目前我国工业用电量约占发电总量的70%，而其中电机的用电约占工业用电总量的60%，即每年电机所消耗的电量占全部社会发电总量的42%左右。而我国目前电机的能效比发达国家低3%～10%，若将电机效率提高3%～5%，甚至更高，将会节约大量能源，给社会带来无法估量的直接或间接的经济效益。由此可见，提高电机效率从而提高能源利用率是非常重要的。

　　油田生产过程中存在较大的节电潜力。据统计，我国电动机耗电占全国耗电量的60%以上，全国用电量40％左右的风机、水泵、压缩机的平均效率在50％左右，其中大量电机处于“大马拉小车”的状态，效率低。中小型三相异步电动机耗电约占35%，是耗能大户。

　　在油田企业，电机是原油生产的主要动力，被广泛应用在油田生产生活的各个领域，机械采油、注水、油气集输三大系统的电力驱动装备几乎是电机，可以电机是油田的主要用电设备，占总耗电量的80%。然而，在生产实际中，由于管理技术水平等问题，很多电机处于轻载、低效、高耗能的运行状态，电能浪费严重。因此，电机节能降耗是油田节电降耗、降低开采成本的主要探索方向。

　　1 电机能耗机理

　　1.1明电机的分类及特点

　　电机虽然都是由电能转换为机械能，以满足生产或生活的需要，但由于所需电源不同或用途、要求不同，又分很多类别，各类电机的结构、性能又各有特点。

　　直流电机：是以直流电为电源的电机，它具有良好的启动性能，并能经济地实现范围较广的平滑调速。因此，直流电机在启动和调速要求较高的机械上广泛地使用。

　　交流电机：是以交流电为电源的电机，这种电机按转数与电源频率的关系不同，又分为异步电机和同步电机两大类。

　　控制电机：属于特殊用途的电机，通常以结构和用途的不同而分类。一般容量较小，种类繁多，用途各异，从节能的角度看并不是节能的重点。

　　1.2电机损耗分析

　　当电机将输入的电能转换为输出轴上的机械能时，总要伴随一定能量的损耗。根据GB755-2000《旋转电机定额和性能》中规定，将电机能量损耗划分为恒定损耗、负载损耗及杂散损耗。

　　1.2.1恒定损耗

　　是指电机运行时的固有损耗，它与电机材料、制造工艺、结构设计、转速等参数有关，而与负载大小无关。恒定损耗包括铁心损耗及机械损耗。

　　铁心损耗

　　铁心损耗也称为铁耗，指主磁场在电机铁心中交变所引起的涡流损耗和磁滞损耗。异步电机在正常运行时，转差率很小，转子铁心中磁通变化的频率很小，一般仅为每秒1-3周，所以铁耗主要为定子铁心损耗。

　　铁耗大小取决于组成电动机铁心材料、频率及磁通密度，近似公式P≈kf1.3B2。磁通密度B与输入电压U成正比，对一台电机而言，其铁耗近似于电压的平方成正比。

　　空载杂散损耗是指空载电流通过定子绕组的漏磁通在定子机座、端盖等金属中产生的损耗，由于空载电流近似不变，因此这些损耗也是恒定的。铁耗一般占异步电机总损耗的20%-25%。

　　机械损耗

　　通常包括轴承摩擦损耗及通风系统损耗，对绕线式转子还存在电刷摩擦损耗。

　　轴承摩擦损耗主要与轴承型号、装配水平、润滑脂有关。通风系统的风摩擦损耗主要取决于冷却风扇所用材料、风机效率、风道设计合理性。机械损耗高低还与电机转速有关，轴承摩擦损耗正比于转速的平方，通风损耗正比于转速的三次方。

　　机械损耗一般占总损耗的10%-50%，电机容量越大，由于通风损耗变大，在总损耗中所占比重也增大。

　　1.2.2负载损耗

　　负载损耗主要是指电机运行时，定子、转子绕组通过电流而引起的损耗，亦称铜耗。它包括定子铜耗和转子铜耗，其大小取决于负载电流及绕组电阻值。铜耗约占总损耗的20%-70%。

　　1.2.3杂散损耗

　　杂散损耗主要由定子漏磁通和定子、转子的各种高次谐波在导线、铁心及其他金属部件内所引起的损耗。这些损耗约占总损耗的10%-15%。

　　2 电机高耗低效运行的原因

　　油田中使用电机的机采系统、输油系统、注水系统、水泵系统，其电机的运行状况均不乐观，离经济运行有一定的差距，造成电机效率低下，能耗过大。其原因主要有以下几个方面：

　　2.1老旧电机数量仍然较多

　　部分电机使用时间过长，内部材料老化严重，有些电机的使用时间在20-30年以上；而另一部分电机制造工艺已属落后淘汰技术，各类技术性能参数远差于新型电机。无论是电机过旧还是制造工艺过时，均会造成电机运行负担加重，电机效率低下，电机损耗也远远高于新装或新型电机。

