抽油機(jī)永磁電機(jī)存在問(wèn)題及反電勢(shì)點(diǎn)調(diào)整應(yīng)用效果

1、抽油機(jī)永磁電機(jī)存在問(wèn)題及反電勢(shì)點(diǎn)調(diào)整應(yīng)用效果 抽油機(jī)永磁電機(jī)存在問(wèn)題及反電勢(shì)點(diǎn)調(diào)整應(yīng)用效果 摘 要：永磁電機(jī)在勝利油田孤東采油廠的應(yīng)用情況說(shuō)明，永磁電動(dòng)機(jī)在抽油機(jī)上應(yīng)用具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、效率高、功率因數(shù)高、節(jié)電效果好等優(yōu)點(diǎn)，但在應(yīng)用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)局部永磁電機(jī)功率因數(shù)偏低，能耗比正常水平偏高等問(wèn)題。本文分析了負(fù)載率、電壓變化對(duì)永磁同步電機(jī)功率因數(shù)的影響，通過(guò)試驗(yàn)得出了抽油機(jī)永磁電機(jī)工作的最正確電壓值臨界反電勢(shì)點(diǎn)，提出了目前在抽油機(jī)上調(diào)整永磁同步電機(jī)反電勢(shì)點(diǎn)存在的難點(diǎn)問(wèn)題并提出了解決方法。 關(guān)鍵詞：永磁電機(jī)；功率因數(shù)；反電勢(shì)點(diǎn) 1 永磁電機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀 勝利油田孤東采油廠從2002年10月開(kāi)始，試驗(yàn)抽油機(jī)

2、井自動(dòng)調(diào)壓變壓器配套永磁電機(jī)技術(shù)，該技術(shù)是從整個(gè)機(jī)采系統(tǒng)入手，以系統(tǒng)的觀念通過(guò)對(duì)變壓器、控制柜到電機(jī)整個(gè)機(jī)械采油井拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用22-30kW小功率永磁電動(dòng)機(jī)替代普通Y系列37-55kW電動(dòng)機(jī)，應(yīng)用30kVA小容量自動(dòng)調(diào)壓變壓器替代原單井配套50kVA普通變壓器，2002年共應(yīng)用永磁電動(dòng)機(jī)138臺(tái)、自動(dòng)調(diào)壓變壓器97臺(tái)，實(shí)施后，平均單井日節(jié)電42kWh，系統(tǒng)效率提高3.5%，單井變壓器減容18kVA。到2021年底，共推廣應(yīng)用永磁電機(jī)500余臺(tái)，平均單井電機(jī)功率由46.6kW下降到32.5kW，單井功率因數(shù)由0.562提高到0.905，單井變壓器容量降低18kVA。 永磁電動(dòng)機(jī)在

3、使用過(guò)程中也存在著問(wèn)題，局部永磁電機(jī)功率因數(shù)過(guò)低，甚至低于0.3，明顯小于額定值，給充分發(fā)揮永磁電機(jī)節(jié)電效果帶來(lái)了一定的影響，孤東采油廠能源管理站決定針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整試驗(yàn)。 2 永磁電機(jī)應(yīng)用存在問(wèn)題原因分析 2.1空載反電勢(shì)及臨界反電勢(shì) 2.1.1空載反電勢(shì) 每臺(tái)永磁同步電機(jī)都有一個(gè)不同的空載反電勢(shì)，用同種轉(zhuǎn)速的永磁同步電機(jī)軸對(duì)軸連接，一臺(tái)定子接通三相交流電，到達(dá)同步轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)試另一臺(tái)被拖動(dòng)電機(jī)定子的開(kāi)路電壓即為空載反電勢(shì)。 2.1.2臨界反電勢(shì) 在一定負(fù)載下，連續(xù)調(diào)整永磁同步電機(jī)的定子電壓，用FLUK43B電力分析儀測(cè)試永磁同步電機(jī)的瞬時(shí)無(wú)功功率，并用萬(wàn)用表測(cè)試電壓，當(dāng) FLUK43B

