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游梁式抽油机的节能探讨 来源: 　 　　摘要：游梁式抽油机是原油开采最主要的设备之一。由于其驱动电机在实际运行中负载率和工作效率不高，致使油区配电系统的功率因数偏低，增加了电能的损耗。目前普遍采用的节能方式是对单台抽油机进行电容器的固定无功补偿。针对传统无功补偿方式的缺陷，本次设计提出提出了动态无功补偿和进行Y—△转换相结合的节能方案，设计了动态跟踪的无功补偿装置，利用实时检测得到的系统负载率以及无功需求量来控制电容器的分组投切，实现了无功功率的“按需”补偿，取得了较为理想的补偿效果。　　　　关键词：抽油机；节能；控制器　　　　1 引言　　　　目前，抽油机是应用最普遍的石油开采机械之一，它将石油从地底提升到地面上来，从而完成采油任务。在抽油机的各种类型中，游梁式抽油机又占主要的地位，它是油田使用最广泛的一种举升设备，约占油井人工举升设备的95％[1]。虽然游梁式抽油机与无游梁式抽油机相比有很多弊端，但是由于数量多、采油成本较低等原因，游梁式抽油机在一段时期内还会占据抽油机市场的主导地位。所以，本次就以游梁式抽油机的节能作为研究的方向。　　抽油机作为油田的主要生产设备，其驱动电机用电量占油田总用电量的比例很大，是油田的耗电大户，其用电量约占油田总用电量的40％，且总体效率很低（据有关调查一般效率在30％左右），导致了电能的大量浪费，提高了采油的成本。　　综上所述，我们找到了抽油机节能设计的突破口，可以通过无功补偿和Y-△转换调节电机电压相结合的装置来实现抽油机的节能。这样提高了电机效率和功率因素，减小电机损耗，降低了电费成本，减少了能源的浪费[2]。　　 2 工作原理和设计思路　　　　2.1 游粱式抽油机工作原理　　　　游梁式抽油机的类型很多，但其基本结构和工作原理是基本相同的。这类抽油机主要由游粱一连杆一曲柄机构、减速装置、动力设备和辅助装置等四大部分组成.游梁式抽油机的工作原理：电动机将其高速旋转运动传递给减速箱的输入轴，并经中间轴带动输出轴，输出轴带动曲柄作低速旋转运动。同时，曲柄通过连杆经横梁拉着游梁后端上下摆动(或者是连杆直接拉着游梁后端)。游梁前端装有驴头，活塞、液柱及抽油杆等载荷均通过悬绳器悬挂在驴头上，由于驴头随同游梁一起上下的摆动，结果驴头带动活塞作上下的垂直往复运动，就将油抽出井筒[3]。　　　　2.2 总体设计思路　　　　游梁式抽油机占据了抽油机市场的主导地位，故本文的研究主要是针对游梁式抽油机。　　同时游梁式抽油机的拖动装置绝大部分是交流三相异步电动机，其中鼠笼型异步电动机结构简单、坚固、惯量小、运行可靠、维修少、制造成本低及可应用于恶劣工作环境等优点，使其作为油梁式抽油机动力驱动装置，得到了广泛的应用。由于抽油机在工作时负荷匹配不合理，大多数电机处于轻载状态，造成大量的电能浪费，系统效率低下。因此，本文采用了一种以无功补偿为主，并和Y 一转换调节电机电压相结合的装置来实现抽油机的节能。通过对抽油机工作时的负载率的分析，确定电机是否处于重载状态，实现了电机在启动时和高负载时功率因素的提高；同时通过补偿电容器组的投切来实现无功补偿，从而达到抽油机的节能。　　　　3 游粱式抽油机的节能设计　　　　针对目前的节能方案，考虑到当前油田的管理水平和工人的技术素质以及现场环境和员条件，缺少一种成本低，可靠性高，节能幅度大，又能提高原油产量的节能方法。因此，针对上述这些情况，本次提出了一种以无功补偿为主，并和Y—转换调节电机电压相结合的节能装置，使得抽油机节能控制箱的装配和使用尽量的简单，并具有较高的可靠性。　　　　3.1 Y—转换调压控制和无功补偿节能的原理　　　　3.1.1 Y—转换调压的节能原理　　　　由于三相异步电动机的总损耗为：ΣP=P1-P2=Pfe+Pcu1+Pcu2+Pmac+Pad，其中，P为输入电功率，P2为电机轴输出功率。Pcu1为定子铜损耗， 2 2Pcu1 = 3I1 R1 式中I1为定子每相电流，R1为定子每相电阻值；Pcu2为转子铜损耗， 2 2Pcu2 = 3I′2 R′2 式中I′2、R′2为转子每相的折算值；Pfe为电机的铁芯损耗： 2fe mP =P1 50（ f ）β B50，式中P1 50 为铁耗系数，其值范围为1.05~2.50； β 为频率指数，随硅钢片的含硅量而异，其值范围1.20~1.60；f 为磁通交变频率；Bm为铁芯中磁通密度；Pmac为机械损耗。通常认为其是大小不变的常量。由于Bm∞φ m∞E1 ≈ U1，可知铁损耗Pfe正比于电机端电压的平方[4]。　　Pad为附加损耗，主要由于定、转子有齿槽存在，当电机旋转时磁通发生脉振而在定转子铁芯中产生附加损耗，其大小也与磁通密度大小成正比。　　从上述可以看出，