　　2.2电机匹配不当，运行设置不科学

　　机械设备与电机配套不合理，包括形式选用不合理、容量选用不合理、转矩和转速选用，不合理等现象比较普遍，而机动设备的用户也由于对设备的选用不合理，运行方式不合理，造成大量的电机处于低效率运行状态。很多电机在选配时没有认真规划，导致真正投入使用后电机额定功率对匹配功率过大或过小的问题。其中“大马拉小车”使电机多损耗了一部分空载损耗；而“小马拉大车”则使电机超负荷运行，电机负担过重，电机温升过高，严重影响电机使用寿命。

　　2.3特殊工艺或生产发展需要是电机高耗低效运行的重要因素

　　采油系统。抽油机由于其特殊的运行要求，所匹配的电机必须同时满足最大冲程，最大冲次，最大允许挂重的三个要求，还须具有足够的堵转转矩，以克服抽油机启动时严重的静态不平衡。因此，往往抽油机在设计时确定的安装容量裕度较大。如6型抽油机配Y200L-6/18.5kW，10型抽油机配Y250M-6/30kW等，但实际功率却比额定功率要小的多。因此，在抽油机电机的选配上往往安装了容量较大的电机，增加了电机的空载损耗；而抽油机的特殊的负荷变化，使得电机的无用功增加，这都使采油系统和电机的效率较低。

　　泵类。鉴于油田对输油注水站点扩容的考虑，有时在泵及电机的选配上采取以大带小的方法，以满足以后发展的需要，但很多站点输油量或注水量较小或不断萎缩，造成原来的泵机组配置过大，即严重的“大马拉小车”，且这种状况更多的时候不能立即更变，造成较为严重的电能损失。

　　3 电机节能测试实验

　　为了研究电机节能潜力，特对油田中电机使用最广泛的抽油机电机和泵类电机进行了节能测试实验。

　　3.1抽油机电机节能实验

　　对孤东油田2-13-14井的电机进行了测试，实验主要是通过更换电机来论证节电潜力。

　　监测发现，在2-13-14井上将Y160 M-6电机更换为Y112 M-4B5后，额定功率虽然降低3.5kW，但保证了正常的生产需要，且抽油系统效率略有升高，平衡度保持在80%-110％之间，有功功率从2.39 kW降低到1.45 kW，平均有功节电率达到了36.08%。

　　通过该实验说明：对抽油机等负载不平稳的系统，可根据电机的实际有功功率大小，选用或更换匹配的电机，降低额定功率，减小功率损失，提高电机电能利用率。

　　3.2泵类电机节能实验

　　对孤东联合站2#锅炉房的4#水泵电机进行测试实验，方法是对电机在安装变频装置前后的功率变化情况进行测算，进而论证变频器对电机的影响。水泵电机控制柜安装了变频器后，可根据生产需要自由调节频率，进而改变泵流量和有功功率，为了方便说明问题，我们可以采集多个频率点进行对比，测算节电率，监测中选取工频和47 Hz两个频率点。通过监测，频率在47 Hz时，有功功率比工频时减小4.56 kW，功率因数提高0.0917，有功节电率达到了14.29%。

　　通过该实验说明：安装变频装置后，不仅可以自由设置频率，即电机以不同的转速运行，从而达到需要的生产参数，方便生产中灵活调配，而且还可以在保证生产要求的前提下，提高功率因数，降低有功，减少不必要的损耗，是电机节能的有效途径。

　　4 电机节能措施

　　电机降低损耗主要从恒定损耗、铜耗及杂散损耗这三个方面人手，实际中的各种措施也是以减少这三种损耗中一个或多个为本质的方法，具体的应用中则主要有以下几种措施：

　　4.1选用高效节能型电机或专用电机，淘汰老旧落后电机

　　高效节能型电机的电机损耗仅是传统落后电机的几分之一，但电机效率却明显高于同状态下一般电机，是老旧落后电机更替的首选。

　　永磁同步电机。抽油机上使用的永磁同步电机是一种异步启动的同步电机，由转子交流启动后牵入同步运行，类似于交流同步电机。其运行是靠定子绕圈在气隙中产生的旋转磁场与转子上磁钢间的相互吸引，使转子与定子气隙磁场同步旋转而做功。其转子等效电阻电路，故功率因数高，因无磁励电流，其空载损耗小。电机效率可达96％左右，较三相异步电机高。

　　直流电机。直流电机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。此外，直流电动机还有起动转矩大、效率高、调速方便、动态特性好等特点。

　　其他专用电机。对有特殊工艺要求的设备，其对电机某一方面性能的要求不同，应结合具体情况具体装配，尽量减少因普通电机为弥补专用电机性能而造成额外电机电耗。

　　4.2正确匹配电机功率

　　在选择电机时应注意以下两点：如果电机功率选得过小，就会出现“小马拉大车”现象，造成电机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，甚至电机被烧毁。如果电机功率选得过大，就会出现“大马拉小车”现象。其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利，而且还会造成电能浪费。