4、測(cè)取的無(wú)功功率即不顯示“C容性無(wú)功也不顯示“L感性無(wú)功時(shí)對(duì)應(yīng)的定子電壓即為該負(fù)載下的臨界反電勢(shì)，此時(shí)的無(wú)功功率很小見(jiàn)表1。 表1 30kW 8極380V永磁同步電機(jī)不同負(fù)載率對(duì)應(yīng)不同電壓下的功率因數(shù) 表注：“+-代表感性無(wú)功；“-代表容性無(wú)功；實(shí)測(cè)永磁同步電機(jī)的空載反電勢(shì)為391.5V；實(shí)測(cè)負(fù)載率40%時(shí)的臨界反電勢(shì)為383.5V。 2.2 負(fù)載率、定子電壓對(duì)無(wú)功功率功率因數(shù)的影響 對(duì)不同額定電壓等級(jí)380V、660V、1140V、不同額定功率22 kW、30 kW和不同轉(zhuǎn)速750轉(zhuǎn)/分鐘、1000轉(zhuǎn)/分鐘的12臺(tái)永磁同步電機(jī)在不同負(fù)載率對(duì)應(yīng)不同電壓下的有功功率、無(wú)功功率和功率因數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)

5、試結(jié)果說(shuō)明：各參試之間的規(guī)律關(guān)系都根本一致。 3 永磁電機(jī)反電勢(shì)點(diǎn)調(diào)整試驗(yàn) 3.1 試驗(yàn)?zāi)康?試驗(yàn)有兩個(gè)目的：一是確定永磁電機(jī)功率因數(shù)與電壓的關(guān)系；二是確定永磁電機(jī)的反電勢(shì)點(diǎn)。 3.2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整并測(cè)試 2021年4月5日孤東采油廠技術(shù)質(zhì)量平安監(jiān)督中心能源管理站在GO2-21-55及GO2-23-59兩口機(jī)采井進(jìn)行了永磁電機(jī)功率因數(shù)調(diào)整試驗(yàn)兩口井的主要參數(shù)見(jiàn)表2，試驗(yàn)當(dāng)天我們對(duì)兩口井進(jìn)行了測(cè)試，并記錄了測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。 表2 GO2-21-55及GO2-23-59井主要參數(shù) 表3 GO2-21-55及GO2-23-59井電參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù) 從表3可以看出： 1當(dāng)定子電壓高于永磁同步電機(jī)的臨界

6、反電勢(shì)時(shí)，其感性無(wú)功功率呈感性功率因數(shù)運(yùn)行；當(dāng)定子電壓低于永磁同步電機(jī)的臨界反電勢(shì)時(shí)，永磁同步電機(jī)的容性無(wú)功功率呈容性功率因數(shù)運(yùn)行。 2外加永磁同步電機(jī)的定子電壓等于或近似等于其臨界反電勢(shì)時(shí)，電機(jī)無(wú)功功率最小，功率因數(shù)最高。 3負(fù)載率較低時(shí)，功率因數(shù)隨外加定子電壓偏離臨界反電勢(shì)的增大而減小，定子電壓偏離臨界反電勢(shì)越多功率因數(shù)下降越多。 4隨負(fù)載率的增大，電壓變化對(duì)功率因數(shù)的影響逐漸減弱，當(dāng)負(fù)載率大于40%時(shí)，電壓變化對(duì)功率因數(shù)的影響很小。 5在定子電壓一定時(shí)，電機(jī)的負(fù)載率越低功率因數(shù)越低。 6電機(jī)空載臨界反電勢(shì)近似等于空載反電勢(shì)，隨著負(fù)載的增加臨界反電勢(shì)逐漸下降，在抽油機(jī)的工況狀態(tài)下下降約2.

7、5%Ue。 GO2-21-55井為S11型三檔變壓器，我們先后對(duì)GO2-21-55井進(jìn)行了三次調(diào)壓測(cè)試測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表4，結(jié)果顯示，當(dāng)電壓調(diào)整到3檔416V時(shí)，功率因數(shù)最高為0.918，有功5.52kW，無(wú)功功率1.52kvar。 表4 GO2-21-55井試驗(yàn)表 GO2-23-59井在當(dāng)天測(cè)試程中電壓過(guò)高，最低電壓440V，原有變壓器檔位少，只有三檔，無(wú)法到達(dá)預(yù)定電壓。后來(lái)經(jīng)與電機(jī)生產(chǎn)廠家聯(lián)系，于4月11日更換了七檔變壓器，并加大了電壓調(diào)整范圍，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了第二次測(cè)試。更換變壓器后對(duì)GO2-23-59井進(jìn)行了6次調(diào)壓測(cè)試測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表5。測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)變壓器調(diào)到3檔393V時(shí)，電機(jī)功率因數(shù)最高

