%，占工业能源消费量47%。（3）目标：提高能源利用率，主要产品（单位）能耗达到国内同行先进水平，部分企业达到国际先进水平或行业领先水平。实现节能1亿tce目标。,42.千家企业节能行动计划,5,3.千家企业节能工作要求（1）加强组织领导，落实节能目标责任制。逐级考核，加强监督，强化节能目标管理。（2）建立健全能源计量、统计制度。定期报告企业能源利用状况（包括能源消耗、用能效率、节能措施及其效益）（3）开展能源审计，编制节能规划，并由各级政府节能主管部门审核。将千家企业列入本地区节能监测重点，将单位产品能耗下降指标换成节能量，落实到企业，加强考核。积极推行节能自愿协议。（4）加大投入，加快节能技术改造。（5）建立节能激励机制（6）加强节能宣传与培训,53.千家企业节能工作要求,6,表1中国2000年工业部门主要耗能产品单耗及20052020年预测,6表1中国2000年工业部门主要耗能产品单耗及200520,7,表2 中国2000年主要耗能设备能效和节能潜力,7表2 中国2000年主要耗能设备能效和节能潜力,8,表3 中国工业部门主要耗能行业节能技术及节能潜力,8表3 中国工业部门主要耗能行业节能技术及节能潜力,9,表4 建筑节能技术及节能潜力,9表4 建筑节能技术及节能潜力,10,续表4 建筑节能技术及节能潜力,10续表4 建筑节能技术及节能潜力,11,表5 住宅家用电器节能潜力,11表5 住宅家用电器节能潜力,12,表6 公路运输节能技术及节能潜力,12表6 公路运输节能技术及节能潜力,13,一、机械采油系统的节能技术的种类,近几年抽油机上的节能产品种类繁多，主要有节能电动机、节能控制柜、节能变压器、减速装置等4类。 （一）节能电动机 节能电动机主要包括双功率电机 、双笼型电机 、直线电机 、高转差电机 、电磁调速电机 、磁阻电机 、抽油机专用永磁同步电机 、齿轮减速电机 、16极永磁电机等9种，它们各有优缺点。 (电动机特性见表1) 实验测试结果说明，抽油机专用永磁同步电动机是近几年不断发展不断完善的电动机，任何抽油机上都可以应用，节电效果最好。特别其容性无功特性是其他电机无法比拟的。因此在抽油机上应为首选电机。 16极永磁同步电动机，超低速电机（齿轮减速电机）是解决低产液量井的最有效电机，随着技术和材料的逐步成熟，它将是电磁调速电机、磁阻电机、机械减速装置、变频器的替代产品。,第一章 机械采油系统节电技术,13一、机械采油系统的节能技术的种类 近几年抽,14,一、机械采油系统的节能技术的种类,(二)节能控制柜 1.可控硅实时调压控制柜 电机在轻载运行时，电机的输出转矩与负载转矩相平衡，定子电流中的有功分量减少，导致功率因数降低；而与电压有关的各种损耗基本不变，致使效率也降低。此时，适当降低电机的定子电压，在保证正常运行的情况下，可使励磁电流和有功损耗都降低，从而使功率因数和效率都得到提高。该种类型控制柜就是采用可控硅实时调压技术，使控制柜的输出电压随着载荷的增加而升高，随载荷的减小而降低。,第一章 机械采油系统节电技术,14一、机械采油系统的节能技术的种类 (二)节能控制柜第,15,一、机械采油系统的节能技术的种类,(二)节能控制柜 2.Y切换控制柜 (1)接触器切换方式 该控制柜在抽油机启动时电动机状态运行以大转矩启动，运行正常后利用接触器的切换使电动机Y状态运行。该控制柜在轻载井上节电明显，在负载稳定的轻载井上使用较好。该控制柜线路简单，维修方便，成本低。但是，当井下工况变化而载荷增大时，电动机仍然以Y状态运行，此时比常规的运行要多耗电；当载荷增大到一定程度时，由于Y运行比运行的转矩小，此时有可能使电动机发生堵转而停机。,第一章 机械采油系统节电技术,15一、机械采油系统的节能技术的种类 (二)节能控制柜第,16,一、机械采油系统的节能技术的种类,(二)节能控制柜 2.Y切换控制柜 (2)单片机控制接触器切换方式 该控制柜的特点与普通的接触器切换的Y控制柜的特点基本相同。但它增加了一个功能：当井下工况变化而载荷增大时，经过一定的延时，自动地使电动机由Y运行切换到运行，但不能实时切换。电动机的Y、Y转换仍然是由接触器的切换来实现，属有触点切换。,第一章 机械采油系统节电技术,16一、机械采油系统的节能技术的种类 (二)节能控制柜第,17,一、机械采油系统的节能技术的种类,(二)节能控制柜 2.Y切换控制柜 （3）单片机实时控制可控硅切换方式 该种类型的控制柜除了具有以上两种Y控制柜特点外，还有如下两方面的特点：当载荷发生变化时，不需要延时实现Y、Y状态的实时自动切换。