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抽油机用节能电动机节电效果测试和评价

[ 来源:'d' | 类别:技术 | 时间:2006-6-1 10:22:36 ] [字体: ]

【关键词】游梁抽油机,节能,电动机,测试,评价

【论文摘要】目前对油田抽油机节能电动机的节电效果国内还没有统一的测试方法,也没有评价标准。为了准确测试节能电动机的节电效果,根据抽油机的实际运行情况和有关国家标准,提出了硬特性节能电动机节电效果的测试和评价方法。用此测试方法,在试验室内测试了油田常用的9个电动机厂家的节能电动机,并对测试结果进行了分析与评价,给出了不同种类的节能电动机的节电率。测试结果与分析表明,这种硬特性节能电动机节电效果的测试和评价方法符合实际情况,可以用于评价抽油机节能电动机的节电效果。

Test and evaluation of electricity saving effect of motor on pumping units

  Yan Jingdong
(Power Resources Monitoring Center, Shengli Petroleum Administration, Dongying City, Shandong Province)
Chen Jun, Jiang Jiating, et al

  There is no means for testing accurately the effect of power-saving motors on pumping unit. The authors offer a method for testing and evaluating the electricity saving effect of motors with hard characteristic. Motors provided by 9 manufacturers were tested in lab, and their power-saving rates were given.
  Subject Concept Terms  beam pumping unit  power saving  electric motor  test  evaluation

  近两年,一些电动机生产厂家为了解决抽油机电动机“大马拉小车”的问题,生产了多种类型的节能电动机。这些电动机用在抽油机上的节电效果如何,国内还没有统一的测试方法,也没有评价标准。目前普遍的测试方法是,在井场把节能电动机直接与37、45和55kW常规电动机进行对比测试,结果表明电动机的容量越大,其对比测试节电率越高。由于抽油机井场变化因素太多,同时也无法确定合理的比较对象,不可能准确测出节能电动机的节电效果。为了准确测试节能电动机的节电效果,我们制定了在试验室进行硬特性节能电动机节电对比的测试方法。根据这一方法,对9个电动机厂家的电动机进行了节电效果测试和评价。

测试方法

  测试参数有电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、启动电流、堵转转矩、堵转时的电压降、空载损耗、空转电流和转速。
  (1)基准电动机的确定 目前,油田抽油机使用的多是Y系列22、37、45和55kW电动机,因此对比测试选用相应的Y系列符合国家标准的新电动机为基准电动机。
  (2)电能测试仪测点的确定 节能电动机的种类很多,配电箱也不相同。考虑多种耗电因素,电动机输入参数的测试点选在配电箱的输入端,发电功率的测试点选在发电机的输出端(图1所示)。

t4601.gif (4488 字节)

图1 节能电动机测试原理示意图

  (3)电动机堵转转矩的测试[1] 选用高精度(0.7级)电子秤测试电动机的堵转转矩。将长1m的钢管一端焊在电动机轴套上,一端放在电子秤上。在电动机定子绕组上施加额定电压(堵转时间不得超过10s),即可从电子秤上测出距电动机轴心1m处的力,即电动机的堵转转矩。
  (4)功率的测试 将节能电动机与基准电动机在发电功率相同(载荷相同)的不同功率点的输入参数对比。为了准确模拟现场,对比测试电动机的功率,主要以轻载状态为主。首先测出基准电动机空载参数,然后由基准电动机拖动交流发电机运行,通过调整放电水槽里的电极在水中的深度,使基准电动机的输入功率分别为5、10和15kW,测出这3个功率点对应的发电机的输出功率及有关输入参数。然后以发电机的3个输出功率值为基准,用节能电动机拖动发电机运行,通过调整放电水槽里的电极使此时的3个发电功率值分别等于基准电动机拖动时的3个发电功率值,并测取各发电功率值所对应的节能电动机的有关输入参数。将测得的输入参数与基准电动机的输入参数对比,评价节电效果。
  (5)转速的测试 用转速表与电能测试仪同步测试转速。

评价方法

  1.节能电动机比较对象的确定
  抽油机绝大多数是重载启动,轻载运行,因此应以实测节能电动机的堵转转矩与数值一致的基准电动机的堵转转矩作比较。
  2.功率因数的评价
  对比节能电动机各状态下测试的功率因数与Y系列基准电动机的对应功率点测试的功率因数。
  3.有功功率的评价
  对比节能电动机各状态的有功功率与Y系列基准电动机每个对应点的有功功率,用式(1)[2]计算有功节电率,式(2)计算各测试点的平均有功节电率。

4701.gif (677 字节)    (1)

4702.gif (781 字节)     (2)

式中 Pi节——节能电动机第i测点的输入功率,kW;
   Pi基——基准电动机第i测点的输入功率,kW;
   ηi有——第i测点有功节电率,%;
   η有平——平均有功节电率,%。
  4.无功功率的评价
  对比节能电动机各状态的有功功率与基准电动机每个对应点的无功功率,用式(3)计算无功节电率,式(4)计算各测试点的平均无功节电率。

4703.gif (718 字节)      (3)

4704.gif (823 字节)      (4)

