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潜油电泵的变频调速驱动解决方案
时间: 2008/2/29 0:00:00        来源: 中华泵阀网        浏览量: 206251        字体选择:     
    近十年来,交流变频装置从小容量到大容量,从简单的开环系统到复杂的闭环系统,人们在不断地尝试应用并已享受它给人类社会带来的巨大益处。它做为调速装置应用于很易使用又不方便调速的交流电机上,无论是从工艺要求还是电气节能的需要,都在改变以往交流机不易调速的状况。 
    同样,潜油电泵做为油田深井抽油机的动力,无论出自于工艺的要求,还是节电的需要,使用变频调速技术驱动,都感到大有益处。但由于过去所用的技术方案不甚理想,故应用面尚不太广。本公司目前采用的技术方案是目前世界上的先进技术,具有较好的应用前景。 

    1 潜油电泵采用变频技术调速驱动是其*佳传动方案 
    潜油电泵是油井井下工作的多级离心泵,是一种较新的机械采油设备之一。油泵是长期连续工作于2~3km井下高温、强腐蚀的恶劣环境中,由于深入油层,故工作效率较高,近年来油田应用愈加广泛。其功率均不太大,一般在55~75kW之间,由于油井较深,为降低线路压降,故其拖动电机没有采用工频而一般设计为1000伏级。该电压属中压范畴,不高也不低。若降低电压,则线路压降太大,电机低效无法正常工作。若提高电压,线路压降虽小,但供电线路电缆及电机的绝缘问题突出,故障率高,维护困难,可靠性下降。因此,目前国内大部分油田采用的多是1140伏潜油电泵。 
    据调查结果,常见的主要问题是: 
    A、上电启动时冲击电流大,分布电感使系统内反压过高,经常造成系统多部分绝缘损伤。 
    B、由于油井地质状况变化较大,而电泵设计余量又往往偏大,尤其是井下液量不足时,泵产生的油压过高,故缩短泵的使用寿命,其维修及更换几率增加。 
    为解决上述问题,必须对油泵电机进行调速控制。采用交流变频调速是目前*理想的措施。 

    其因如下: 
    A、变频器具备软启动功能,在启动过程中,电机转速随着频率变化而接近同步状态升速,故反电势及冲击电流很小,绝缘易受破坏的问题出现几率较低。 
    B、无论重载或轻载,系统的功率因数均较高,尤其在小负载状态,无功功率大大减小,具有明显的节电效果。 
    C、可按油井当前状况调节出油量,使油井工作在*佳状态。降低故障率的同时提高工作效率。 
    D、亦可组成压力、温度闭环系统,提高自动化程度及实现*佳控制。采用变频调速后,对于富油油井,可以增产;对于贫油油井可以做到连续生产且减少停井次数并达到节能的目的;对含砂油井,可以减少卡泵次数,并可反转排砂,延长电泵寿命;对于含气油井,可提高转速减少油气分离不佳所致的气锁现象出现而增产增效;对于含蜡油井,可减少结蜡、结垢而降低管路堵塞次数;对于稠油油井,可低速大功率运行,减少停井次数并获得可观的节能效果。 

    2 过去采用的几种变频调速方案比较 
    2.1采用工频通用变频器 
    系统简图如下: 
    本方案采用降压、升压变压器及工频电源下的通用变频器组成高-低-高方式达到油泵电机变频目的。
    其优点是简单易行,缺点是系统过于笨重,尤其是输出侧变压器尚须按*低工作转速来设计,通用性不强或设计不可能合理。由于系统几经变换,使效率降低。 
    2.2采用普通低压变频(二电平)技术实现中压变频 
    本方案采用低压整流器,及低压电容串联,3300V高压IGBT直接逆变。控制方式仍采用传统的正弦波脉宽调制。其优点是系统组成简单,其缺点是输出的电压波形为高压矩形脉冲,即出现了难以解决的dv/dt问题,这对于长输电线路的工况很不适宜,对电机同样带来绝缘问题,且输出电流波形亦不理想。由于3300V高压IGBT应用尚不太成熟且价格昂贵,实用经济效益亦是应用的瓶颈。 

    3 本公司中压变频器的技术方案 
    A方案:1140V中压变频器 
    本是采用二极管箝位三电平技��,其系统简图如下: 
    该技术自80年代始即被国外厂家应用并推广。东芝、ABB、三菱、西门子等公司都有此类产品,其特点偏优于采用在不太高的中压变频器中。与二电平相比较,其输出的电压波形虽然仍为矩形脉冲所组成,但其脉冲幅值却降低一倍,较好地解决了dv/dt高所带来的绝缘及谐波等问题。使变频器的输出波形更接近正弦波。彻底地解决了器件换流对电机绝缘造成的冲击导致的绝流损伤、轴电压对电机轴承的腐蚀以及传导干扰、辐射干扰等诸多问题,降低漏电流及电机噪音。其缺点已基本克服,美中不足的是逆变元件的换流尚须由箝位二极管来保证,系统变得稍加复杂,但在几十千瓦的变频器中,该不足并不构成价格限制因素。本公司生产的1140V变频器就是采用这一技术方案。 

    B方案:6000V及以上的中压变频器 
    本公司生产的WIN-HV系列变频器就是采用此设计方案,是通过变压器隔离、功率单元串联的交-直-交-直接高压方式的变频器。 
    变频器运用叠波技术,每相输出由若干个功率单元串联组成,功率单元串联个数因输出电压等不同而异,详见下述单元配置表: 

    4 微能科技中压变频器应用简述: 
    本公司生产的中压变频器是在目前的器件条件下,因电网电压不同而采用的*优设计方案。而国外的中压产品则主要指输入电压为1140~10000V的变频器。其中,1140~4160V的变频器多为三电平方式,即我司的A方案,6000V及以上的中压变频器则以逆变单元串联方式的多电平变频器为主导,即我司的B方案。 
    从技术发展的角度看,我公司设计的2千伏级变频器还是以逆变单元串联方案为优选,其主要原因是电路结构简单,又有成熟的元件(1700伏IGBT)可用,价格低廉,性能/价格比*高。所采用的多重化技术(二重化)使输出波形正弦,网侧谐和波在大减,输入输出均很理想。故此,我们认为这种变频器在我国将有广阔的应用前景。亦可放心地用于油田潜油电泵的驱动中。(完)

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