摘要： 本文针对油田开发中的开源节流问题，分析了控制抽油机的经济运行对油田节能降耗的重要性。文章提出了采用对抽油机电动机的‘就地补偿’及‘抽油机可编程运行’两大技术措施。是解决油田节能降耗的有效可行的方法，将会产生明显的经济效益。

关键词： 节能  功率因数  就地补偿  可编程运行

在油田的开发与生产过程中一直存在着开源和节流的重要问题，解决好节流就意味着增加了开源。而油田的能耗主要在采油上，我国的绝大部分油井都是采用机械方式将油抽上来，虽有少数的自喷井，但由自喷转抽的间隔时间也是很短的，因此讨论油田抽油机的节能有很重要的意义。

油樑式抽油机目前仍是油田采油的主要配置。我国当前在场运行的各种大小抽油机大约在11万台以上，抽油机电机装机容量估算在 （ 3~ 4 ）×107 kw以上，其耗电量约占油田用电总量的50％左右，因此抽油机的经济运行对油田的节能降耗有重要意义。

1； 提高抽油机的功率因数

抽油机电动机的配置往往大于抽油机所需的功率，即大马拉小车的现象，这是设计中必须考虑的，因为这是受到油管结蜡、卡井、冬季原油粘度变稠管阻增加等因素影响。而抽油机特定的运行状态则是导致功率因数低下的主要原因。我们知道，异步电动机的自然无功功率是异步电动机的定子和转子间的间隙决定的，但是异步电动机运转过程中所消耗的无功功率则是由电机动空载运行时的无功功率和一定负载情况下的无功功率两部分组成。抽油机上行时段为全负荷运行，下行时段（如果不考虑机械配重）为空载运行，这使得抽油机的功率因数普遍很低，一般都在0.3~0.5左右。所以解决抽油机的下行运行的无功损耗对提高抽油机的功率因数是非常重要的。

实践中解决无功损耗通常有四种方法：电网集中补偿；控制箱前端自动补偿；电机动就地补偿；变频运行。现在讨论一下这四种方法。

（1）电网集中补偿：在区域电网的输出端采用集中补偿措施的补偿方法。电网的集中补偿是必须的，但电网到抽油机之间要经过若干距离的导线，中间有‘空开’、‘接触器’等闸流器件，其无功电流已然存在。这就降低了补偿效果。

（2）控制箱前端自动补偿：将补偿措施设置于控制箱的前端的补偿方法。虽解决了由电网到抽油机之间传输途径中引入的无功电流。但控制箱前端自动补偿对抽油机少的井场是有问题的，我们以四型抽油机为例，设定其冲次为10冲次/min，完成一个冲次所需要的时间为6s，当抽油机下行过程发生后，自动补偿才能获得电容的投切信号，而且投切执行器件是有动作时间的，以CJ19为例、其吸合时间约为20MS左右，就是说自动补偿的补偿时间是滞后于抽油机的运行的。还有一个电容器放电的时间问题，因此自动补偿的控制部分的设计就不允许自动补偿频繁启动。这样一来控制箱前端自动补偿就视同电网集中补偿。

（3）电动机就地补偿：在每台抽油机的电动机上直接进行补偿的方法。抽油机的电动机就地补偿是一种里想的补偿方法，只要电容选择合适，从电网到抽油机中间的‘导线’、‘空开’、‘接触器’等器件上的无功电流就可以非常小。这样就直接解决了终端电动机的无功功率的补偿问题。

（4）变频运行：变频运行从理论上是一种最好的方法。但在现实应用中变频器的成本 太高，而且在分散的野外使用，维护难度很大，很自然地提高了运行成本。

综上所述，笔者认为目前选择就地补偿对油田抽油机是合适的。就地补偿是在异步电动机跟前配制一合适的电容器，对一部电动机的无功功率进行补偿，这是最有效的补偿方法。

下图是电容器无功补偿原理图

电容器无功补偿原理图

图中P是异步电动机的有功功率，有功电流为Ip，无功功率Q1，无功电流为Iq，功率因数为cosφ1。当对电动机进行了无功功率补偿后，所用电容器的容量为Qc，同时产生了电容电流Ic。补偿后的无功电流为Iq2=Iq-Ic，补偿后的无功功率为Q2=Q1-Qc，补偿后的功率因数是 cosφ2.。