实时自动切换的实现，保证了电动机在抽油机运行的每一个周期内都处于经济运行状态。可控硅取代了接触器，实现了无触点切换。有关理论认为无触点开关的寿命远远高于接触器的寿命。,第一章 机械采油系统节电技术,17一、机械采油系统的节能技术的种类 (二)节能控制柜第,18,一、机械采油系统的节能技术的种类,(二)节能控制柜 3.单片机控制可控硅投切的电容补偿柜 该种补偿柜并接在抽油机的控制柜上，根据抽油机载荷的变化分级自动投切电容量。由于抽油机在每一个周期内载荷不断地变化，所需电容的补偿量也在不断地变化，而该补偿柜为有级投切，所以很难作到精确补偿。该补偿柜主要节约无功功率。在抽油机井场因低压线路较短，无功的节约折合成有功的节约量也较少。由于并接在抽油机的控制柜上，使得投资增加。因此，在所需补偿量快速、连续变化的抽油机上不适应使用该补偿柜。 补偿电容的过大会导致抽油机在突然停电时因惯性而拖动电动机发电电压过高，造成电动机的绝缘损毁、电容易被击穿。因此，电容的补偿量应严格按实际情况计算的结果来确定，不得过补。,第一章 机械采油系统节电技术,18一、机械采油系统的节能技术的种类 (二)节能控制柜第,19,一、机械采油系统的节能技术的种类,(二)节能控制柜 我们通过现场测试上述5种类型的节能控制柜，得知一个共性：在电机负载率低于10%时有一定的节电效果，负载率稍有增加，就看不出节电效果；使用电子线路，技术复杂程度都很高，井场电工维护不了；野外春、夏、秋、冬风吹日晒及温差的变化使运行的稳定性和可靠性较差。实际测试和经验告诉我们，目前这些控制柜对提高抽油机的系统效率的作用可以说微乎其微，因此，在抽油机上使用普通控制柜增加电机的保护功能即可。,第一章 机械采油系统节电技术,19一、机械采油系统的节能技术的种类 (二)节能控制柜第,20,一、机械采油系统的节能技术的种类,（三）节能变压器 提高抽油机的系统效率，很多学者主要研究了电动机和控制柜，而忽略了变压器和工艺参数对系统效率的影响。 抽油机用双电压自动调压变压器，是针对抽油机“大马拉小车”而设计制造的新产品，该变压器虽然自身节电较少，但可以使抽油机拖动系统节电明显，其特点是： 保证电动机在额定电压下启动；提高了电动机的启动转矩；转矩的提高可降低变压器和电动机的功率23个等级，最大限度的解决了国内石油行业抽油机“大马拉小车”的问题；抽油机供电系统节电效果明显（18%25%），抽油机系统效率明显提高（310个百分点）；变压器一次侧分接开关9位8挡调节，提高了供电质量，保证了变电所的出口端和线路末端的抽油机的电动机都基本能在额定电压下工作。,第一章 机械采油系统节电技术,20一、机械采油系统的节能技术的种类 （三）节能变压器第一,21,一、机械采油系统的节能技术的种类,（三）节能变压器 要特别注意的是变压器厂家的一些误导，S11型30kVA变压器比同容量S9型变压器空载损耗少30%（节电30%），而实际上仅仅30W，30W与抽油机的实际耗电8.25kW相比，仅占3.6，没有多大的实际意义。 双电压自动调压变压器既可执行S9 标准制造，也可执行标准S11制造。,第一章 机械采油系统节电技术,21一、机械采油系统的节能技术的种类 （三）节能变压器第一,22,一、机械采油系统的节能技术的种类,（四）抽油机减速装置 通过近两年油井综合参数测试分析可知，泵的充满系数小于20%井约占总井数的 15 %（不同的油田、不同的采油厂比例数不同）。这种井的冲次，每分钟1次2次就可满足生产工艺的需要，但目前因电机最低速度（8极电机同步转速750转/分）和皮带轮的最小包角限制，最小冲次仅仅可以调到4次/分钟，若要再降低电动机的皮带轮直径，则皮带会出现打滑。实际上对于低渗透井及产液量低的井，只需要12次/分的冲次既可满足生产工艺要求，而现在的状况却是这些井的冲次都在4次/分以上，多作一倍的无用功，导致系统效率严重降低，浪费大量的电能。另外，冲次增多，设备磨损必然加快，故障率也会增加，修井作业的频率增大，成本费用增高。,第一章 机械采油系统节电技术,22一、机械采油系统的节能技术的种类 （四）抽油机减速装置,23,一、机械采油系统的节能技术的种类,（四）抽油机减速装置 针对低产液量井，目前有如下几个解决办法： 1.在抽油机上使用变频器：虽然改变输出频率可以使抽油机的冲次调整到2次以下，但由于技术复杂程度高，对环境条件要求苛刻，在抽油机井场不易使用。 