抽油机节能电控装置综述（2）

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摘要：介绍了几种类型的抽油机节能电控装置，比较了它们的优缺点和节能效果，并探讨了其发展趋势。

关键词：抽油机；节能；电控装置

5 超高转差率多速节能电动机拖动装置

5.1 作为节能措施的应用

抽油机由于其特殊的运行要求，所匹配的拖动装置必须同时满足三个最大的要求，即最大冲程，最大冲次，最大允许挂重。另外，还须具有足够的堵转转矩，以克服抽油机启动时严重的静态不平衡。因此，往往抽油机在设计时确定的安装容量裕度较大。如6型抽油机配Y200L6/18.5kW，10型抽油机配Y250M6/30kW等。20世纪80年代中分别引进国外超高转差电动机（CJT）和超高转差多极电动机（CDJT）技术，对抽油机拖动装置进行了大量的科学实验，测试和分析，证明抽油机匹配CDJT节能拖动装置具有显著的节能效果。
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其一，降低抽油机拖动装置的安装容量裕量就是一个节能体现。功率匹配变化见表2。

表2 功率匹配变化

抽油机型号	6型	10型	12型	14型
原匹配电动机	Y200L1－6	Y250m-6	Y280M-8	Y315M1-8
电动机	18.5kW	30kW	55kW	75kW
替换电动机	CJT－616kW	CJT－10A22kW	CJT－12A45kW	CJT－1465kW
功率下降率/％	13.5	26.7	18.2	13
电流下降率/％	10	26.3	15	18.8

由表2可知，由于所匹配功率下降，其对应的额定电流相应下降。网络及电机绕组的铜耗与电流平方成正，电流的下降自然带来了损耗的降低而达到节能。

其二，CJT装置软的机械特性造就了抽油机运行过程中电动机功率的有功分量和无功分量的变化，促使输入功率的降低。

分析图6，普通电动机的T=f（s）机械曲线告诉我们，若负载超过Tmax，则电动机不能正常运行，因此，转速在n～n0范围变化较小。而CJT电动机的机械转动曲线告诉我们，T2st>Tst，且速度变化范围大，从0～n0均能运转。

电机机械特性的软、硬就是指转速随转矩变化的大小。“硬”，速度变化小；“软”，速度变化大。
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普通电动机的机械特性较硬，在一定负载下，转速n（或角速度ω）较大；CJT电动机机械特性较软，在同一负载下，转速n（或角速度ω）较低，即转差率较大，具有降低扭矩峰值，减小抽油机悬点冲击载荷的作用。因此，在某些工况具有节能效果。

另外，通过对图7所示效率，功率因数与输出轴功率之间的函数关系分析可知：

1）普通电动机的η及cosψ曲线陡峭；

2）CJT电动机的η及cosψ曲线平坦；

3）普通电动机在额定输出功率点，η及cosψ较高，运行最经济；

4）在轻负载时，普通电动机的η及cosψ较低，CJT电动机的η及cosψ较高。

从前面的介绍可知，抽油机固有的设计及运行特点与现场实际运行工况相比，不可避免地出现了大马拉小车的不合理匹配。抽油机维持在PH点的负载，在现场从未出现过，绝大部分负载在电动机额定功率（指输出功率）20％～30％左右。对普通电动机而言，如此运行，其效率和功率因数特低。对CJT电动机来讲，由于曲线平坦，η及cosψ在负载变化情况下，其值变化不大，从而相对来讲其η及cosψ高于普通电动机，致使有功功率降低，功率因数提高。因此，就节能而言，抽油机匹配超高转差电动机是合理的。当然，转差率的高低，机械特性的软硬是否越高越好、越软越好？对于这一问题，我们认为新技术的成立与否是通过生产实践验证的。转差率高低，机械特性软硬均应适度，否则对其实用性、可靠性带来不利影响。

其三，软的机械特性造就了抽油机悬点最大负荷降低，抽油泵上行速度缓慢，抽油杆的弹性变形减小，从而使抽油泵的填充系数增加，吸液量增大，每冲次来油量增加，使单位液耗电能降低。

大量的资料证明，抽油机匹配超高转差电动机，具有显著节能效果，而CDJT变极多速电动机在抽油机应用上其节能效果则更上一层楼。它通过转速的切换而直接导致功率的切换。如6型抽油机原匹配电动机18.5kW，更换为CDJT5C型变极多速电动机，其功率转换为8/12/16kW三个功率等级，其装机容量分别降低13.5％，35.14％，56.76％，额定电流分别降低15.4％，28％，31.4％。通过功率切换其节能效果非常明显地展现出来。

5.2 作为调参（调冲）措施的应用

油田在采油过程中，从工艺或某些特定条件的需要出发，要调整冲次，过去和现在均采用较笨重的办法，由专业人员到现场拆换皮带轮的办法来实现。整个过程需停机进行，执行该任务费事、费时，劳动强度大。采用CDJT变极变速拖动装置，则可由采油工在几秒钟中内非常方便地按下按钮就可实现调冲目的，且不影响生产。特别是有的油田需经常调冲的区域采用该型产品，倍感方便，深受现场生产组织者的欢迎。

5.3 降低设备维修费用

CJT抽油机节能拖动装置所具有的软机械性能，改善了抽油机驴头悬点负荷的不均衡性，特别是启动瞬间及启动过程，降低了对抽油机结构件、传动系统的冲击，降低了设备的维修费用，延长了抽油机的使用寿命。
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6 变频调速节能

当油井的地下渗透能力小于抽油机的泵排量时（绝大多数油井如此），为了提高抽吸效率，降低单位产量的能耗指标，最直接的办法是实行间抽。但是大多数的油井是不允许间歇性工作的，因为如果长时间停机的话，轻则会影响产油量，重则会使油井无法再开启。这是因为：

1）含蜡量高或含盐量高以及油的粘稠度高，且地处高寒地区的油井，如果间歇工作，会造成井口结蜡、结盐或结油的后果，使油井无法再开启；

2）对于注水油井，如果停止抽取，势必会影响产油量，这将是得不偿失的事，对于这类油井，就要采用其它的节能方法。

为了使抽油泵的排量与油井的渗透能力相适应，可以通过改变抽油机的电动机转速来实现。抽油泵是一种柱塞泵，对电动机来讲是一种恒转矩性的负载，也即电动机的电功率与其转速成正比。这里要提醒注意的一点是:有人一说到泵，就想当然地认为和风机、水泵一样属于平方转矩型负载了，或者说“近似于泵类负载”，这都是错误的。要知只有叶片式的风机和水泵，在不计其静扭矩时，有近似于平方转矩的负载特性，也即：排量与转速成正比，压头（或扬程）与转速的平方成正比，而轴功率则与转速的立方成正比。

随着现代电力电子技术的发展，低压变频器已是十分成熟的电气产品，并且其价格也已经大幅度下降，目前进口变频器的价格约为600～700元/kW。国产变频器的价格在400～500元/kW，在抽油机上大量推广变频调速节能改造已经成为可能。抽油机改用变频器拖动以后有以下几个好处：

1）可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，一方面达到节能目的，同时还可以增加原油产量；

2）由于实现了真正的软起动，对电动机、变速箱，抽油机都避免了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命，减少了停产时间，提高了生产效率；

3）大大提高了功率因数（可由原来的0.25～0.5提高到0.9以上），从而大大减少了供电电流，减轻了电网及变压器的负担，降低了线损，挖掘出大量的“扩容”潜力。

但是，将变频器用于抽油机拖动时，也有几个问题需要解决，主要是冲击电流问题和再生能量的处理问题，下面分别加以分析。
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