Palabras clave: motor de imán permanente; factor de potencia; punto de fuerza electromotriz posterior
1 Estado de aplicación del motor de imán permanente
Planta de producción de petróleo de Gudong del campo petrolífero de Shengli en 2002 Del 5 de junio a octubre se realizó la prueba técnica del motor de imanes permanentes del transformador regulador automático de voltaje en el pozo de bombeo. Esta tecnología comienza con todo el sistema de producción mecánica, utiliza el concepto del sistema para optimizar el diseño de todo el sistema mecánico de accionamiento del pozo de petróleo, desde transformadores, gabinetes de control hasta motores, y utiliza motores de imanes permanentes de baja potencia de 22-30 kW para reemplazar la serie Y ordinaria. Motores de 37-55kW. En 2002, se utilizaron 65.438 motores de imanes permanentes y 97 transformadores de regulación automática de voltaje. El ahorro de energía diario promedio por pozo fue de 42 kWh, la eficiencia del sistema aumentó en un 3,5% y la capacidad del transformador de un solo pozo se redujo en 18.30 k VA. A finales de 2008, *** había promovido la aplicación de más de 500 motores de imanes permanentes. La potencia promedio de los motores de un solo pozo había disminuido de 46,6 kW a 32,5 kW, el factor de potencia de un solo pozo había aumentado de 0,562 a 0,905. y la capacidad del transformador de un solo pozo se había reducido en 18 kVA.
También existen algunos problemas en el uso de motores de imanes permanentes. El factor de potencia de algunos motores de imanes permanentes es demasiado bajo, incluso inferior a 0,3, que es significativamente menor que el valor nominal, lo que tiene un cierto impacto en aprovechar al máximo el efecto de ahorro de energía de los motores de imanes permanentes. La Estación de Gestión de Energía de la Planta de Producción de Petróleo de Gudong decidió realizar pruebas de ajuste in situ para solucionar este problema.
Análisis de problemas en la aplicación de motores de imanes permanentes
2.1 Fuerza contraelectromotriz sin carga y fuerza contraelectromotriz crítica
2.1.1 Fuerza contraelectromotriz sin carga fuerza
Cada motor síncrono de imán permanente tiene una fuerza contraelectromotriz sin carga diferente. Los ejes de un motor síncrono de imán permanente de la misma velocidad están conectados entre sí y un estator está conectado a corriente alterna trifásica. Cuando se alcanza la velocidad síncrona, la prueba del voltaje del circuito abierto del estator de otro motor accionado se denomina fuerza contraelectromotriz sin carga.
2.1.2 Fuerza contraelectromotriz crítica
Bajo una determinada carga, ajuste continuamente el voltaje del estator del motor síncrono de imán permanente y utilice el analizador de potencia FLUK43B para probar la potencia reactiva instantánea. del motor síncrono de imanes permanentes Pruebe el voltaje con un multímetro. Cuando la potencia reactiva medida por FLUK43B no muestra ni "C" (potencia reactiva capacitiva) ni "L" (potencia reactiva inductiva), el voltaje del estator correspondiente es la fuerza contraelectromotriz crítica bajo carga. En este momento la potencia reactiva es muy pequeña (. consulte la Tabla 1)
Tabla 1 Factores de potencia del motor síncrono de imán permanente de 30 kW, 8 polos y 380 V correspondiente a diferentes velocidades de carga a diferentes voltajes
Nota: "+" representa potencia reactiva inductiva; "-"- representa la potencia reactiva capacitiva; el valor medido de la fuerza contraelectromotriz sin carga del motor síncrono de imán permanente es 391,5V cuando la tasa de carga medida es del 40%, la fuerza contraelectromotriz crítica es 383,5V;
2.2 Influencia del factor de carga y la tensión del estator en el factor de potencia (potencia reactiva)
Para diferentes tensiones nominales (380 V, 660 V, 1140 V), diferentes potencias nominales (22 kW, 30 kW) y diferentes velocidades (750 RPM, 1000 RPM), las tasas de carga correspondientes son diferentes.
3 Prueba de ajuste del punto de fuerza electromotriz posterior del motor de imán permanente
3.1 Propósito de la prueba
Esta prueba tiene dos propósitos: uno es determinar el factor de potencia y el voltaje de el motor de imán permanente El segundo es determinar el punto de fuerza contraelectromotriz del motor de imán permanente.