2.机械减速轮：在抽油机电动机皮带轮和齿轮箱皮带轮之间增加一级机械减速轮，这种减速装置非常简单，只要调整轮径的大小，就可以调整抽油机的冲次到1次/分钟。对产液量低的井，增加减速装置后，抽油机整体系统效率提高很明显。缺点，井场安装麻烦，增加一级皮带传送略增加一部分损失。,第一章 机械采油系统节电技术,23一、机械采油系统的节能技术的种类 （四）抽油机减速装置第,24,一、机械采油系统的节能技术的种类,（四）抽油机减速装置 3.电磁调速电动机：该调整电动机有两部分组成：一部分是普通的Y系列电动机，另一部分是电磁调整调整部分。由于电磁调整系统要自耗一部分电能，所以电机的整体效率不高。 4.磁阻电动机：优点：速度调整非常方便，比较容易调整抽油机的冲次，电机本身效率较高，但控制柜、电动机合在一起测试效率不高。缺点：控制线路复杂，产生谐波分量较大引起变压器的电压波形畸变；噪声很大；也不宜在油田规模使用。 5.星型摆线减速电机：虽然能够将速度降下来，但是齿轮噪声大，寿命短，难以推广应用。 6.超低速电机（齿轮减速电机）：是近两年针对抽油机的工况设计制造的，是解决低产液量井的最有效电机，目前已经有一定规模的应用。,第一章 机械采油系统节电技术,24一、机械采油系统的节能技术的种类 （四）抽油机减速装置,25,一、机械采油系统的节能技术的种类,（四）抽油机减速装置 7.间歇抽油控制器：根据油井的渗透情况，人为设定抽油机的运行和停止时间比，且此比值可以任意设定。控制器依照设定的时间比自动起动和停止抽油机。曾做过试验，但没有大面积应用。 8.16极永磁同步电动机：额定转速375转/分钟。目前已开始使用。 综合以上8种减速装置，我们认为：随着技术和材料的逐步成熟，16极永磁同步电动机和超低速电机（齿轮减速电机）将是电磁调速电机、磁阻电机、机械减速装置、变频器的替代产品。,第一章 机械采油系统节电技术,25一、机械采油系统的节能技术的种类 （四）抽油机减速装置第,26,二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素,表2 抽油机各部分效率统计表,第一章 机械采油系统节电技术,26二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素 表2 抽油机各,27,二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素,第一章 机械采油系统节电技术,表2中所列数据为理想数据，实际上有些设备的效率由于技术落后、设备陈旧、工艺不合理等多种原因而达不到表中数据，对这部分设备进行综合技术改造可以明显提高抽油机的系统效率；而另有一些设备目前还没有新技术、新材料的应用，这部分设备改造后抽油机系统效率提高甚微。近二年我们的实际应用、测试和分析研究证明，目前的技术水平提高抽油机系统效率有潜力的主要因素包括以下几个方面。,27二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素 第一章 机械采油,28,二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素,第一章 机械采油系统节电技术,（一）地面因素： 1.抽油机拖动系统的“大马拉小车”现象 目前还有很多井使用50kVA或100kVA的变压器一对一拖动37kW、45kW、55kW的Y系列异步电动机。容量大，自身损耗大，导致系统效率降低。我们对某采油厂的497口油井进行了摸底统计，统计结果显示，37kW以上的电动机占80%以上，变压器容量大于50kVA的占100%。,28二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素 第一章 机械采油,29,二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素,第一章 机械采油系统节电技术,（一）地面因素： 2.电机效率低 多数油井上的电动机仍然是Y系列电动机，其额定效率约90%，实际运行时的效率不大于80%。 3.维修后的Y系列电动机和变压器质量不达标 55kW电动机空载损耗国标约为1.4kW。我们抽测过2个采油厂的30台维修后的电动机，结果是一个采油厂平均达2.6kW，另一个采油厂平均达到3.6kW。