分析上图可得出如下公式。

Cosφ2=

虚线部分是进行补偿后各参数的位移和变化，很明显经过补偿后的电流减少了，φ值变小了、功率因数提高了   。

电动机补偿电容容量的选择可按以下公式求得：

电容  Qc=√3 UIo×10﹣3（KVar）

式中 Io是电动机的空载电流。

为了避免过补偿，一般情况电容  实际容量要小于计算容量。

为了便于电容器容量的选择，这里给出了无功功率补偿率，即单位有功功率所需的电容器的容量补偿值，如下表所示。表中所给的数据，就是根据上式导出的无功功率补偿率，单位是Kvar／KW.

例如要将运行功率因数为0.5的电动机，通过补偿功率因数达到0.92，所需的电容器的容量为1.31Kvar。

每千瓦有功功率所需补偿电容容量表（KVar）

3.  提高功率因数后经济效益估算

按照国家水电财字第215号文件《功率因数调整办法》，电动机的年运行时间为T，年节约电费Y的表示式为：

Y=（P-Qc tanδ）·F（n1+n2） ／100元

tanδ为电容器的介质损耗。

n1是电费的减少率，可以文件附表查得。

n2是电费的增加率，可以文件附表查得。

就地补偿后即可大幅度的提高电动机的功率因数，带来以下四方面的收益。

（1）减少线损

减少线损的幅度可用公式 1-cosφ1／cosφ2×100％算出。

其中cosφ1为补偿前的功率因数；cosφ2为补偿后的功率因数。例如一台抽油机电动机补偿前的运行功率因数为0.50，补偿后的功率因数提高到0.70，那么从电网到抽油机的导线损好可减少28.6％，反过来讲，即导线容量增加率为28.6％。

（2）减少了闸流器件（比如接触器）的接点或触点损耗，等于增加了接点或触点的容量。

（3）提高了供电容量，使得位于电网末段的抽油机的电动机获得的供电更平稳。

（4）增加了变压器的容量。

公式（P／cosφ1）×（cosφ2／cosφ1-1）可算出补偿后变压器增容的理论值，其中cosφ1是补偿前的功率因数，cosφ2是补偿后的功率因数。

3.  抽油机可编程运行

对于低渗透油田的低产井，有条件实行间开的要坚决实行。间开建议用油

田专用的微电脑时控器。这种时控器有16个运行和停止的时段，使用时可根

据供电及用电的具体情况，编制简单的运行程序，这种微电脑时控器还具有延时

功能，而且该延时功能是可调的，这种延时功能只在首次加电或停电再来电的情

况下才起作用，在控制箱运行状态下调微电脑时控器的编程、及手动按键的‘开’

或‘关’延时不起作用。以延长石油为例，适合间开的井在8000口以上，编程

的运行和停机累积比例为6:4/24H，电动机不工作时间为9.6H，单井电动机功率

5.5KW估算，实际运行功率按5KW估算，一天节电48度，每度电费按0.5元、

可节约24元；另外程序涉及的避峰运行，在低谷时间运行按4H计，每度至少

有0.3元的电费差，此项可节约1.2 元 ，两项合计一天可节省电费25.2元。一

年可节省电费9098元，8000口井一年就是73,584,000元，其经济效益和社会效

益是十分可观的。

4. 加强管理，提高节能降耗的社会意识。

油田从根本上讲是吃资源饭的，是能源的生产者，同时也是能源的消耗大

户。我国油田的总用电量大约占全国用电量的5%，如果在节能降耗上能有所

作为，无疑是对社会的一种贡献。控制好每口油井的能源消耗，需要一套完整

的制度和办法，一定要有节电的指标要求、而且要落实到具体的人。相信只要

领导重视、制度落实，油田的节能一定能对创建一个低碳社会有所贡献。

参考文献

电动机节能改造实用手册

--三相电动机经济运行国家标准实施指南

上海科学技术出版社