高效异步电动机在海上油田节能改造中的应用.pdf
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1、电动机是拖动风机、水泵、压缩机、机床、传输带等各种设备的驱动装置,是用电量最大的耗电终端设备,广泛应用于石油化工、冶金、农业、交通、市政等行业和领域1-2。目前,很多海上油田的电动机已使用多年,存在能耗高、效率低、老化严重等问题,耗电量大幅增加,电能浪费严重,导致海上油田生产成本居高不下,严重制约了海上油田经济的可持续发展。工信部和市场监管总局印发电动机能效提升计划(20212023年),我国于2021 年 6 月 开 始 实 施 新 的 电 动 机 能 效 标 准高效异步电动机在海上油田节能改造中的应用陈文奎(中海油节能环保服务有限公司)摘要:海上油田电动机普遍存在能耗高、效率低、老化严重等
2、问题,导致电能浪费严重,严重制约了海上油田经济的可持续发展。随着“碳达峰、碳中和”提上日程,国家对节能减排的要求日趋严格,海上油田急需对低效电动机进行升级改造。详细介绍了高效异步电动机的结构和节能原理,给出了更精准的节能量计算方法。选取某海上油田生产水泵电动机作为试点,通过节能效益理论分析确定最佳改造方案,并对改造后电动机的节能效益进行测算。海上油田采用高效异步电动机进行节能改造,取得了较好的经济效益和社会效益,对节能减排、降本增效具有重要意义。关键词:海上油田;高效异步电动机;节能改造;节能量DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2023.08.012Applicatio
3、n of high-efficiency asynchronous motor in energy conservation transformation of offshore oilfieldCHEN WenkuiEnergy Conservation&Environmental Protection Service Co,Ltd,CNOOCAbstract:The electric motors in offshore oilfields generally have problems of high energy consump-tion,low efficiency and
4、serious aging,which not only seriously wastes electric energy,but seriouslyrestricts the sustainable development of offshore oilfield economy With the“carbon peak,carbonneutrality”on the agenda,the requirements for energy conservation and emission reduction are be-coming increasingly strict in our c
5、ountry,and there is an urgent need for upgrading low-efficiencymotors in offshore oilfieldThe structure and energy conservation principle of high-efficiency asyn-chronous motor are introduced in detail,and a more accurate calculation method of energy conserva-tion quantity is givenA production water
6、 pump motor of an offshore oilfield is selected as a pilot,andthe optimal transformation scheme is determined through the theoretical analysis of energy conservationbenefits,and the energy conservation benefits of the transformed motor are calculatedThe high-effi-ciency asynchronous motor has been u
7、sed for energy conservation transformation in offshore oilfield,which has obtained good economic and social benefits,and is of great significance for energy conserva-tion,emission reduction,cost reduction and efficiency improvementKeywords:offshore oilfield;high-efficiency asynchronous motor;energy