,29二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素 第一章 机械采油,30,二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素,第一章 机械采油系统节电技术,（一）地面因素： 4.低产液量井 通过对某采油厂的497口井的数据统计可知，有19.11%的井因供液不足导致抽油泵的充满系数小于20%。这种井的冲次，每分钟1次2次就可满足生产工艺的需要，但目前因电机最低速度和皮带轮的最小包角限制，最小冲次仅仅可以调到4次/分钟，若要再降低电动机的皮带轮直径，则皮带会出现打滑。12次的冲次既可满足生产工艺要求，实际4次以上，多作一倍的无用功，导致系统效率严重降低。,30二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素 第一章 机械采油,31,二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素,第一章 机械采油系统节电技术,（二）地下因素： 1.由于地面部分不能根据抽油机的工艺需要减少抽油机冲次，使得约占20%油井的抽油泵充满系数低于20%。充满系数低导致泵效低，进而导致抽油机系统效率低。 2.油泵出现漏失也能导致泵效低； 3.油杆和油管的偏磨增大阻力，多做无用功。,31二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素 第一章 机械采油,32,二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素,第一章 机械采油系统节电技术,（三）管理因素（目前技术手段不够先进） 1.有些、严重漏失、断脱等不正常的井不能及时发现，及时作业，导致抽油机空抽。 2.动液面在井口的井，不能及时调整参数把液面抽下去。 3.抽油机工况的变化，导致平衡度变化，不能及时测试、及时调整。抽油机平衡度合格率小于60%。 4.供电质量不合格，有些额定电压380V电动机，实际工作电压达440V，高出额定电压15。导致电动机自身损耗加大本身效率下降约3%。变电所出口电压高，而末端电压低（造成电机启动困难）。 5.对节能产品和节能技术的认识不清，使用所谓的节能产品，实际上并不节电。如永磁同步电动机加装电容补偿。,32二、影响抽油机系统效率的因素和主要因素 第一章 机械采油,33,三、抽油机调平衡的节电技术,第一章 机械采油系统节电技术,根据油井工况调节抽油机平衡度可以节电，但人们对抽油机的平衡度调到何种程度最省电，能省多久没有统一认识，我们于1996年11月，成立了由油田节能领导挂帅的“三结合”的“抽油机调平衡与节电”研究攻关小组。小组首先选取了油田有代表性的10口正常生产油井，分别用三种不同测试原理的仪器进行了为期40余天的现场全过程跟踪测试。研究人员通过对有关资料进行反复对比、研究和分析，并经油田采油专家指导，初步搞清了抽油机调平衡节电技术的基本原理。,33三、抽油机调平衡的节电技术 第一章 机械采油系统节电技术,34,三、抽油机调平衡的节电技术,第一章 机械采油系统节电技术,（一）抽油机平衡度()的含义 抽油机平衡度即抽油机下冲对应的电机最大输入电流与抽油机上冲对应的电机最大输入电流之比。 但电流法存有不足：当严重欠平衡时，抽油机的发电电流较大，因无法判别相位，测试计算结果是平衡的，但实际是严重欠平衡。,34三、抽油机调平衡的节电技术 第一章 机械采油系统节电技术,35,三、抽油机调平衡的节电技术,第一章 机械采油系统节电技术,（二）抽油机电动机的两种运行状态 1.电动运行状态： 当抽油机的平衡度调到最佳状态时，电动机的转速小于同步转速，即nns，电动机处于电动运行状态。 2.电动机的发电运行状况 当抽油机平衡度不在最佳状态时，在一个冲程内电动机的载荷增加，而在另一个冲程内电动机被抽油机拖动，出现负扭矩，使电动机转速超过同步转速，即nns，电动机处于发电运行状态，此时相当于一台发电机。,35三、抽油机调平衡的节电技术 第一章 机械采油系统节电技术,36,三、抽油机调平衡的节电技术,第一章 机械采油系统节电技术,（二）抽油机电动机的两种运行状态 3.电动机在发电状态下有三点需要说明： (1)油井抽油机电动机的功率一般在55kW以下，与供电网络的容量相比极其微小，因此发电电流的频率取决于电网的频率，与电动机转子转速无关。 (2)电动机在发电状态下运行，虽然向电网回馈有功功率，但还需从电网吸收无功功率建立旋转磁场，其无功功率大小为=3U1I1Sin。 (3)发电机其有功损耗仍然与定子电流I1、I2有关。,36三、抽油机调平衡的节电技术 第一章 机械采油系统节电技术,37,三、抽油机调平衡的节电技术,第一章 机械采油系统节电技术,（三）抽油机平衡度测试结果分析 分析不同仪器，不同油井对应的不同平衡度测试的功率情况可以看出： （测试结果见表3） 1.一是越平衡(平衡度接近或等于100)越省电；二是平衡度对耗电的影响较小；三是在相同的平衡度下，若抽油机型及抽油井不一样，其节电率也不一样。原因分析：抽油机的平衡度与抽油机的机型和井下供液情况等有密切关系，当井下供液情况发生变化时(如井下液面升高或降低，改变抽油机型等)，其平衡度也随之发生变化由于每口油井的机型、泵效，油管、液面等均不相同，故抽油机平衡度对应的节电率不一样。,37三、抽油机调平衡的节电技术 第一章 机械采油系统节电技术,38,三、抽油机调平衡的节电技术,第一章 机械采油系统节电技术,（三）抽油机平衡度测试结果分析 2.当抽油机严重过、欠平衡时，用电流法计算出的平衡度出现异常，反而趋于规定的合格值其原因是由于用钳型电流表测出的上行，下行最大电流中有一个是发电电流所致。 3.用三种仪器仪表测试出的结果差别很大，原因是用国产GDP1在测抽油机的输入功率时，把“负功”以绝对值的形式加了进去，日产3162在计量时对“负功”不作任何处理，日产3165在计量时把“负功”减掉。,38三、抽油机调平衡的节电技术 第一章 机械采油系统节电技术,39,三、抽油机调平衡的节电技术,第一章 机械采油系统节电技术,（四）研究结论 1.抽油机调平衡是确保抽油设备经济优化运行的重要手段，抽油机平衡度与耗电的关系有离散性，但都有耗电最省的对应点。 2.抽油机平衡度都有耗电最佳点，随着液面的加深，平衡度对应的最佳点从100逐渐下降，一般调到90为最经济。 3.调平衡，从胜利油田的情况看，每口油井可节约有功功率0.31.5kW。,39三、抽油机调平衡的节电技术 第一章 机械采油系统节电技术,40,三、抽油机调平衡的节电技术,第一章 机械采油系统节电技术,（四）研究结论 4.由于油井工况处于不断变化中，抽油机的平衡度也随之发生变化，因此，抽油机平衡工作应长抓不懈。 5.用电流法计算平衡度具有一定的局限性，当严重过、欠平衡时，不能用电流法计算平衡度。 6.测抽油机的输入功率时，必须使用能自动减掉“负功”的仪器。,40三、抽油机调平衡的节电技术 第一章 机械采油系统节电技术,41,四、新型抽油机拖动系统的研究及应用,第一章 机械采油系统节电技术,（一）新型抽油机拖动系统的构成及工作原理简介 1.新型抽油机拖动系统的构成 新型抽油机拖动系统的构成如图1所示，由框图可以看出，新型抽油机拖动系统仍然是有三部分组成：电动机、控制柜、专用变压器。,41四、新型抽油机拖动系统的研究及应用第一章 机械采油系统节,42,四、新型抽油机拖动系统的研究及应用,第一章 机械采油系统节电技术,（一）新型抽油机拖动系统的构成及工作原理简介 1.新型抽油机拖动系统的构成 根据我们对多个电动机、控制柜不同类型的节能产品的测试结果可知，节能型电动机已有很多种类，合理的选用可达到较好的匹配；控制柜的设计，对现有普通控制柜增加过压延时（20秒-30秒）保护，且对接触器进行优选，就可达到系统优化的要求；变压器的设计，与传统变压器相比做了很大的改动，有四个突出的特点：（1）低压400V侧（空载开路电压）增加了500V（空载开路电压）的抽头；（2）在变压器低压侧增加了有载切换开关；（3）在变压器上增加了控制器；（4）变压器的一次侧有载开关由常规的3档变为9档。切换开关、控制器与变压器组装在一起，外部出线与传统的变压器相同。,42四、新型抽油机拖动系统的研究及应用第一章 机械采油系统节,43,四、新型抽油机拖动系统的研究及应用,第一章 机械采油系统节电技术,（一）新型抽油机拖动系统的构成及工作原理简介 2.新型抽油机拖动系工作原理简介 新型变压器在空载或正常带载运行时，其输出端子经切换开关与变压器的400V抽头相接。当抽油机的电动机带载启动时，低压侧电压急剧下降，当下降到控制器的下限设定值（设定330V）时，控制器向切换开关发出切换信号，输出端子切换到变压器的500V抽头，此时变压器的输出电压约380V，保证电动机在额定电压下启动，大大地提高了电动机的启动转矩。