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[摘 要]针对我厂油井分散，油田电网点多、线长、面广，供电半径大，压降大、网损大，电能消耗相当严重的生产实际，引进了抽油机节能保护器，通过现场应用数据对比分析，较好地解决了电能无功消耗的问题。
[关键词]电机 节能保护器 应用
中图分类号：TM352 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）27-0623-01
一、概述
我厂现有油井2546口，油井高度分散，油田电网点多、线长、面广，供电半径大，压降大、网损大，电网的功率因数普遍较低，电网电能不能被充分利用，电能消耗相当严重。另外，抽油机电机都未采用安全保护装置，由于雷击、负荷不平衡、网电压过低等原因造成电机烧毁比例相当大，据了解每年大约有近1/5电机因保护不当烧毁，而这一项损失的费用远远大于节能费用。
由于抽油机的负荷是一种变载荷，因季节、时间、井下负荷等而变化，因此电机功率因数平均值一般在0.2～0.6之间，无功损耗量相当大。另外，电机在使用中由于电网电压不稳引起的欠压、过压现象；抽油机不平衡及电机启动时引起的过流、过载现象及缺相等原因。因此对电机进行欠压、过压、过流、过载、缺相保护显得十分必要。
抽油机电机节能保护器具有节能与断相、过流、过载保护双重功能，采用无功动态就地补偿技术和电机断相、过载保护模块，大大改变了抽油机电机轻载、低效、高能耗、易烧毁的运行状态，提高了功率因数，使电动机在效率高、损耗低、经济效益最佳的状态下运行。通过在采油二厂城壕作业区使用证明，该项技术可起到保护电机免受烧毁的目的以及取得显著的节电效果。
二、工作原理及补偿量的确定
（一）工作原理
在电机启动柜里，配备适当的低压小型电力电容器装置，由于电容器的容性电流与电机的感性电流在相位上互差180°，当电容器与电机并联运行时，电容器的容性无功功率与电机的感性无功功率可以互相补偿，也就是电容器向电机提供了无功功率，从而使电机从电源吸取的无功功率大大减小，达到提高功率因数的目的。
（二）电容器无功补偿量的确定
当电机功率因数改善后达到0.95左右是比较理想和经济的。当功率因数为0.95以下时，电容器容量与功率因数的改善关系大致呈线性状态，当功率因数在0.95以上时，电容器容量与功率因数的改善关系大致呈非线性状态，即使进一步增大电容器容量，因功率因数增加的速度很慢，改善功率因数的效果将不再那么明显，在这种情况下，如果负荷变动大或轻负载时，功率因数可能超前，这是不允许的。所以在给电动机进行无功功率补偿时，应根据电动机的实际运行电压、有功功率和功率因数来选配电容器，使安装后的功率因数最大值达到0.95左右，以取得最佳的经济效益。
计算补偿无功量的方法是：对实际运行的电动机参数进行现场测试，测得电动机的实际输入功率P1和功率因数cosΦ1，用下面的公式来计算需补偿的无功量
Qc= P1（tgΦ1-tgΦ2）
式中Qc——需补偿的无功量，kvar；
P1——实测电动机的输入功率，kW；
tgΦ1——实测功率因数角的正切值；
tgΦ2——需补偿的功率因数角的正切值。
三、节能保护器在油田的应用效果
2011年11月15日-30日在我厂城壕作业区选取了10台抽油机进行现场安装，节能效果较为明显。实践证明，补偿后的电动机启动容易，相关电气设备的温度降低，噪声减小，开关、接触器投切火花减少，使用寿命延长，系统可靠性提高，故障率下降。
无功功率减小的经济效益，通常用无功经济当量KQ表示。每减少1kvar无功功率而使有功功率损失减少的值称为无功经济当量。无功经济当量KQ是根据负载在电网中的位置取值的。根据GB12497——1995《三相异步电动机经济运行》及电动机在电网中的情况，可选取KQ=0.2kW/kvar。我们先后安装了10台节能保护器，累计安装容量40kvar，每小时相当节约40 ×0.2= 8kW，年平均运行时间按300天计算，则可节电8×24×300=57，600kW·h，如果每kW·h按0.60元计算，全年可节约57，600×0.60=34，560元，不到一年可收回全部成本。
四、结论
1.整个配电线路损耗降低。由于电动机无功功率就地补偿是将无功补偿装置直接接到电动机的接线端子上或启动柜（控制柜）上，与电动机同时投入或退出运行，所以无功得到彻底补偿，不但高压线路上的电流减小，而且低压线路上的电流也同时减小，从而使整个高低压线路上的线损降低，取得无功补偿的最佳效果。
2.由于高低压线路上的电流同时减小，所以，不仅高压线路的变配电设备“释放”出富余容量，而且低压线路上的变配电设备也“释放”出富余容量，这样在不需要增加或调整变配电设备的情况下，就可增加末端用电负荷。根据补偿后降低电流情况来设计供配电设备及供电线路，可节省基建投资。
3.通过测试后可获得最佳补偿值，需要多少无功量就补多少无功量，不存在补偿过度的问题，使无功分散补偿就地平衡，并使无功补偿更接近于负荷线路末端。
4.由于安装该保护器后，电动机的端电压有所升高，启动电流和运行电流大大降低，电动机启动容易，开关的电火花减少，相关电气设备的温度降低、噪声也减小，从而可延长电动机和其它电气设备的使用寿命。
