检验进口机电设备所配电机的几点体会

检验进口机电设备所配电机的几点体会

孙彩秀 张晓红

山东省青岛市即墨区综合检验检测中心， 山东 青岛 266200

摘 要：通过分析造成电机功率利用低的原因，讨论了电机装机功率的计算方法，并对目前常用的节能电机的节能原理及工作特性进行了分析，最后讨论了不同类型电机选配方法，为油田节能降耗提供依据。

关键词：抽油机；电机；选配

引言：我国GB156《电力设备额 定电压及周率》标准规定,供电 网的电源频率为50Hz,所以我 国生产制造的供国内用户使用 的受电器具所配三相异步电动 机，其额定频率规定为50Hzo 但是，在实际检验工作中我们 发现，进口的机械、电器、动力 设备，尤其是在合资合作项目 中，外商以设备作价投资设备 所配的三相异步电动机的额定 频率为60Hz的情况大量存在。 尤其是来自台湾、韩国、日本、 香港等国家和地区的机电设备 所配的电动机，这种情况尤为 突出。

1 实验结果表明

将额定频率为 60Hz的三相异步电动机直接 用于频率为50Hz的供电网上 是不合适的，其实验结果表明：

（1）激磁电流将增加，导致 三相异步电动机的功率因数下 降。

（2）每极磁通增加.导致铁 芯损耗增加。同时激磁电流增 加，引起绕组铜损耗增加。这两 项损耗的增加.将导致三相异 步电动机的效率降低。

（3）三相异步电动机的转 速与电源频率成正比。 转差率；其电机的机电结构不 变的情况下,频率由60Hz变为 50Hz将使转速n下降至50/60 * 100%= 83. 3%，即降低 16. 7%。

（4）三相异步电动机的风 扇风量和热阻的变化：

三相异步电动机的转速与 电源频率成正比，电动机风扇 风量又与转速成正比，因此，风 扇风量与电源频率成正比。而 热阻与散热的风量成反比。当 额定频率为60Hz的三相异步 电动机直接用于频率为50Hz 的供电网上时，风扇风量将降 低到原来的50/60 * 100% = 83. 3%,即风量减少16. 7%；而 热阻则增加到原来的60/50 * 100%= 120%,即热阻增加 20%。这两个因素导致电动机 散热不良，温升增高。

综上所述，将额定频率为 60Hz的三相异步电动机直接 用于频率为50Hz的供电网上， 将产生功率因数下降、铁芯损 耗增加、铜损耗增加、电动机效 率降低、转速降低、热阻增加、 风扇风量降低、散热不良、温升 增高等不利因素.从而导致电 动机使用寿命缩短.机械设备 达不到设计的生产能力.加工 的产品达不到设计的精度，同 时,还存在不安全因素及隐患。

2电机型号选择

抽油机举升电动机节能主要分为三个方面，即一是要实现负荷特性的柔性配合，电动机机械特性需要人为改变；二是为了改善电动机与抽油机的配合，电动机的机械特性需要从设计上改变；三是为了实现节能，需要提高电动机的负载率、功率因数。

2.1在用电机节能情况分析

2.1.1变频调速电机

该方案是在普通电机电源上加变频器，同时改善了抽油系统的配合。缺点是：发电不能回馈电网，投资高。

2.1.2超高转差电机

这种电机的机械性能好，缺点是滑差高，损耗大，效率低，一般额定效率只有 0.8。一般与偏置机配合使用。

2.1.3稀土永磁同步电机

这种电机本身的效率较高，但不能解决系统配合问题， 价格高，启动电流大。与各种类型抽油机配合均有节电效果。

2.1.4双功率电机

电机的运行效率和功率因数较高。缺点是不能解决系统配合问题，价格高。一般用于低产深井，启动力矩大，而运行功率小。

2.2 匹配方法

研究结果表明，不同的抽油机与不同转差率电机匹配其周期载荷系数不同，常规转差率电机是中、高转差率电机的 1.38 倍。

因此，对于目前抽油机井在用电机，通过计算其光杆功率并根据抽油机与电机匹配情况调整装机功率降低用电单耗。

3 具体做法

（1）凡是在进口机械、电器、 动力设备所配三相异步电动机 的描述技术参数的铭牌上.标 注额定频率由60Hz的，按三相 异步电动机规格不符出证。

（2）对国外厂商能出具已将 三相异步电动机的额定频率为 60Hz改为50Hz,但铭牌上未改 动的证明材料的情况下，要视 材料上所说明的改动的具体内 容及方法是否科学、可信，能否 充分证明改频而处理。