3.2 Ajustes y pruebas in situ
El 5 de abril de 2010, la Estación de Gestión de Energía del Centro de Supervisión Técnica de Calidad y Seguridad de la Planta de Producción de Petróleo de Gudong llevó a cabo inspecciones en GO2-21. -55 y GO2-23-59 Dos pozos de producción mecánica realizaron pruebas de ajuste del factor de potencia del motor de imán permanente (los parámetros principales de los dos pozos se muestran en la Tabla 2). El día de la prueba, probamos dos pozos y registramos los datos de la prueba (consulte la Tabla 3 para ver los resultados de la prueba).
Tabla 2 Parámetros principales del pozo Go2-21-55 y del pozo GO2-23-59
Tabla 3 Prueba de parámetros eléctricos del pozo Go2-21-55 y GO2-23-59 bien datos
Se puede ver en la Tabla 3:
(1) Cuando el voltaje del estator es mayor que la fuerza contraelectromotriz crítica del motor síncrono de imán permanente, su potencia reactiva inductiva funciona como un factor de potencia inductivo; cuando el voltaje del estator es inferior a la fuerza contraelectromotriz crítica del motor síncrono de imán permanente, la potencia reactiva capacitiva del motor síncrono de imán permanente funciona como un factor de potencia capacitivo.
(2) Cuando el voltaje del estator del motor síncrono de imán permanente externo es igual o aproximadamente igual a su fuerza contraelectromotriz crítica, la potencia reactiva del motor es la más pequeña y el factor de potencia es el más alto. .
(3) Cuando el factor de carga es bajo, el factor de potencia disminuye a medida que el voltaje externo del estator se desvía de la fuerza electromotriz crítica. Cuanto más se desvía el voltaje del estator de la fuerza electromotriz crítica, más el factor de potencia disminuye.
(4) A medida que aumenta el factor de carga, el impacto de los cambios de voltaje en el factor de potencia se debilita gradualmente. Cuando el factor de carga es superior al 40%, el impacto de los cambios de voltaje en el factor de potencia es muy pequeño. .
(5) Cuando el voltaje del estator es constante, cuanto menor sea el factor de carga del motor, menor será el factor de potencia.
(6) La fuerza contraelectromotriz crítica sin carga del motor es aproximadamente igual a la fuerza contraelectromotriz sin carga. A medida que aumenta la carga, la fuerza electromotriz crítica disminuye gradualmente. En las condiciones de funcionamiento de la unidad de bombeo, la fuerza electromotriz crítica disminuye en aproximadamente un 2,5% Ue.
Pues GO2-21-55 es el transformador de tercera velocidad de S11. Hemos realizado tres pruebas de regulación de presión en el pozo GO2-21-55 (los resultados de las pruebas se muestran en la Tabla 4). Los resultados muestran que cuando el voltaje se ajusta a la tercera marcha de 416 V, el factor de potencia más alto es 0,9655.
Tabla 4 Tabla de pruebas del pozo Go2-21-55
Durante la prueba de ese día, el voltaje del pozo GO2-23-59 fue demasiado alto, el voltaje más bajo fue de 440 V V, y el transformador original solo tenía tres engranajes, alcanzando menos del voltaje predeterminado. Posteriormente, contactamos al fabricante del motor, reemplazamos el transformador de siete velocidades el 11 de abril, ampliamos el rango de regulación de voltaje y realizamos una segunda prueba en el sitio. Luego de reemplazar el transformador, se realizaron seis pruebas de regulación de voltaje en el pozo GO2-23-59 (los resultados de las pruebas se muestran en la Tabla 5). Los resultados de la prueba muestran que cuando el transformador se ajusta a la tercera marcha de 393 V, el factor de potencia máximo del motor es 0,955, la potencia activa es 4,02 kW y la potencia reactiva es - 0,87 kvar
Tabla 5 Tabla de prueba de pozos Go2-23-59
Los datos de prueba ajustados de los dos pozos se muestran en la Tabla 6.
