大功率永磁同步電動機在注水、集輸系統(tǒng)應用研究

王東生 尹強 劉成祥（中國石化勝利油田分公司樁西采油廠）

目前樁西采油廠注水、集輸系統(tǒng)仍有大量Y系列、YB系列電動機在用，該系列電動機因設計效率低、損耗高，已列入國家淘汰產品目錄，禁止繼續(xù)生產，并逐步分批淘汰。永磁同步電動機是國家工信部推薦使用的節(jié)能電動機，具有結構簡單、質量輕、損耗小、效率高、功率因數高等優(yōu)點。以前55 kW以上大功率永磁電動機因生產技術不成熟，沒有大批量的生產，也未在油田注水、集輸系統(tǒng)推廣應用。

近年來，隨著大功率永磁同步電動機生產技術的成熟，為了提高設備能效水平，降低電量損耗，達到節(jié)能降耗的目的，樁西采油廠對大功率永磁同步電動機開展應用研究，在不同負載率的情況下，測試電動機的有功功率、功率因數及電動機效率等參數，評價電動機節(jié)能效果，實現該電動機在采油廠注水、集輸系統(tǒng)的應用。

1 注水、集輸系統(tǒng)電動機現狀及存在問題

1.1 電動機現狀

經調查統(tǒng)計，2017年采油廠注水系統(tǒng)在用電動機為140臺，Y系列淘汰電動機35臺，平均使用年限10.7年（表1）。

表1 樁西采油廠注水系統(tǒng)淘汰電動機統(tǒng)計

采油廠集輸系統(tǒng)在用電動機為73臺，淘汰電動機20臺，其中Y系列電動機8臺，平均使用年限13.1年；YB系列電動機12臺，平均使用年限10.5年（表2）。

表2 樁西采油廠集輸系統(tǒng)淘汰電動機統(tǒng)計

1.2 電動機能效測試

QHSE監(jiān)督中心于2017年開展了注水、集輸系統(tǒng)泵機組效率測試，淘汰電動機的測試數據如表3、表4所示。

1.3 存在問題

11臺注水泵電動機平均功率因數為0.81，平均泵機組效率為73.6%（其中有7臺未達到78%的節(jié)能指標），與油田分公司同類對比，注水系統(tǒng)主要能耗指標均低于油田分公司平均值，系統(tǒng)效率低，能源消耗大（表5）。

11臺集輸泵電動機平均功率因數為0.77，平均泵機組效率為39.3%（有8臺泵沒有達到節(jié)能指標），與油田分公司同類對比，集輸系統(tǒng)主要能耗指標均低于油田分公司平均值，系統(tǒng)效率低，能源消耗大（表6）。

表3 2017年樁西采油廠注水系統(tǒng)泵機組效率測試

表4 2017年樁西采油廠集輸系統(tǒng)泵機組效率測試

表5 2017年注水系統(tǒng)主要指標統(tǒng)計對比

表6 2017年集輸系統(tǒng)主要指標統(tǒng)計對比

2 大功率永磁同步電動機特點

大功率三相永磁同步電動機是自主創(chuàng)新研制的高效節(jié)能異步起動永磁同步電動機。經權威機構檢測，該產品均超過新國標GB 30253中的Ⅰ級能效，而且達到國際標準IEC 60034—30中的IE4級能效（即超超高效）[1]。該同步電動機在電動機轉子磁路上的創(chuàng)新和優(yōu)化設計，是目前在永磁同步電動機關鍵技術領域的重大突破，產品性能和指標處于國際領先水平。與異步電動機相比具有如下特點：

1）高效節(jié)能。在25%～125%負載率范圍內具有高效率、高功率因素等特點，效率比一般三相異步電動機高8%～25%，可實現10%～40%的綜合節(jié)能；功率因素為0.08～0.18，電動機平均效率為93%～98%，對比YE3電動機效率提高了3%～5%[2]。

2）可靠，穩(wěn)定。通過對永磁體材料的質量控制和工藝保護有效解決失磁問題，采用高品質免維護軸承以及真空壓力浸漆等工藝，保證電動機可在惡劣的工作環(huán)境下長期可靠運行。

該同步電動機在突加突卸大負載時，不會出現功率角振蕩，也不會出現失步而無法運行，更不會損壞電動機；而且過載能力強，動態(tài)恢復時間快，具有較高的穩(wěn)定運行性能[3]。

3）自起動能力強?？芍苯犹娲喈惒诫妱訖C，實現異步起動，4極以上永磁同步電動機均可滿負荷直接起動，具有很強的牽入同步的能力。

4）低振動與噪聲。由于同步電動機體積小、質量輕、損耗小，高效節(jié)能，因此所需通風量減小，與同功率異步電動機比較，冷卻風扇自然減小，因而噪聲大大降低；同時由于電動機氣隙的合理設計，電流波形好，脈動轉矩及電磁噪聲明顯降低，與一般同規(guī)格異步電動機比較噪聲低10～40 dB[4]。

表7 樁西采油廠大功率永磁同步電動機節(jié)能技改效率測試

3 現場應用

3.1 安裝地點

為了達到預期測試效果，QHSE監(jiān)督中心能源管理站對全廠注水、集輸系統(tǒng)在用電動機開展了調研。對于注水系統(tǒng)，選擇在205注水站2#高壓柱塞泵上開展技改應用試驗；對于集輸系統(tǒng)，選擇在聯合站1#循環(huán)離心泵上開展技改應用試驗。

3.2 現場安裝

1）205注水站。205注水站改造前后現場電動機見圖1。

圖1 205注水站改造前后現場電動機

2）聯合站。聯合站改造前后現場電動機見圖2。

圖2 聯合站改造前后現場電動機

3.3 實施結果

采油廠為了準確評價電動機的節(jié)能效果，在設備上安裝了電表，并每天記錄電量數據。經過核查，205注水站2#泵電表數據統(tǒng)計的節(jié)電率為7.35%，聯合站1#泵電表數據統(tǒng)計的節(jié)電率為5.82%。現場電動機節(jié)電率與測試結果基本一致，本次改造節(jié)電效果良好，達到了預期目的。

4 效益分析

安裝大功率永磁同步電動機后，在變頻調速狀態(tài)下，注水、集輸系統(tǒng)電動機均能實現正常啟動及運行，滿足現場生產要求。通過研究，認清了不同負載下的大功率永磁同步電動機性能技術參數變化規(guī)律及節(jié)能效果，特別在低負載區(qū)時，電動機效率更高，節(jié)電率更大，對于變頻調速的電動機具有更明顯的節(jié)電效果[5]。

1）在205注水站2#高壓柱塞泵上試驗安裝110 kW大功率永磁同步電動機1臺，改造后，電動機節(jié)電率為6.4%，注水泵機組效率提高了5.7%，平均日節(jié)電146 kWh。

2）在聯合站1#循環(huán)離心泵上試驗安裝110 kW大功率永磁同步電動機1臺，改造后，電動機節(jié)電率為5.73%，集輸泵機組效率提高了3.5%，平均日節(jié)電85 kWh（表7）。

3）改造后，2臺電動機合計日節(jié)電231 kWh，年節(jié)電8.43×104kWh，年經濟效益5.9萬元。

5 結論

大功率永磁同步電動機首次應用在注水、集輸系統(tǒng)，達到了預期的節(jié)能效果。目前采油廠注水、集輸系統(tǒng)仍有大量Y系列、YB系列淘汰電動機在運行，每年造成了大量的電能浪費，增加了采油廠的生產成本，今后將在用的淘汰電動機逐步改造成大功率永磁同步電動機，更好地推動采油廠節(jié)能降耗工作。