永磁智能驅(qū)動電動機(jī)技術(shù)適應(yīng)性分析

劉衛(wèi)慶（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

1 現(xiàn)狀

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是評價抽油機(jī)井能耗水平的重要指標(biāo)，提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是降本增效、提高油井管理水平的重要手段[1]。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)場存在淘汰電動機(jī)1 166 臺，其平均效率為27.62%，低于節(jié)能電動機(jī)2.78個百分點。淘汰電動機(jī)效率偏低影響抽油機(jī)井系統(tǒng)效率水平，并因其老化嚴(yán)重導(dǎo)致能耗增加，維修成本增加[2]。同時，抽油機(jī)井皮帶斷裂現(xiàn)象在實際生產(chǎn)中普遍存在，直接影響抽油機(jī)井的生產(chǎn)時率，增加了材料消耗，影響運行成本[3-4]。初步統(tǒng)計，近幾年年均消耗各型號抽油機(jī)皮帶19 000 余條，皮帶平均使用周期為155 天。其中，皮帶使用周期60天以下的短周期井高達(dá)406口，增加生產(chǎn)維護(hù)成本及日常管理難度。

2 永磁智能驅(qū)動電動機(jī)

2.1 工作原理

永磁智能驅(qū)動電動機(jī)采用低轉(zhuǎn)速、大扭矩永磁同步電動機(jī)直接驅(qū)動減速機(jī)輸入軸運轉(zhuǎn)，電動機(jī)由定子繞組、轉(zhuǎn)子、機(jī)體三部分組成，由專用永磁變頻器驅(qū)動定子繞組通過三相交流電，產(chǎn)生與電源頻率同步的旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子內(nèi)有永磁材料制成的永磁體，它在定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場作用下，開始同步旋轉(zhuǎn)。永磁同步電動機(jī)與異步電動機(jī)在結(jié)構(gòu)方面相似，但在轉(zhuǎn)子上裝有稀土永磁鋼，采用永久磁鐵代替異步電動機(jī)的勵磁繞組激磁。啟動時，轉(zhuǎn)子的永磁磁場與定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，將電能轉(zhuǎn)化為動能，帶動負(fù)載工作[5]。

永磁智能驅(qū)動電動機(jī)的勵磁磁場由高性能稀土材料提供，電動機(jī)勵磁電流小，損耗低。對比普通感應(yīng)電動機(jī)，其效率和功率因數(shù)大幅提高，可以擁有最高達(dá)98.6%的效率和0.997的功率因數(shù)[6]（圖1）。

圖1 相同功率下永磁電動機(jī)與感應(yīng)電動機(jī)的效率和功率因數(shù)比較

2.2 技術(shù)性能

1）省去傳動損耗為10%~20%的皮帶減速機(jī)構(gòu)，提高系統(tǒng)的傳動效率[7]。

2）采用永磁同步電動機(jī)，對比常規(guī)異步電動機(jī)，其勵磁電流小，損耗低，效率和功率因數(shù)高，節(jié)電效果明顯。

3）由于永磁智能驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁級數(shù)可達(dá)到30級，電動機(jī)轉(zhuǎn)速最低可至112 r/min，因此可運行于最低沖次為0.1 r/min的條件下。電動機(jī)轉(zhuǎn)矩最大可達(dá)2 258 N·m，平衡塊在任意位置時均可進(jìn)行停機(jī)，便于維護(hù)[8]。

4）電動機(jī)采用大直徑、扁平超薄型結(jié)構(gòu)，可靠耐用，操作方便。

3 適應(yīng)性及經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 選井條件

針對淘汰電動機(jī)抽油機(jī)井所存在的系統(tǒng)效率低、能耗高以及皮帶斷裂頻繁的問題，依據(jù)永磁智能驅(qū)動電動機(jī)的工作原理及其特性，現(xiàn)場選擇2口抽油機(jī)井進(jìn)行試驗。其中，X 井皮帶使用周期短，Y井系統(tǒng)效率低、能耗高，2019年試驗井存在問題統(tǒng)計見表1。

表1 2019年試驗井存在問題統(tǒng)計

3.2 應(yīng)用效果

2019 年7 月由節(jié)能監(jiān)測中心出具測試報告顯示，應(yīng)用永磁智能驅(qū)動電動機(jī)后，X井系統(tǒng)效率由30.92%提高到34.87%，噸液百米耗電由0.41 kWh降低到0.34 kWh，節(jié)電率為18.64%；Y井系統(tǒng)效率由19.76%提高到24.16%，噸液百米耗電由1.01 kWh降低到0.81 kWh，節(jié)電率為22.27%，2019 年試驗井試驗效果統(tǒng)計見表2。

表2 2019年試驗井試驗效果統(tǒng)計

4 經(jīng)濟(jì)效益

1）節(jié)約皮帶費用。X 井皮帶型號8000，皮帶單價1 697.92元，皮帶使用周期33天；Y井皮帶型號5380，皮帶單價291.76 元，皮帶使用周期103天。按照年生產(chǎn)360天計算，年節(jié)約皮帶購置費用為1.95萬元。

2）節(jié)能創(chuàng)效。安裝此電動機(jī)的抽油機(jī)井平均日耗電量為343.87 kWh，平均節(jié)電率為21.22%。按照年生產(chǎn)360 天、電價0.638 1 元/kWh 計算，年節(jié)約電費達(dá)3.35 萬元，年創(chuàng)益5.3 萬元，預(yù)期投資回收期為3.21年。

5 結(jié)論及認(rèn)識

通過永磁智能驅(qū)動電動機(jī)現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)表明，其在抽油機(jī)井節(jié)能降耗方面有較好的效果，且具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。該電動機(jī)直接與減速機(jī)輸入軸連接，可靠耐用，維護(hù)方便[9]。應(yīng)用永磁智能驅(qū)動電動機(jī)后，2 口抽油機(jī)井平均系統(tǒng)效率提高4.07 個百分點，平均節(jié)電率達(dá)21.22%，年創(chuàng)益5.3 萬元。使用永磁智能驅(qū)動電動機(jī)不僅能降低能耗，而且可減小勞動強(qiáng)度，節(jié)約勞動力資源，具有較大的推廣應(yīng)用前景[10]。