Tabla 6 Datos de prueba ajustados del pozo Go2-21-55 y del pozo GO2-23-59
3.3 Conclusión de la prueba
Los resultados de las pruebas de campo muestran que En las mismas condiciones de trabajo, el factor de potencia de un motor de imán permanente está estrechamente relacionado con el voltaje. Cuando el voltaje de salida del transformador es demasiado bajo, la potencia reactiva es negativa. En este momento, el motor es capacitivo y el factor de potencia es inferior a 0,9 (valor nominal). Cuando el voltaje es demasiado alto, la potencia reactiva es positiva, el motor es inductivo y el factor de potencia es inferior a 0,9 (valor nominal). Cuando se fija un determinado voltaje, la potencia reactiva se acerca a cero, el factor de potencia es 1 y el motor alcanza el estado de funcionamiento ideal, con la mayor eficiencia energética y la menor pérdida. En este momento, el voltaje es igual al punto de fuerza electromotriz trasera del motor.
Como se puede ver en la Tabla 5, el punto de fuerza electromotriz posterior del pozo GO2-21-55 es ligeramente inferior a 416 V, y el punto de fuerza electromotriz posterior del pozo GO2-23-59 es ligeramente superior a 393V. Debido a los pocos engranajes del transformador y al ajuste de voltaje insuficiente, los puntos de fuerza electromotriz trasera de los dos pozos no se pueden depurar con precisión.
Dado que estos dos pozos petroleros tienen una producción de petróleo intermitente, el poder activo de los pozos petroleros cambia irregularmente durante el proceso de ajuste y no hay una tendencia a la baja obvia. Sin embargo, según la investigación, a medida que aumenta la potencia de los motores de imanes permanentes, la eficiencia del motor también aumenta en consecuencia, y los ajustes deberían tener un cierto efecto de ahorro de energía.
Cuando el voltaje de funcionamiento del motor es demasiado alto o demasiado bajo, no solo afectará el factor de potencia del motor, sino que también hará que el motor se sobrecaliente debido al voltaje excesivo, acortando así la vida útil. del motor y reduciendo la eficiencia operativa del motor. Después de ajustar el factor de potencia del motor, no solo mejora el factor de potencia de la línea y reduce la pérdida de la red, sino que también mejora la eficiencia del motor y extiende su vida útil.
4 Promoción y aplicación
Desde abril de 2010, toda la fábrica ha probado el valor crítico de la fuerza contraelectromotriz del motor de imán permanente y ha llevado a cabo una regulación del voltaje de excitación para garantizar que el valor del voltaje está cerca del punto crítico de fuerza electromotriz trasera y mejora el factor de potencia.
* * * Al ajustar 256 motores de imanes permanentes, el ahorro de energía promedio diario de un solo pozo es de 8,1 kWh y el factor de potencia promedio de un solo pozo aumenta en 0,107. Un total de 256 motores de imanes permanentes de pozos petroleros ahorraron 20.736 kWh de electricidad por día y 416.200 RMB por año.
5. Algunas conclusiones.
(1) Asegurar el funcionamiento con factor de potencia capacitivo. De acuerdo con la fuerza electromotriz sin carga marcada en la placa de identificación del motor, ajuste el voltaje de salida del transformador de modo que el valor del voltaje sea inferior a aproximadamente el 2,5% de la fuerza electromotriz sin carga. Lo mejor es hacer funcionar el motor con. el alto factor de potencia capacitivo medido en el sitio. Esta característica es particularmente importante en las unidades de bombeo. 1. Cuando un transformador acciona un motor, la potencia reactiva capacitiva del motor y la potencia reactiva inductiva del transformador se compensan entre sí, lo que puede hacer que el factor de potencia primario del transformador sea superior a 0,90. En los motores, el factor de potencia capacitivo y el factor de potencia inductivo deben controlarse adecuadamente. El funcionamiento del motor síncrono de imán permanente en una proporción también puede hacer que el factor de potencia primario del transformador sea superior a 0,90.
(2) Algunos de los transformadores de pozos petroleros que se utilizan en s 11 tienen pocos engranajes reguladores de voltaje, solo tres; el rango de regulación de voltaje es estrecho, solo el 5% la precisión de regulación de voltaje es baja y; no es adecuado para la producción in situ. Si todos los transformadores se reemplazan con transformadores de 9 niveles de ahorro de energía S11, el rango de regulación de voltaje de este transformador es del 10% y cada nivel se ajusta en un 2,5%. Tiene las ventajas de un amplio rango de ajuste, muchos niveles y baja energía. Consumo y puede lograr efectos de regulación de voltaje ideales, más adecuados para la producción in situ.
Referencia
[1] Yan Jingdong. Análisis de aplicación de motor síncrono de imanes permanentes en unidad de bombeo de petróleo, 2006. P35-36.