提高电机功率因数降低油井耗电的措施及效果分析
提高电机功率因数降低油井耗电的措施及效果分析
王斌钟山周士安
（中国石化胜利油田分公司孤岛采油厂孤三区，山东东营257231）
摘要：通过提高电机的功率因数，降低线路的热损失，以达到降低油井耗电量的目的。

为此从五个方面想办法：对于异步电动机，合理的选择电动机的容量；优化抽油机井的工作制度，降低电机的输出功率；实现电机的低载启动，降低电机的匹配功率；推广永磁电机等节能设备；提高在低压供配电系统中装设电容器无功补偿装置。

关键词：电机功率因数；耗电量；措施；效果分析
0 引言
降低抽油机井的耗电量，其方式、方法很多，所取得的效果也不一样。

通过提高电机的功率因数，可以降低线路的热损失，达到降低油井耗电的目的。

结合实际情况，从以下几方面进行分析。

功率因数的表达公式：功率因数（COS∮）=有功功率/视在功率
1 影响异步电动机功率因数的因素
1.1 影响因素
目前油井的电动机大部分还是三相异步电动机。

异步电动机转子与定子间的气隙是决定异步电动机需要耗用较多无用功的主要因素，而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。

所以要改善异步电动机的功率因数就要尽量避免电动机的空载运行，并尽可能提高其负载率，同时利用科技进步降低空载时的无用功率。

1.2异步电动机功率因数和负载率的关系
在现场测试中，统计了电机负载率与功率因数关系表（表1）。

从电机的负载率和功率因数的关系可以看出三相异步电动机的负载率越高，功率因数越大。

提高电动机的负载率是提高功率因数的主要手段。

2 提高电机功率因数降低耗电的方式及效果
2.1 合理选用电动机的功率，提高功率因数和效率
电机”在大马拉小车”、轻载和空载等运行状态，均会造成电动机功率因数偏低，耗用无用功比例增大，电能损失增加。

因此，合理选择电动机容量，使之与机械负载功率相匹配，提高电动机的负载率，是改善其功因数的主要方法之一。

随着负载率的提高，电动机功率因数也就提高了，也就是说，合理选择电动机容量，能够提高其功率因数，达到节约电能的目的。

当电动机处于最佳负载率状态下运行时，其效率最高，功率因数最大。

目前，我们现场使用的抽油机中，游量式抽油机占90％以上，造成电机功率偏大的主要原因是游量式抽油机的启动电流大，抽油机运行过程中电机的负荷差异大。

为维持油井的正常生产，采油单位一般匹配大功率的三相异步电动机，一方面开井时方便启停，另一方面电动机不易损坏。

这样做的缺点是功率因数低，耗电量高，电网投资大。

解决电机功率过大的问题，一要调整好抽油机平衡，均衡电机在上下行的负载；二要降低抽油机的冲数；三是可通过其他辅助手段启动空载抽油机，降低电机启动电流；四是供液差的井适当降低冲程，合理调整冲程和冲数的关系。

2010年以来的低冲数电机和二级减速器的发明为低冲数启动创造了条件；开井时用吊车辅助甩起平衡
块，降低了电动机的启动扭矩。

由此，15千瓦、18.5千瓦和22千瓦电机得到了大范围的使用，极好的提高了单井和整条线路的功率因数。

2.2优化抽油机井的工作制度
在保证合理沉没度的前提下，合理选择泵径泵深和抽油机的冲程和冲数。

第一，优化泵径和泵深参数，降低抽油机驴头的悬点载荷。

第二，优化抽油机的冲程和冲数，降低电机的输出扭矩。

电机的负荷降低有利于匹配较低的电机功率，提高电机的负载率，达到功率因数提高的目的。

电机的输出功率是扭矩和角速度的积。

实际生产中选择合理的冲程和冲数以选择电机的匹配功率最小和耗电量最低为原则。

根据泵径的适宜深度和油井的供液能力，供液好的油井尽可能的加大泵径上提泵挂；供液差的井选择小泵深抽，一定要选择合适的冲数，目前的技术和设备已能满足生产的需要，且不可采用大冲数，浪费电能。

泵径和泵深的选择是关键，是抽油机冲程和冲数选择的基础，因此油井作业时，认真分析，确定合理的工作制度，为电机功率的降低创造条件。

实际生产中，83泵的泵深不宜超过600米，70泵的泵深在800米左右，57泵在1000米左右，泵深在1500米以上时泵径不能超过44，沉没度保持在150-200米较为合理。

不同的区块，不同的油井，其要求的工作制度不同，因此建立单井的合理工作制度，不仅有利于正常生产，更有利于匹配合理容量的电动机，提高功率因数，节约用电。

在我们实际生产中出现问题较多的是供液好的油井，泵挂过深，导致抽油机负荷大；泵径偏小，导致抽油机的冲数过大。

对于供液差的井，盲目坚持大冲程小冲数的观点，而未考虑到在游量式抽油机上，电机扭矩随着冲程的增大，上下行时的变化较大，造成匹配功率大，反而降低了功率因数，增加了耗电量。

对于同一口井生产的层位发生变化，工作制度要及时调整，供液能力发生变化，工作制度也要跟着变化。

这就要求我们要及时录取资料，及时分析，制定措施。

油井的产量发生变化，耗电量发生变化，都要寻找原因。

工作制度是一个动态的，根据实际情况的变化而变化，目的就是保证电动机的输出扭矩最小和最均衡。

2.3 实现电机的低载启动，降低电机的匹配功率
抽油机井匹配电机功率较大的主要原因是抽油机电机带载启动和负荷的不均匀性，造成大马拉小车的现象，这是功率因数偏低的主要原因。

实现电机的低载启动，是提高电机负载率的有效途径。

目前实际生产中有变频启动，减速器减速启动和通过离合器启动。

2011年应用较成功的是变频启动和减速器减速启动。

变频启动是抽油机启动时频率有零逐步提高到合理频率，改变了电机带载启动的缺点，降低了电机的匹配功率。

特别是通过变频技术的应用，普通电机代替调速电机，取得了较好的效果。

减速器减速启动，应用较成功的是低冲数电机的使用，通过减速器将电机的输出转速减低，达到降低匹配功率的目的，提高电机的负载率。

特别是适用于泵挂深，供液差的低渗透率的油井。

2010年在中二北馆3-4区块GD2-19-416等井上推广低冲数电机，平均功率因数提高0.46，单井耗电量降低98度，效果明显。

2011年在孤三区大面积的使用变频柜和稀土永磁电机，替代原来的电磁调速电机，功率因数提高明显，线路的电压由原来的340V增加到现在的380V,单井耗电量降低120kwh左右。

变频技术的应用对稠油区块的节电极为明显。

变频柜在游量式抽油机井的应用，其设计必须解决好电机发电回馈的问题。

变频柜的匹配功率应高于电动机一个等级，不至于由于油井负荷的变化导致变频柜的损坏，耽误生产。

稠油井的生产要求抽油机实现无级调速，同时要克服负荷重的困难。

变频柜的无级调速和稀土永磁高启动扭矩满足目前的生产和
节能要求。

变频柜的频率一般维持在20-30赫兹。

目前冲数低于1次的抽油机井，使用普通电机，变频柜无法正常生产，我们可以使用带有减速器的电机。

在频率提高后，抽油机冲数仍维持较低的水平（表2）。