西瑪關于抽油機電機節(jié)能改造標準是什么樣的？

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

電機節(jié)能和消耗分析

1、電機能耗機制

西瑪電機分為直流電機、交流電機和控制電機。直流電機的電源為直流，調速過程平穩(wěn)，具有良好的起動性能和經(jīng)濟性。主要用于對速度控制和氣動有一定要求的設備。交流電機的電源為交流，根據(jù)工頻和轉速分為同步電機和異步電機。電機轉速為n值。在同步電動機中，功率頻率和n之間的關系是固定的，并且在負載變化時不會改變?？梢哉{整功率因數(shù)以實現(xiàn)空閑狀態(tài)下無功功率的調整。在異步電動機中，n值總是低于電源產(chǎn)生的磁場速度。由于定子繞組的相數(shù)不同，可分為單相異步電動機和三相異步電動機。單相電機通常較小，而多相電機具有不同的容量。

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

2、高耗低效原因分析

根據(jù)對油田泵組使用情況的統(tǒng)計分析，導致電機消耗高、效率低的原因主要包括使用大量舊西瑪電機、電機調整不當和特殊工藝要求。目前，電機已經(jīng)停用了二十多年或三十年。這些電機內部嚴重老化，制造工藝和材料已被淘汰。技術性能無法滿足需求，這使得電機的效率明顯低于新型高效節(jié)能電機。

在電機選擇方面，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、轉速不合理、扭矩不合理。由于工藝要求，泵機組的周期性加載導致不同階段的扭矩不同，這需要對容量跨度進行合理配置。

抽油機電機的負載特性

在泵組運行過程中，油柱上升時需要高功率，而下部由于自由下落而不需要功率。為了獲得均勻的負載，通過添加平衡塊來實現(xiàn)平衡。在由曲柄傳動和總負載扭矩之間的關系形成的泵組負載曲線圖中，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。

泵裝置上的負載周期性地變化，波動頻率由沖程描述。泵組的沖程一般為每分鐘6-12次，波動周期為5-19秒。補償力矩是正弦曲線，但負載力矩是不規(guī)則的。如果總負載扭矩曲線顯示負功率，則電機進入發(fā)電制動狀態(tài)。在負載-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。停止后啟動時，在啟動點沒有大負載的死點。

由于泵組負載的特殊性，采用普通異步電動機會造成浪費。泵裝置在接近死點的負載下啟動，死點具有較大的慣性矩。為確保平穩(wěn)生產(chǎn)，選擇電機時必須將最大扭矩作為參考值。然而，在進入正常運行后，平均扭矩僅為最大扭矩的1/3，因此電機始終以1/3的額定功率運行，導致浪費。當砂子被卡住，蠟沉積在鉆孔底部時，電機會不斷更換，以確保在啟動過程中不會燃燒。人為因素增加了回旋余地，加劇了浪費。根據(jù)現(xiàn)有泵機組的負荷率統(tǒng)計，通常為20%左右，可保持在30%的較高水平。由于重合運行太低，電機效率無法提高，功率因數(shù)降低。在泵組負載周期性波動的驅動下，西安西瑪電機速度也會波動并增加其損耗。由于泵裝置的平衡決定了周期性負載，因此根本不可能進行固化。負功率出現(xiàn)在電網(wǎng)和電機中，功率因數(shù)在有功能量吞吐量的影響下惡化。

西瑪電機節(jié)能和改造過程

電動機節(jié)能標準主要包括國家標準GB18613《中小型旋轉相異步電動機最低能效限值和能效等級》。當前參考是2012年發(fā)布的標準的第三版。在本標準中，中小型三相異步電動機的效率可分為三級：1級、2級和3級。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。改造泵機組電機時可參考這些標準。

對異步電動機的分析表明，在恒定頻率下，負載轉矩M也是一個固定值，并且有一個電壓值U來優(yōu)化它。在該電壓下，可以實現(xiàn)最有效和最小的損耗。輸入功率P1和電壓變化f（u）的分布是一個反比。考慮到泵機組工作負載的周期性波動，電機的輸入電壓也必須隨負載扭矩的變化而變化，以在曲線的任何點實現(xiàn)最佳工作。這要求功率因數(shù)控制器調整輸入電壓以匹配負載波動。這種類型的交流電壓控制裝置在當前技術下更容易實現(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用太高，而且很容易被盜，從而阻礙了高科技裝置的應用。

雖然電力電子節(jié)能裝置不能在實際應用中普及，但仍有一種實用可行的方法，即切換電機定子繞組。泵組最常見的電機功率為7.5~75kW，采用Y系列異步電機。為了滿足大轉矩的初始要求，可采用三角形連接方式實現(xiàn)啟動時的定子繞組。在正常工作狀態(tài)下，每組繞組分為兩部分，形成一個細長三角形，以降低電壓和輸入功率，實現(xiàn)節(jié)能。電流電機可采用兩種類型：1? 1和1? 2.更換定子繞組后，西瑪電機相電壓和最大轉矩降低，從而降低了過載能力。必須調查過載能力，因為當最大扭矩未達到泵裝置的峰值扭矩時，很容易停止。

螺紋孔比K是Y形部分和三角形部分的旋轉比，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的額定扭矩之比。一般情況下，Y排電機中泵組的六極和八極電機的Km值為2。1:1型電機更換定子繞組后的過載容量分別為0.71、0.47和0.94，1:2型電機為0.78、0.56和1.12。

對原西瑪電機進行改進后，保持了原起動轉矩和原電流，使其起動特性保持不變。改造后的電機也可在遠程場合正常使用。負載越小，節(jié)電率越高。改造過程投資少，操作簡便，效果明顯。經(jīng)過適當?shù)母倪M，它也可以應用于其他系列電機，適用于采油廠的技術改造。

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