抽油机负载特性及其功率因数提高的研究.docx

抽油机负载特性及其功率因数提高的研究程汉湘1(11 广东工业大学自动化学院建1文小玲2王志华2华中科技大学电气与电子工程学院430074)摘要通过对油田现场实地测量数据的详细分析得到了游梁式抽油机异步电动机的负载特性 、功率因数等曲线 , 并进行了深入的研究和说明 。最后结合中原油田进行无功补偿的实例 , 给 出了提高功率因数的方法和技术解决措施 。关键词抽油机功率因数SV G DSP持额定转速不变 , 且电机始终处于非饱和状态 。利引言1用参考文献 3、4中有关电机有功功率 、无功游梁式抽油机 (俗称磕头机) 是广泛应用在我国油田系统中的一种采油机械 , 每天需要消耗大量 的能源 , 其电费开支占采油系统费用支出的 60 % 以上 。由于其负载是以抽油机冲程为周期连续变化的周期性负载 , 实际测量表明在这种负载情况下 , 配电系统的平均功率因数低 , 电动机能量损耗较 大 。因此 , 如何减小电机损耗 、提高配电系统功率 因数成为油田节能的关键 。功率 、功 率 因 数 及 其 损 耗 等 公 式 可 以 得 到 图 1c 、d 、e 所示的一系列参数分析曲线 。在此需要指出抽油机负载特性研究抽油机负载是油田配电系统中的主要用电负 载 , 也是决定整个配电网功率因数的关键 。因此 , 有必要对抽油机的负载特点 、抽油机电机的运行特 性以及参数的变化进行研究 , 为无功补偿方案的确 定和装置的设计提供依据 。211抽油机电机运行参数为了研究抽油机的负载特性 , 分别到中原油田 和江汉油田进了数据的采集和测量 , 得到了一系列 的实地运行参数 。图 1a 为油田系统认可的抽油机 工作扭矩变化曲线1 。图 1b 所示即为用 FL U KE 413B 电能质量分析 表在江汉油田测量到的实际波形 。所测电机为长沙 电机厂生产的 YC Y280M —6 型异步电动机 , 额定 功率为 55 k W , 额定电流为 10414A , 转速为 960r/ min 。该曲线反映了抽油电动机的工作周期以及一个周期内电流 、电压的幅值变化情况 。212实测参数分析有了图 1a 、b 中抽油电机的扭矩 T 、电流 i 、 电压 u 这三个实际的物理量 , 我们假定转速 n 保2图 1 抽油机各参数分析曲线— 55 —《电工技术杂志》2003 年第 5 期抽油机负载特性及其功率因数提高的研究的是在分析过程中有一些情况没有计算在内 , 如 :电机在一个周期内的转速变化 (电机转速存在一定 变化 , 但是不大3 ) 、个别时候电机的电流超过额定值 , 电机工作在饱和状态 、电机的机械损耗和杂散损耗等 。从图 1 中电压 、电流变化曲线可以看出 , 所测 抽油机的一个上下冲程的周期大约为 714s ( 每台 抽油机一个上下冲程周期并不一样 , 可通过调节抽 油机驴头的孔距来实现周期的调节 , 一般在 3～7s 之间变化) , 在一个机器周期内电压的变化与电流 变化相反 , 电流越大电压越低 。电压的波动并不是 很大 , 约为额定电压的 ±5 % 。与之相比电流波动 却非常的剧烈 , 在驴头上行 (下冲程) 的一段时间 内电流最大时甚至达到了 172A 。正是由于这种原 因的存在 , 导致负载功率只十几千瓦的抽油机必须 装配额定功率比负载功率大好几倍的电动机 (一般 来说负载大约只占电机额定功率的 1/ 3 左右) , 这 样才能保证电动机的发热在规定的额定范围之内 。 由此导致电机长期处在非额定功率下工作 , 能量损 耗很大 , 采取节能降耗的措施非常有必要 。从扭矩曲线可以看出电机在工作的时候可能有 两种不同的工作状态 : 一种是电机带动机械负荷运 行 , 此时电机的转差率关系为 0 s 1 , 电机为电 动机作用 , 从电网吸收有功功率和无功功率 。另一 种是机械负荷带动电机运行 , 此时电机的转差率关 系为 0 s , 电机为发电机作用 , 从电网吸收无功 功率 , 给电网送出有功功率 。这决定了要想得到更 好的节能效果 , 使用的节能装置必须可以吸收无 功 , 同时也能发出无功 。无功功率即电机空载功率 , 其大小与电机的设 计方法 、材料选用 、制造工艺及电机工况直接相接导致了大量电能的浪费 。第一类损耗与功率因数没有关系 , 它只是流过线路电流的函数 , 与电流有 效值的平方成正比 , 电流波动越大 , 损耗越大 , 电 机效率 η 越低 。对于这样的损耗 , 我们一般采取的措施是选择漏阻相对较小的大功率电动机 , 或者按照文献 2中所说的对抽油机的机械部分进行改造 。关 于 这 方 面 问 题