式中 Qi节——节能电动机第i测点的无功功率,kvar;
   Qi基——基准电动机第i测点的无功功率,kvar;
   ηi无——第i测点的无功节电率,%;
   η无平——平均无功节电率,%。
  5.综合节电率的评价
  根据节能电动机各状态的有功功率、无功功率与Y系列基准电动机每个对应点的有功功率、无功功率,用式(5)[3]计算出每个对应点的综合节电率, 用式(6)计算出各测试点的平均综合节电率。

4705.gif (1307 字节)      (5)

4706.gif (1409 字节)     (6)

式中 ηi综——第i测点的综合节电率,%;
   η综平——平均综合节电率,%。
  上述计算式中,Pi基的取值分别为5、10、15kW和发电机开路时对应的电动机的输入有功功率;无功经济当量取值为0.03kW/kvar[3]。

测试结果分析

  在试验室对9个电动机厂家的节能电动机的测试结果见表1,现分析如下。

表1 节能电动机测试结果

序号 型号 额定功率
(kW)
基准电动机
功率(kW)
平均有功节
电率(%)
平均无功节
电率(%)
平均综合节
电率(%)
备  注
1 Y250—6  37/18.5 55 9.44 75.26 15.28  双定子、双转子
2 YCY280M—8 55/30 55 3.51 72.47 13.68 双功率电动机
3 YCCH225—6 22 55 10.67 32.52 13.12 超高转差
4 Y250M—6 37/20 37 8.23 54.81 11.49 双功率电动机
5 Y315S—8 55/30 37 5.60 34.66 9.20 双功率电动机
6 Y250—6 25 37 4.50 64.93 8.59  
7 YCCH250—6 30 55 6.52 20.54 8.10 超高转差
8 YCY280S—6 45/22 55 -0.13 65.77 6.03 双功率电动机
9 YCCH200—6 13.3 37 2.90 31.33 5.08 超高转差
10 Y250—6 15 37 1.53 48.70 4.97  
11 Y250—6 28 45 1.89 37.89 4.59  
12 YGY225M—6 30 55 2.69 20.05 4.44 双定子、双转子
13 YGY225M—6 30 55 1.16 30.45 4.08 双定子、双转子
14 KCD—1 37 22 -1.15 36.27 1.58 8极—6极变速
15 Y200L—8 15 15 0.82 3.75 1.06  
16 Y280S—6 45/22 45 0.24 -2.57 0.11 电磁调速
17 Y2002—6 22 22 -1.62 1.05 -1.43  
18 YCT355—8B 37 55 -10.14 25.51 -4.35 电磁调速
19 Y280M—8 45/22 22 -7.63 17.60 -4.87 双功率电动机
(旧铁芯改造)
20 YCT315—8A—Y 22 22 -48.18 -2.11 -36.79 电磁调速

  (1)超高转差电动机、双定子双转子节能电动机、双功率节能电动机有功节电效果明显,综合节电效果最好。
  (2)YCCH225—6型超高转差电动机的堵转转矩最大(1029N.m),超过55kW基准电动机的理论值,堵转电压降最小,仅下降32V,堵转电流也较小,即启动性能好。尽管这种电动机效率并不高,但在抽油机上使用能提高(机、杆、泵配合较好)系统效率。
  (3)多数节能电动机无功节电较明显,功率因数都有所提高。
  (4)双定子、双转子及双功率电动机需专用配电箱,且要加装集成电路控制板,使控制电路较复杂。
  (5)无功节电幅度较大,但综合节电幅度并不大。主要原因是选用无功经济当量KQ取值偏小,仅0.03 kW/kvar。主要考虑的是6kV侧一般都装有补偿电容,功率因数已达0.85以上;抽油机低压侧线路较短(50~100m)。无功减少使线路电流减少,并不能使线路减少太多的有功损失。根据胜利油田现状,我们取KQ值为0.03kW/kvar,比标准GB12497—1995中规定的值小了一级取值范围,这一取值比较合适。

结论

  (1)该测试方法对硬特性抽油机用节能电动机的节电效果测试具有很好的指导意义,也为抽油机用节能电动机的测试探索了一条新路。
  (2)确定比较对象的方法可行,克服了现场对比测试不准的问题。
  (3)选用抽油机用节能电动机应注意3点:一是节能电动机要与其它节能装置综合使用,以获得更好的节电效果;二是在选用节能电动机时要综合考虑其经济效益回收期、可靠性、启动性能及其它参数(如软特性)等;三是胜利油田使用的修复电动机有些自身损耗功率较大,有的比国家标准中规定的值大1kW以上。主要原因是修复电动机的旧铁芯不合格。用这种旧铁芯改制的节能电动机,实际上并不节电,甚至多耗电。因此,电动机修理厂必须对修复后的电动机进行有关参数出厂检验。

闫敬东,高级工程师,生于1957年,1982年毕业于山东工业大学,现从事油田五大系统能源检测工作,任站长.

闫敬东(胜利石油管理局能源监测站)
陈军(胜利石油管理局技术监督处)
姜家厅(胜利石油管理局开发管理部)
白连平(石油大学.华东)
陈晓媛(胜利石油管理局能源监测站)

参 考 文 献

[1] GB 1032—85 三相异步电动机试验方法
[2] GB/T 15302—94 节能产品的评价导则
[3] GB 12497—1995 三相异步电动机经济运行


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