8、為0.955，有功功率為4.02kW,無(wú)功功率為0.87kvar。 表5 GO2-23-59井試驗(yàn)表 調(diào)整后的兩口井測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。 表6 GO2-21-55及GO2-23-59井調(diào)整后測(cè)試數(shù)據(jù) 3.3 試驗(yàn)結(jié)論 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，在同樣的工況下，永磁電機(jī)功率因數(shù)與電壓有著密切的關(guān)系，當(dāng)變壓器輸出電壓過(guò)低時(shí)，無(wú)功為負(fù)值，此時(shí)電機(jī)呈容性，功率因數(shù)低于0.9(額定值)。當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)，無(wú)功為正值，此時(shí)電機(jī)呈感性，功率因數(shù)同樣低于0.9(額定值)。當(dāng)某一固定電壓時(shí),無(wú)功趨近為零，功率因數(shù)為1，電機(jī)到達(dá)理想運(yùn)行狀態(tài)，電力效率最高，損耗最小，此時(shí)電壓等于電機(jī)的反電勢(shì)點(diǎn)時(shí)。 由表5可以看出GO2-21-55

9、井的反電勢(shì)點(diǎn)略低于416V，GO2-23-59井的反電勢(shì)點(diǎn)略高于393V，由于變壓器檔位少，電壓調(diào)整數(shù)度不夠，所以無(wú)法精確調(diào)試出兩口井的反電勢(shì)點(diǎn)。 由于這兩口油井都存在著間隙出油現(xiàn)象，調(diào)整過(guò)程中油井有功功率出現(xiàn)了不規(guī)那么的變化，并沒(méi)有明顯下降趨勢(shì)，但據(jù)研究，隨著永磁電動(dòng)機(jī)功率的提高，電機(jī)效率也相應(yīng)提高，調(diào)整后應(yīng)有一定的節(jié)電效果。 當(dāng)電機(jī)工作電壓過(guò)高或過(guò)低時(shí)不但影響電機(jī)功率因數(shù)，同時(shí)電壓過(guò)高，造成電機(jī)過(guò)熱，還減少了電機(jī)的使用壽命，降低了電機(jī)運(yùn)行效率。電機(jī)功率因數(shù)調(diào)整后不但提高了線路的功率因數(shù)，減少了網(wǎng)損，還提高了電機(jī)的效率，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。 4 推廣應(yīng)用情況 2021年4月以來(lái)，在全廠范圍

10、內(nèi)開(kāi)展永磁電機(jī)臨界反電勢(shì)值的測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)壓工作，確保電壓值在臨界反電勢(shì)點(diǎn)附近，提高功率因數(shù)。共調(diào)整永磁電機(jī)256臺(tái)，平均單井日節(jié)電8.1kWh，平均單井功率因數(shù)上升0.107，合計(jì)256口油井的永磁電機(jī)日節(jié)電2073.6 kWh，年節(jié)約電費(fèi)41.62萬(wàn)元。 5、幾點(diǎn)結(jié)論 1確保呈容性功率因數(shù)運(yùn)行。根據(jù)電機(jī)銘牌上標(biāo)示的空載反電勢(shì)，調(diào)整變壓器輸出電壓，使電壓值低于空載反電勢(shì)的2.5%左右，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)電機(jī)呈很高容性功率因數(shù)運(yùn)行為最正確。這一特點(diǎn)在抽油機(jī)上特別有意義，對(duì)1臺(tái)變壓器拖動(dòng)1臺(tái)電機(jī)的情況，電機(jī)的容性無(wú)功正好和變壓器的感性無(wú)功相互補(bǔ)償，可使變壓器的一次測(cè)功率因數(shù)大于0.90。對(duì)1臺(tái)變壓器拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)的情況，適當(dāng)控制容性功率因數(shù)和感性功率因數(shù)運(yùn)行永磁同步電機(jī)的比例數(shù)，也可使變壓器的一次測(cè)功率因數(shù)大于0.90。 2局部在用S11型油井變壓器調(diào)壓檔位少，只有三檔；調(diào)壓范