5.该保护器配置灵活、安装位置小、简单易行、更换方便，可省去不少控制元件，投资少、见效快。
[关键词]电机 节能保护器 应用
中图分类号：TM352 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）27-0623-01
一、概述
我厂现有油井2546口，油井高度分散，油田电网点多、线长、面广，供电半径大，压降大、网损大，电网的功率因数普遍较低，电网电能不能被充分利用，电能消耗相当严重。另外，抽油机电机都未采用安全保护装置，由于雷击、负荷不平衡、网电压过低等原因造成电机烧毁比例相当大，据了解每年大约有近1/5电机因保护不当烧毁，而这一项损失的费用远远大于节能费用。
由于抽油机的负荷是一种变载荷，因季节、时间、井下负荷等而变化，因此电机功率因数平均值一般在0.2～0.6之间，无功损耗量相当大。另外，电机在使用中由于电网电压不稳引起的欠压、过压现象；抽油机不平衡及电机启动时引起的过流、过载现象及缺相等原因。因此对电机进行欠压、过压、过流、过载、缺相保护显得十分必要。
抽油机电机节能保护器具有节能与断相、过流、过载保护双重功能，采用无功动态就地补偿技术和电机断相、过载保护模块，大大改变了抽油机电机轻载、低效、高能耗、易烧毁的运行状态，提高了功率因数，使电动机在效率高、损耗低、经济效益最佳的状态下运行。通过在采油二厂城壕作业区使用证明，该项技术可起到保护电机免受烧毁的目的以及取得显著的节电效果。
二、工作原理及补偿量的确定
（一）工作原理
在电机启动柜里，配备适当的低压小型电力电容器装置，由于电容器的容性电流与电机的感性电流在相位上互差180°，当电容器与电机并联运行时，电容器的容性无功功率与电机的感性无功功率可以互相补偿，也就是电容器向电机提供了无功功率，从而使电机从电源吸取的无功功率大大减小，达到提高功率因数的目的。
（二）电容器无功补偿量的确定
当电机功率因数改善后达到0.95左右是比较理想和经济的。当功率因数为0.95以下时，电容器容量与功率因数的改善关系大致呈线性状态，当功率因数在0.95以上时，电容器容量与功率因数的改善关系大致呈非线性状态，即使进一步增大电容器容量，因功率因数增加的速度很慢，改善功率因数的效果将不再那么明显，在这种情况下，如果负荷变动大或轻负载时，功率因数可能超前，这是不允许的。所以在给电动机进行无功功率补偿时，应根据电动机的实际运行电压、有功功率和功率因数来选配电容器，使安装后的功率因数最大值达到0.95左右，以取得最佳的经济效益。
计算补偿无功量的方法是：对实际运行的电动机参数进行现场测试，测得电动机的实际输入功率P1和功率因数cosΦ1，用下面的公式来计算需补偿的无功量
Qc= P1（tgΦ1-tgΦ2）
式中Qc——需补偿的无功量，kvar；
P1——实测电动机的输入功率，kW；
tgΦ1——实测功率因数角的正切值；
tgΦ2——需补偿的功率因数角的正切值。
三、节能保护器在油田的应用效果
2011年11月15日-30日在我厂城壕作业区选取了10台抽油机进行现场安装，节能效果较为明显。实践证明，补偿后的电动机启动容易，相关电气设备的温度降低，噪声减小，开关、接触器投切火花减少，使用寿命延长，系统可靠性提高，故障率下降。
无功功率减小的经济效益，通常用无功经济当量KQ表示。每减少1kvar无功功率而使有功功率损失减少的值称为无功经济当量。无功经济当量KQ是根据负载在电网中的位置取值的。根据GB12497——1995《三相异步电动机经济运行》及电动机在电网中的情况，可选取KQ=0.2kW/kvar。我们先后安装了10台节能保护器，累计安装容量40kvar，每小时相当节约40 ×0.2= 8kW，年平均运行时间按300天计算，则可节电8×24×300=57，600kW·h，如果每kW·h按0.60元计算，全年可节约57，600×0.60=34，560元，不到一年可收回全部成本。
四、结论
1.整个配电线路损耗降低。由于电动机无功功率就地补偿是将无功补偿装置直接接到电动机的接线端子上或启动柜（控制柜）上，与电动机同时投入或退出运行，所以无功得到彻底补偿，不但高压线路上的电流减小，而且低压线路上的电流也同时减小，从而使整个高低压线路上的线损降低，取得无功补偿的最佳效果。
2.由于高低压线路上的电流同时减小，所以，不仅高压线路的变配电设备“释放”出富余容量，而且低压线路上的变配电设备也“释放”出富余容量，这样在不需要增加或调整变配电设备的情况下，就可增加末端用电负荷。根据补偿后降低电流情况来设计供配电设备及供电线路，可节省基建投资。
3.通过测试后可获得最佳补偿值，需要多少无功量就补多少无功量，不存在补偿过度的问题，使无功分散补偿就地平衡，并使无功补偿更接近于负荷线路末端。
4.由于安装该保护器后，电动机的端电压有所升高，启动电流和运行电流大大降低，电动机启动容易，开关的电火花减少，相关电气设备的温度降低、噪声也减小，从而可延长电动机和其它电气设备的使用寿命。
5.该保护器配置灵活、安装位置小、简单易行、更换方便，可省去不少控制元件，投资少、见效快。