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[摘 要]低负载率普通电机可以在电机修理时进行电机改造或改变电机接线盒接线实现与油井匹配。目前对于节能设备的单项节能原理及其评价方法已日趋完善，但从系统的角度出发，分析节能设备之间的选配，目前的研究还处于现场实验和定性分析阶段。本文是在国内外研究成果的基础上，以节能抽油机、节能电机作为研究对象，从系统的角度开展节能，为节能设备的优化选配提供新的理论和方法。
[关键词]低负载率电机；电机效率；功率因数；匹配
中图分类号：TE377 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）34-0195-01
对电动机机械特性的分析，指出应根据抽油机的载荷波动因数，来选择机械特性相匹配的电动机。中转差电动机与抽油机载荷特性的匹配最合理，综合考虑实际应用和经济效益，选择电动机的排序为中转差电动机、永磁电动机、超高转差电动机、系列电动机。Y系列普通电机低负载率生产时可采取角星转换方式。电压越高，节电范围越大；在电机负载率相同的情况下，电压越高，节电量越大，反之相反。在地质条件不复杂、井况较稳定的情况下应需选择单转速电动机。浅泵挂或低负荷油井双速电机降冲次节电量不足以弥补空载损耗增加量和电机效率減少值。本文在总结有杆抽油系统国内外研究成果的基础上，从系统动力学的角度出发，建立了基于抽油杆柱柱动方程的有杆抽油系统的数学模型，并在此基础上，针对油田在用的主流节能抽油机与节能电机，根据同一井况、相同产量时，日耗电量最小原则，讨论四种节能抽油机与三种节能电机之间的优化匹配问题。
1 Y系列普通电动机的匹配
交流异步电机的效率和功率因数在额定值附近达到最大值，现场测试Y系列电机平均负载率18.5%，电机效率低。低负载率普通电机可以在电机修理时进行电机改造或改变电机接线盒接线实现与油井匹配。方法一是改造时通过增加一组绕头而将其绕成具有两组不同额定功率的电机。方法二是每相绕组分成两部分，接成延边三角形，可接成1∶1和1∶2两种情形，它使每相绕组承受的相电压小于三角形接法的相电压，大于星型接法的相电压。方法三是改变电机接线盒接线，即角星转换方法，其实质是降压节电。改造必须有适用的保护电路，才能防止载荷大幅度波动时烧毁电机。方法三改造最容易，直接在电机接线盒改线；但由于降压幅度大，电压从380V降到220V，使电机最大转矩和启动转矩降低到原来的三分之一。
2 节能电动机匹配
2.1 稀土与超高转差电机
（1）电机能耗和功率因数。稀土永磁同步电机具有启动力矩大、过载能力强、效率高、功率因数高等特点。与Y系列电机和超高转差相比，稀土永磁电机节电明显，功率因數提高。经现场实测数据对比，功率因数排序为：永磁电机>转差电机>Y系列电机；能耗对比排序为：永磁电机<转差电机 （2）机械特性。稀土电机本身是硬特性，运行中无转差，比Y系列电机还硬的机械特性使负有功和功率最小值增加，加剧抽油机系统振动。与高转差电机相比，没有消减振动载荷的能力，反而会增大对减速箱齿轮的冲击损害；钕铁硼材料本身的居里点只在120～130℃，一旦电机烧毁就会失磁；此外，转子级数已定，不能适用调参的需要而实行变极调速。因此地面设备使用状况差的井和电网电压偏低时不适合使用稀土永磁电机。
（3）冲次影响。油井高冲次生产时，高转差率电机与稀土电机能耗相近，但高转差电机软的机械特性比稀土电机硬的机械特性更有利于抽油机系统的运转。当抽油机冲次高和负载变化大时，选用高转差电动机。因为冲次高，动载荷大，而超高转差电机软特性能更好地利用动载荷，改善系统运动状况，提高系统效率。