电动机启动后，电流逐渐减小，转速逐渐上升，变压器的输出电压逐渐上升，当上升到控制器的上限设定值（设定440V）时，电动机的转速也达到额定转速，控制器向切换开关发出切换信号，输出端子切换到变压器的400V抽头，此时电动机的启动过程全面完成，进入正常运转状态。,43四、新型抽油机拖动系统的研究及应用第一章 机械采油系统节,44,四、新型抽油机拖动系统的研究及应用,第一章 机械采油系统节电技术,（二）新型拖动系统室内及现场实验 新型30kVA变压器与普通Y系列37kW异步电动机匹配，普通50kVA变压器与普通Y系列55kW异步电动机匹配，对两套系统在实验室和井场进行对比测试。 1.实验室堵转转矩实验： 分别用新型30kVA变压器、普通50kVA变压器与不同容量的电动机匹配，测试不同容量的变压器匹配不同额定功率的电动机的堵转转矩，实验结果见表4。,44四、新型抽油机拖动系统的研究及应用第一章 机械采油系统节,45,四、新型抽油机拖动系统的研究及应用,（二）新型拖动系统室内及现场实验 1.实验室堵转转矩实验：表4 堵转转矩测试数据记录表,第一章 机械采油系统节电技术,45四、新型抽油机拖动系统的研究及应用 （二）新型拖动系,46,四、新型抽油机拖动系统的研究及应用,（二）新型拖动系统室内及现场实验 1.实验室堵转转矩实验： 从表4中数据可以看出： （1）拖动同等容量的电动机，使用新研制的变压器与旧变压器相比，堵转转矩平均增加205.8Nm； （2）新研制的30kVA变压器拖动37 kW电动机时的堵转转矩（739.9 Nm），远大于50kVA普通变压器拖动55kW电动机的堵转转矩（661.5 Nm）。这说明以30kVA新研制的变压器拖动37kW电动机完全可以替代50kVA普通变压器拖动55kW电动机。,第一章 机械采油系统节电技术,46四、新型抽油机拖动系统的研究及应用 （二）新型拖动系,47,四、新型抽油机拖动系统的研究及应用,（二）新型拖动系统室内及现场实验 2.现场节能效果对比实验： 我们在纯梁采油厂C23-26井、C6-16井进行了为期两个月的系统更换前后的对比测试。替换状况为：以新型30kVA变压器更换这两口井上原有的50kVA变压器， C23-26井以37kW电动机取代原有的55kW电动机，C6-16井以30kW电动机取代原有的55kW电动机。通过更换前后的对比测试，证明新系统起动性能好、运行稳定可靠，节电效果理想，投资省、收效快，经济效益明显。测试结果见表5、表6，从表5中数据可以看出二口井平均综合节电率为13.83。从表6中数据可以看出变压器高压侧电流平均下降了1.430A，低压侧电流平均下降了22.84A，变压器效率平均提高了5.1。,第一章 机械采油系统节电技术,47四、新型抽油机拖动系统的研究及应用 （二）新型拖动系,48,四、新型抽油机拖动系统的研究及应用,（三）新型抽油机拖动系统的特点（具体数据见表7、表8、表9） 1.新型抽油机拖动系统最大限度地解决了国内石油行业多年没有解决的抽油机“大马拉小车”的问题，使现有的变压器额定容量减少一至三个容量段、电动机额定功率可降低二至三个功率等级，抽油机电动机的负载率从原来的15%提高到35%以上； 2.电机效率高，比原来的高57个百分点； 3.节电效果明显，系统综合节电率达13 20。 4.启动力矩大， 新型的30KVA的变压器与30kW的6极电动机匹配，启动力矩达770N.m;而原来的50KVA的变压器与55kW的6极电动机匹配，启动力矩仅为660N.m； 5.功率因数达0.9以上，且为容性；这一特性可使6000V线路不加任何电容补偿，就可使功率因数接近 “1”；,第一章 机械采油系统节电技术,48四、新型抽油机拖动系统的研究及应用 （三）新型抽油机,49,四、新型抽油机拖动系统的研究及应用,（三）新型抽油机拖动系统的特点 6.变压器的一次侧分接开关调压范围达10%； 7.超低速电机，可使抽油机的冲次调整范围更宽； 8.新型双电压自动调压变压器与可控硅调压有着本质的区别，该变压器的调压主要是保证电动机在额定电压下启动，从而达到用小变压器和小电动机获得大的启动转矩；而可控硅调压是在电动机正常运行后，把电动机的输入电压（380V）随负载的减轻而调低，它不能把抽油机启动时引起的变压器输出电压降落调整到电动机的额定电压（380V），因此可控硅的调压解决不了抽油机大马拉小车的问题。