　　要正确选择电动机的功率，必须经过以下计算或比较：对于恒定负载连续工作方式，所选电机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。短时工作定额的电机，与功率相同的连续工作定额的电机相比，最大转矩大，重量小，价格低。因此，在条件许可时，应尽量选用短时工作定额的电机。对于断续工作定额的电机，其功率的选择要根据负载持续率的大小，选用专门用于断续运行方式的电机。此外，也可用类比法来选择电动机的功率。所谓类比法。就是与类似生产系统所用电机的功率进行对比。

　　具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产系统使用多大功率的电机，然后选用相近功率的电机进行试车。验证所选电机与生产机械是否匹配。验证的方法是：使电机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电机的工作电流，将测得的电流与该电机铭牌上标出的额定电流进行对比。如果电机的实际工作电流与铭牌上标出的额定电流上下相差不大，则表明所选电机的功率合适。

　　如果电机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70％左右，则表明电机的功率选得过大应调换功率较小的电机。如果测得的电机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40%以上，则表明电机的功率选得过小（即“小马拉大车”，应调换功率较大的电机。

　　4.3针对不同系统，合理调整系统参数，科学维护，加强管理节能

　　电机的日常维护也是决定电机是否高效低耗经济运行的重要因素，要按照系统参数设置的要求，定期检查电机运转情况，优化管理和维护。避免电机长时间超负荷、高温运行，对电机效率过低、不能经济运行的电机要及时进行原因监测分析，调整负载状态，尽可能地保持电机长时间处于经济运行状态。

　　对运行的各个系统，进行正确的参数设置，监控电机与终端装置的匹配状况，避免“大马拉小车”和“小马拉大车”现象，让电机始终保持在经济运行位置。

　　机采系统。采油系统具有电机启动电流大，运行功率远低于电机额定功率，负荷时刻变化，有上下两个临界点，这些特点要求定期使用嵌型电流表等简易仪器测试抽油机上下冲程最大电流，调整平衡度，使抽油机平衡度保持在80%-110%，将电机的无用功降低到最小。此外，对日产液量太小的油井，采取间开的方法，既可以聚积采油能量提高采油效率，又可节约间歇停井时的电量，如一天平均停井12小时，相应的可节省50％的电费。

　　2008年6月，孤东采油厂选择了60口抽油机井进行电机中间轴改造，在不影响液量和原油正常生产的情况下，单井平均冲次降低1.8次／分，单井平均输入功率下降2.49千瓦，单井日节电59.5千瓦时，系统效率提高5.05％，综合节电率达29.8％。该技术的应用不仅解决了供液不足、动液面低、产能低的抽油机井运行能耗大的问题，而且解决了抽油机井其动力矩大与运行功率小之间的矛盾，避免了抽油机不必要的高速运行导致的能耗大、减速箱磨损快等问题。

　　泵系统。无论是输油泵、注水泵或循环水泵，均要监控压力值，推算或测量流量变化，分析生产需求与泵、电机的生产能力的匹配情况。对严重大材小用的泵、电机，可考虑更换较小容量，或对电机进行调速，降低有功功率；对严重不能满足生产的可以增加泵数量或更换大容量泵和电机。

　　4.4使用软启动、变频调速装置或安装节电装置

　　通常感应电动机采用直接启动或一般启动的方法，电机的全压起动电流为额定电流的5-7倍，不仅损耗大，对电网冲击也大，机械磨损，振漏大。如果用变频调速启动，可以将起动电流限制到很小，即使是满载起动，也只比额定电流稍大就可以了，损耗大大降低，既不冲击电网，又不冲击机械。

　　5 结束语

　　目前使用较多的电机是交流电机，约占各类电机总数的85％以上，它具有结构简单、价廉、不需维护等优点，但它的弱点是调速困难，因而在许多应用场合受到限制或借助机械方式来实现调速。使用变频器调速信号传递快、控制系统时滞小、反应灵敏、调节系统控制精度高、使用方便、有利于提高产量、保证质量、降低生产成本，因而使用变频器是企业节能降耗的首选产品。

　　变频器就负载类型而言主要有两方面的典型应用：以改进工艺为主要目的，确保工艺过程中的最佳转速、不同负载下的最佳转速以及准确定位等。以其优良的调速性能，提高生产率、提高产品质量、提高舒适性，使设备合理化，适应或改善环境等。以节能为主要目的，以流量或压力需要调节的风机、泵类机械的转速控制来实现节能，改造效果非常显著。

　　随着节能节电技术的不断发展，针对电机节电的各类节电装置也不断涌现，其主要原理是通过各种不同手段动态调节电机运行状态过程中的电压电流，在保证电机转速的前提下，保持电机的输出转矩与负载的精确匹配，有效地减少有功功率和无功功率损耗，也相应减少了磁损耗，同时使电机的功率因数提高。一般情况下综合节电率在15％以上。

作者：佚名　来源：中国石油网