2.2 单速与双速电机的选择
由于双速电动机共用一套定、转子系统，为兼顾两个转速下的指标，在同机座号、同一转速时与单转速电动机相比，功率、效率、功率因数和堵转转矩等技术指标都有一定的降低，所以在地质条件不复杂、井况较稳定的情况下应需选择单转速电动机。
2.3 高转速与低转速电机
对于地质稳定、供液充足的高产稀油井，宜选用6、8极的电动机；对于稠油井选用8极以上的电动机；地质稳定、低渗透、供液不足的低产稀油井或特稠油井，宜选用12极或16极电动机（12极电机最高冲次不能超过3次/分，16极电机最高冲次不能超过2次/分）。对于地质变化较大，需要经常洗井作业的低产井，宜选用6/12极、8/12极双速电动机，以便快速抽出洗井液并在低速下正常运行。在此原则和条件允许的情况下，应尽可能选择高转速（低极数）电动机，以保证电机有较高的效率、功率因数和较低的功率需求。
3 结论与认识
（1）Y系列普通电机低负载率生产时可采取角星转换方式。电压越高，节电范围越大；在电机负载率相同的情况下，电压越高，节电量越大，反之相反。
（2）地面设备使用状况差的井和电网电压偏低（启动困难并有强振动现象）不适合使用稀土永磁电机。
（3）当抽油机冲次高和负载变化大时，选用高转差电动机，改善系统运动状况。
（4）在地质条件不复杂、井况较稳定的情况下应选择单转速电动机。浅泵挂或低负荷油井双速电机降冲次节电量不足以弥补空载损耗增加量和电机效率减少值。
（5）要根据抽油机井供液变化情况、油井产量情况、油品性质选用双速电动机。
油田开发已经进入中后期的实际情况，结合近年来各种各样的节能电机在油田使用过程中出现的一些新问题比如同一种电机在不同的油井节能效果大不相同，同一口井不同的节能电机节能效果也不同，提出了如何选择节能电机的问题，讨论了如何根据油井工况合理地选择节能电机，以取得应有的节能效果。分析了常用节能电机的使用情况，但这是基于同一型号的抽油机基础之上。
参考文献
[1] 姜民政，蔡玉苗，冯子明，张德实，王丽丽.游梁式抽油机与驱动电机的耦合模型[J].石油机械.2013（12）.
[2] 张树起，杜树勋，刘举元.油井电动机及控制柜节能探讨[J].资源节约与环保.2008（03）.
[3] 李军.抽油机拖动装置功率优化[J].油气田地面工程.2006（09）.
[关键词]低负载率电机；电机效率；功率因数；匹配
中图分类号：TE377 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）34-0195-01
对电动机机械特性的分析，指出应根据抽油机的载荷波动因数，来选择机械特性相匹配的电动机。中转差电动机与抽油机载荷特性的匹配最合理，综合考虑实际应用和经济效益，选择电动机的排序为中转差电动机、永磁电动机、超高转差电动机、系列电动机。Y系列普通电机低负载率生产时可采取角星转换方式。电压越高，节电范围越大；在电机负载率相同的情况下，电压越高，节电量越大，反之相反。在地质条件不复杂、井况较稳定的情况下应需选择单转速电动机。浅泵挂或低负荷油井双速电机降冲次节电量不足以弥补空载损耗增加量和电机效率減少值。本文在总结有杆抽油系统国内外研究成果的基础上，从系统动力学的角度出发，建立了基于抽油杆柱柱动方程的有杆抽油系统的数学模型，并在此基础上，针对油田在用的主流节能抽油机与节能电机，根据同一井况、相同产量时，日耗电量最小原则，讨论四种节能抽油机与三种节能电机之间的优化匹配问题。
1 Y系列普通电动机的匹配