,第一章 机械采油系统节电技术,49四、新型抽油机拖动系统的研究及应用 （三）新型抽油机,50,（四）抽油机拖动系统效益分析 1.系统的工作电流下降到原来的三分之一，因此可使设备的温升下降，从而延长设备的使用寿命； 2. 单井变压器容量的减小，工作电流下降，导致高压线路中的电流也下降，因此，在不改变原供电设备的基础上，增加了系统的供电能力； 3. 线路电流的减小，功率因数的提高，可减少线路损耗35个百分点；且可减少高压侧补偿电容的费用； 4. 线路电流的减小，减少了线路压降；变压器的调压范围宽，提高了供电质量。保证了变电所出口油井和线路末端油井的电动机都能在额定电压下工作，都能在高校状态下运行；,第一章 机械采油系统节电技术,四、新型抽油机拖动系统的研究及应用,50 （四）抽油机拖动系统效益分析第一章 机械采油系统节电,51,（四）抽油机拖动系统效益分析 5. 使用低速电机，可使低产液量井的冲次降到1次以下，既节约电能，又减少设备的磨损，进而延长抽油机井的作业周期，节约油井的作业费用； 6. 抽油机系统效率提高310个百分点； 7. 每套抽油机拖动系统每年节约资金800015000元。 新型抽油机拖动系统最大限度地解决了机械采油系统的大马拉小车问题，系统投资少，操作简单，维护方便，抗干扰能力强，运行寿命高，节电效果很好；经济效益和社会效益显著，具有很好的推广前景和使用价值。,第一章 机械采油系统节电技术,四、新型抽油机拖动系统的研究及应用,51 （四）抽油机拖动系统效益分析第一章 机械采油系统节电技,52,近几年永磁同步电动机在抽油机上的试用和分析研究证明，永磁同步电动机在抽油机上使用具有启动转矩大、效率高、功率因数高等优点，这些优点已被大家所公认。 然而，由于特殊的抽油机工况，永磁同步电动机在抽油机上的应用有其特殊性，如果不掌握这些特性，在实际使用中永磁同步电动机的优点就不能充分发挥出来，就不能达到最佳节电效果。近几年永磁同步电动机在胜利油田的抽油机已有一定规模的推广应用，显示出许多独有的特性，掌握这些特性对用好永磁同步电动机十分必要。,第一章 机械采油系统节电技术,五、永磁同步电机在抽油机上应用分析,52 近几年永磁同步电动机在抽油机上的试,53,（一）应用情况分析 1.应用情况 2000年在抽油机上试用永磁同步电机，2001年做小规模先导试验，2002年开始一定规模的推广应用，到2005年6月我们胜利油田已在4个采油厂推广应用永磁同步电机（与双电压自动调压变压器配套）2024台，累计节约电量5500多万kW.h，平均功率因数大于0.9且大部分呈容性。,第一章 机械采油系统节电技术,五、永磁同步电机在抽油机上应用分析,53 （一）应用情况分析第一章 机械采油系统节电技术五、永,54,（一）应用情况分析 2.故障率调查统计 2004年底，对在用2年以上的1356台永磁同步电动机作了跟踪调查和统计，有1189台一直运行良好，167台先后出现故障，其中断轴32起，轴承损坏113起，退磁2起，年故障率6.16%，低于10家采油厂Y系列电动机的年平均故障 率8%。在故障电机中：机械故障约占90%，电气故障约占10%。,第一章 机械采油系统节电技术,五、永磁同步电机在抽油机上应用分析,54 （一）应用情况分析第一章 机械采油系统节电技术五、永,55,（一）应用情况分析 3.关于退磁问题 永磁同步电动机机在抽油机上的应用，人们最耽心的是退磁问题。为此，我们从正在抽油机井场运行2年以上的永磁同步电机随机抽取5台进行解剖，拆出所有永磁体，从每台中随机抽取45块，共抽取23块永磁体型号为（NTP33SH）。用中国计量科学院生产的NIM10000H大块稀土永磁无损测量装置测试23块永磁体的剩磁、磁感矫顽力、内禀矫顽力、最大磁能积（测试结果见表10）。从测试结果可以看出，随机抽取的5台电机23块永磁体，所有磁性参数都达到国家标准。表明永磁体基本没退磁，是稳定可靠的。,第一章 机械采油系统节电技术,五、永磁同步电机在抽油机上应用分析,55 （一）应用情况分析第一章 机械采油系统节电技术五、永,56,（一）应用情况分析 4.启动性能评定 抽油机电机运行时负载率都很低，而启动时又需要大的启动转矩，因此，人们在选择永磁同步电机时总希望启动转矩倍数大的电机，这样可以降低抽油机配备电机的额定功率，进而提高电机的负载率，达到节电之目的。但在抽油机工作状况下，部分生产厂家的永磁同步电机启动转矩倍数远低于说明书中的指标，故抽油机启动困难，甚至无法启动。