（3）对国外厂商仅口头声明 已将三相异步电动机进行改 频，却无法出具任何证明材料, 铭牌标注有额定电压为380V. 额定频率为60Hz的情况下，可 对整批电动机抽取代表性样品 进行电性能检验，通过对绕阻 温升、空载电流、空载电压、空 载损耗、满载电流、满载转矩、 满载效率、满载功率因数、满载 损耗、满载转差率、堵转功率、 堵转电流、堵转电流倍数、堵转 转矩、堵转转矩倍数等参数的 测定，来判定整批进口机械、电 器、动力设备所配三相异步电 动机的合格与否。

4试验案例

据所得研究结果，对某油田区块 5 口井抽油机所配电机的功率进行了计算总体上平均输出功率计算误差4.4%，较好的符合现场实际情况。其中，误差在 10%以内的有 3 口井，误差 20%的有 2 口井。误差大的有 2 口井，泵况变化是造成误差大的主要原因。

通过优化比拟计算，最终选配的电机功率为 15kW，功率降低了 7kW，每口抽油机井电机购置费用下降 1.34 万元，效果较好。

5 电机功率的选择

5.1 输出功率

（1）式中：WL—液柱重量，N； —冲次，min-1；S—冲程，m。 （1）式中忽略了摩擦载荷的影响，为了更好的反映实际情况，克服摩擦载荷所作的功需要在公式中予以计算。改写后的公式如下：（2）式中：WL—液柱重量，N；Wr—抽油杆重量，N； —冲次，min-1；S—冲程，m。电机的平均输出功率等于光杆功率除以传动效率，即：（3）式中：Pr—光杆功率，kW； --传动效率（从电机轴到光杆的平均效率），小数。

5.2 电机的额定功率

电机的额定功率采用下式计算：

（4）式中：PN--电机的额定功率，kW ；CLF—周期载荷波动系数，小数；Pm—平均输出功率，kW。周期载荷系数[2、3、4]是描述载荷的波动程度的参数，其定义为电机均方根电流与平均电流之比，或均方根功率（扭矩）与平均功率（扭矩之比）。

（5）式中：CLF –周期载荷系数；Ie、Pe、Me—分别为均方根电流（A）、功率（kW）、扭矩（N.m）；Im、Pm、Mm—分别为平均电流（A）、功率（kW）、扭矩（N²m）。研究表明，在设计规定的工况下，周期载荷系数值。

6问题提出

目前抽油机在用电机主要有Y 系列普通电机、稀土永磁电机、双功率电机、低转速电机、高转差电机等，主要是按照机型来选配。匹配性差，系统效率低。分析主要因素是：一是地质研究认识的差异导致预测产量较实际偏高，机型和电机功率随之变大；二是带载起动抽油机，惯性矩较大，习惯性按最大扭矩选配电机；三是人为地增加了电机的富裕 量，防止油井工况异常，卡泵、出砂、结蜡等原因造成负荷增大烧毁电机。所以，抽油机选配电机的方法研究尤为重要。

7 结论及建议

（1）本文计算出的抽油机所需的电机平均输出功率比较准确，可以用来指导抽油机井电机选配。

（2）在选择不同的电机时匹配相应的载荷系数。

（3）由于电机的输出功率与冲程、冲次成正比关系， 因此不同的参数应选择相应功率的电机，只有这样才能保证电机安全运行和具有较高的节能效果。

参考文献

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