交流异步电机的效率和功率因数在额定值附近达到最大值，现场测试Y系列电机平均负载率18.5%，电机效率低。低负载率普通电机可以在电机修理时进行电机改造或改变电机接线盒接线实现与油井匹配。方法一是改造时通过增加一组绕头而将其绕成具有两组不同额定功率的电机。方法二是每相绕组分成两部分，接成延边三角形，可接成1∶1和1∶2两种情形，它使每相绕组承受的相电压小于三角形接法的相电压，大于星型接法的相电压。方法三是改变电机接线盒接线，即角星转换方法，其实质是降压节电。改造必须有适用的保护电路，才能防止载荷大幅度波动时烧毁电机。方法三改造最容易，直接在电机接线盒改线；但由于降压幅度大，电压从380V降到220V，使电机最大转矩和启动转矩降低到原来的三分之一。
2 节能电动机匹配
2.1 稀土与超高转差电机
（1）电机能耗和功率因数。稀土永磁同步电机具有启动力矩大、过载能力强、效率高、功率因数高等特点。与Y系列电机和超高转差相比，稀土永磁电机节电明显，功率因數提高。经现场实测数据对比，功率因数排序为：永磁电机>转差电机>Y系列电机；能耗对比排序为：永磁电机<转差电机
（3）冲次影响。油井高冲次生产时，高转差率电机与稀土电机能耗相近，但高转差电机软的机械特性比稀土电机硬的机械特性更有利于抽油机系统的运转。当抽油机冲次高和负载变化大时，选用高转差电动机。因为冲次高，动载荷大，而超高转差电机软特性能更好地利用动载荷，改善系统运动状况，提高系统效率。
2.2 单速与双速电机的选择
由于双速电动机共用一套定、转子系统，为兼顾两个转速下的指标，在同机座号、同一转速时与单转速电动机相比，功率、效率、功率因数和堵转转矩等技术指标都有一定的降低，所以在地质条件不复杂、井况较稳定的情况下应需选择单转速电动机。
2.3 高转速与低转速电机
对于地质稳定、供液充足的高产稀油井，宜选用6、8极的电动机；对于稠油井选用8极以上的电动机；地质稳定、低渗透、供液不足的低产稀油井或特稠油井，宜选用12极或16极电动机（12极电机最高冲次不能超过3次/分，16极电机最高冲次不能超过2次/分）。对于地质变化较大，需要经常洗井作业的低产井，宜选用6/12极、8/12极双速电动机，以便快速抽出洗井液并在低速下正常运行。在此原则和条件允许的情况下，应尽可能选择高转速（低极数）电动机，以保证电机有较高的效率、功率因数和较低的功率需求。
3 结论与认识
（1）Y系列普通电机低负载率生产时可采取角星转换方式。电压越高，节电范围越大；在电机负载率相同的情况下，电压越高，节电量越大，反之相反。
（2）地面设备使用状况差的井和电网电压偏低（启动困难并有强振动现象）不适合使用稀土永磁电机。
（3）当抽油机冲次高和负载变化大时，选用高转差电动机，改善系统运动状况。
（4）在地质条件不复杂、井况较稳定的情况下应选择单转速电动机。浅泵挂或低负荷油井双速电机降冲次节电量不足以弥补空载损耗增加量和电机效率减少值。
（5）要根据抽油机井供液变化情况、油井产量情况、油品性质选用双速电动机。
油田开发已经进入中后期的实际情况，结合近年来各种各样的节能电机在油田使用过程中出现的一些新问题比如同一种电机在不同的油井节能效果大不相同，同一口井不同的节能电机节能效果也不同，提出了如何选择节能电机的问题，讨论了如何根据油井工况合理地选择节能电机，以取得应有的节能效果。分析了常用节能电机的使用情况，但这是基于同一型号的抽油机基础之上。
参考文献
[1] 姜民政，蔡玉苗，冯子明，张德实，王丽丽.游梁式抽油机与驱动电机的耦合模型[J].石油机械.2013（12）.
[2] 张树起，杜树勋，刘举元.油井电动机及控制柜节能探讨[J].资源节约与环保.2008（03）.
[3] 李军.抽油机拖动装置功率优化[J].油气田地面工程.2006（09）.