主要原因是：低压线路较长，启动电流过大（实测在10倍额定电流以上，有的在启动开始的前2个周波达到18倍），导致变压器及低压线路的压降很大，永磁同步电机在严重欠压状态下启动。为了能更加合理的评价永磁同步电机的启动性能，在额定电压状态和模拟抽油机工矿状态下对3家生产厂的永磁同步电机启动转矩倍数和启动电流倍数及品质因数进行了测试，结果见表 11。,第一章 机械采油系统节电技术,五、永磁同步电机在抽油机上应用分析,56 （一）应用情况分析第一章 机械采油系统节电技术五、永,57,（一）应用情况分析 4.启动性能评定表11 3家生产厂的永磁同步电机测试结果,第一章 机械采油系统节电技术,五、永磁同步电机在抽油机上应用分析,57 （一）应用情况分析第一章 机械采油系统节电技术五、永,58,（一）应用情况分析 4.启动性能评定 从表11可以看出：额定电压下启动转矩大且启动电流也大的永磁同步电机在抽油机工作状态下启动转矩反而小 ，因此，在抽油机上考虑永磁同步电机的起动性能时，仅仅考虑启动转矩倍数是不够的，还应当考虑启动电流的影响。引用品质因数来评价永磁同步电机的起动性能更加科学合理，品质因数越大则电机的起动性能越好。,第一章 机械采油系统节电技术,五、永磁同步电机在抽油机上应用分析,58 （一）应用情况分析第一章 机械采油系统节电技术五、永,59,（二）功率因数的特点及影响因素 1.空载反电势及临界反电势的测取 （1）空载反电势：每台永磁同步电机都有一个不同的空载反电势，测取方法是：用同种转速的永磁同步电机轴对轴连接，一台定子接通三相交流电，达到同步转速时，测试另一台被拖动电机定子的开路电压即为空载反电势。 （2）临界反电势：在一定负载下，连续调整永磁同步电机的定子电压，用FLUK43B电力分析仪测试永磁同步电机的瞬时无功功率，并用万用表测试电压，当 FLUK43B测取的无功功率即不显示“C”（容性无功）也不显示“L”（感性无功）时对应的定子电压即为该负载下的临界反电势，此时的无功功率很小。,第一章 机械采油系统节电技术,五、永磁同步电机在抽油机上应用分析,59 （二）功率因数的特点及影响因素 第一章 机械采油系,60,（二）功率因数的特点及影响因素 2.负载率、定子电压对（无功功率）功率因数的影响 对不同额定电压等级（380V、660V、1140V）、不同额定功率（22 kW 、30 kW）和不同转速（750转/分钟、1000转/分钟）的12台永磁同步电机在不同负载率对应不同电压下的有功功率、无功功率和功率因数进行测试，结果说明：各参试之间的规律关系都基本一致。（测试结果见表12）,第一章 机械采油系统节电技术,五、永磁同步电机在抽油机上应用分析,60 （二）功率因数的特点及影响因素 第一章 机械采油系,61,（二）功率因数的特点及影响因素 2.负载率、定子电压对（无功功率）功率因数的影响 从表12中我们看出： （1）当定子电压高于永磁同步电机的临界反电势时，其感性无功功率呈感性功率因数运行；当定子电压低于永磁同步电机的临界反电势时，永磁同步电机的容性无功功率呈容性功率因数运行。 （2）外加永磁同步电机的定子电压等于或近似等于其临界反电势时，电机无功功率最小，功率因数最高。 （3）负载率较低时，功率因数随外加定子电压偏离临界反电势的增大而减小，定子电压偏离临界反电势越多功率因数下降越多。,第一章 机械采油系统节电技术,五、永磁同步电机在抽油机上应用分析,61 （二）功率因数的特点及影响因素 第一章 机械采油系,62,（二）功率因数的特点及影响因素 2.负载率、定子电压对（无功功率）功率因数的影响 （4）随负载率的增大，电压变化对功率因数的影响逐渐减弱，当负载率大于40%时，电压变化对功率因数的影响很小。 （5）在定子电压一定时，电机的负载率越低功率因数越低。 （6）电机空载临界反电势近似等于空载反电势，随着负载的增加临界反电势逐渐下降，在抽油机的工况状态下下降约2.5%Ue。,第一章 机械采油系统节电技术,五、永磁同步电机在抽油机上应用分析,62 （二）功率因数的特点及影响因素 第一章 机械采油系,63,（三）应注意的几个问题 1.严格筛选永磁体和电机生产厂家 抽测6个生产厂家的12台在用永磁同步电机，其中4家的主要参数合格率为零，主要是用磁体的质量不过关；2家的全部合格。不合格的主要原因是：据调研，国内永磁体正规生产厂的设备先进，检验设备齐，工艺过程全部真空化，产品的质量好。一些设