8、conservation transforma-tion;energy conservation作者简介:陈文奎,工程师,硕士研究生,2015年毕业于西安石油大学(检测技术与自动化装置专业),从事机电节能与新能源应用工作,15620697009,天津市滨海新区渤海石油路 688号中海油节能环保服务有限公司技术服务中心,300450。引文:陈文奎高效异步电动机在海上油田节能改造中的应用J石油石化节能,2023,13(8):58-61.CHEN WenkuiApplication of high-efficiency asynchronous motor in energy conservatio
9、n transformation of offshore oilfieldJEnergy Conservation in Petroleum&PetroChemical Industry,2023,13(8):58-61.58设备产品/Equipment&Product石油石化节能 https:/GB186132020电动机能效限定值及能效等级。选取高效异步电动机作为研究对象,对其结构和节能原理进行了简述,详细分析了电动机改造后节能量的计算方法,着重介绍了在海上油田节能改造中的应用案例和节能效益。1高效异步电动机的简介1.1结构原理高效异步电动机在结构上和普通异步电动机一样,主
10、要由定子和转子两部分组成,定子和转子中间是空气隙,此外,还有端盖、轴承、机座等部件。定子是异步电动机固定不动的部分,由机座、定子铁芯和定子绕组构成,转子由转轴、转子铁芯和转子绕组构成。高效异步电动机同样具有结构简单、制造容易、价格便宜、运行可靠、坚固耐用、维护方便等一系列优点。高效异步电动机的运行原理是根据电磁感应原理而工作的。当定子绕组通过三相对称交流电后,在定子与转子间产生旋转磁场,转子绕组切割该磁场在转子回路中产生感应电动势和电流,转子绕组的电流在旋转磁场的作用下,受到力的作用而使转子旋转3。1.2节能原理高效异步电动机在将电能转换为机械能的同时,自身也损耗一部分能量,这些损耗会以热能的
11、形式散发出去。其损耗一般可分为固定损耗、可变损耗和杂散损耗三部分4。可变损耗是随负荷变化的,包括定子电阻损耗(铜损)、转子电阻损耗和电刷电阻损耗。固定损耗与负荷无关,包括铁芯损耗(铁损)和机械损耗,铁损由磁滞损耗和涡流损耗所组成,与电压的平方成正比,而磁滞损耗还与频率成反比。杂散损耗是机械损耗和其他损耗,包括风扇、转子等由于旋转引起的风阻损耗和轴承的摩擦损耗。电动机的效率计算公式为:=PoPi 100%(1)式中:为电动机的效率;Po为电动机的输出功率,kW;Pi为电动机的输入功率,kW。输入功率等于输出功率和电动机自身损耗之和,即:Pi=Po+P(2)式中:P为电动机自身损耗,由固定损耗、可
12、变损耗和杂散损耗之和,kW。由式(1)(2)可知,在电动机输出功率一定的条件下,电动机自身损耗越小,电动机越节能,其效率越高。高效异步电动机采用了新理论、新结构、新材料、新工艺等先进措施5-8,最大限度地降低自身的铁损、铜损、机械损耗、杂散损耗等损耗,获得更大的机械能输出,大大提高了转换效率,从而达到节能的目的。高效异步电动机一般采取如下措施:1)定子和转子铁芯采用低损耗冷轧电工硅钢板来降低铁损,实现较大幅度而且稳定地降低电动机的铁损。2)定子和转子绕组采用低谐波绕组,改善电动机的磁势波形,从而降低定转子绕组的铜损。3)采用先进合理的通风结构降低机械损耗,高效异步电动机采用了锥形风罩和带锥形挡
13、风板的风扇结构,具有优良的通风效果,可以在风耗和摩擦损耗很小的情况下产生足够的风量,达到很好的散热冷却效果,并且可以有效降低机械噪声。4)采用有效的工艺措施降低电动机杂耗,在采用适当的定、转子槽配合和转子槽斜度的同时,适当调整定、转子气隙值并对加工后的转子进行多项处理,从而降低和控制杂散损耗。2节能量计算采用高效异步电动机替换原低效电动机的方案进行节能改造,电动机输出功率基本保持不变。在进行节能量计算时,通常做法是在不考虑无功功率的情况下只计算有功功率的节电量9-10。而按照GB/T 124972006 三相异步电动机经济运行,电动机的节约量包含有功功率节约量和无功功率节约量,若只考虑有功功率
14、,计算结果会存在不小的偏差。为了更加精准的计算节能量,需对有功功率和无功功率的节能量分别进行计算。1)有功功率的节约量。电动机改造后,有功功率的节约量为:Pp=Pi1-Pi2(3)式中:Pp为有功功率的节约量,kW;Pi1为改造前输入的有功功率,kW;Pi2为改造后输入的有功功率,kW。2)无功功率的节约量为:Qo=Qi1-Qi2(4)式中:Qo为无功功率的节约量,kVar;Qi1为改造前输入的无功功率,kVar;Qi2为改造后输入的无功功率,kVar。59石油石化节能 https:/陈文奎:高效异步电动机在海上油田节能改造中的应用 第 13卷第 8期(2023-08)无功功率的节约量需换算成
15、有功功率的节约量,按式(5)进行计算:Po=Ko Qo(5)式中:Po为无功功率的节约量换算成有功功率的节 约 量,kW;Ko为 无 功 经 济 当 量 系 数,按 照GB/T 124972006中的 规 定:当 电 动 机 直 连 发 电动 机 母 线Ko为 0.020.04,二 次 变 压 取Ko为0.050.07,三次变压取Ko为 0.080.10。由式(3)(4)(5)可得综合功率:P=()Pi1-Pi2+Ko()Qi1-Qi2(6)3)综合节电量的计算W=P T(7)式中:W为综合节电量,kWh;T为电动机运行时间,h。4)综合节电率的计算E=()Pi1-Pi2+KQ()Qi1-Qi
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