變頻調(diào)速技術(shù)在油田上的應(yīng)用

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)油田為保證持續(xù)的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，大量使用潛油電泵，這些潛油電泵絕大多數(shù)采用工頻全壓恒速運(yùn)行方式，但這種方式存在以下缺點(diǎn)。

1)工頻全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，電機(jī)沖擊電流大、沖擊扭矩大，造成電機(jī)、電纜的加速老化和電泵葉片、軸系的損壞。在采油過(guò)程中，由于液面經(jīng)常變化，需要經(jīng)常對(duì)電泵進(jìn)行啟停操作，降低了設(shè)備使用壽命，增加了維修費(fèi)用。

2)潛油泵不能根據(jù)生產(chǎn)情況調(diào)整電泵的輸出功率，造成巨大的能源浪費(fèi)，難以使電泵工作在最佳工況點(diǎn)上。

3)需要調(diào)整油井產(chǎn)量時(shí)，只能使用更換油嘴的方法，費(fèi)力費(fèi)時(shí)，而對(duì)供排關(guān)系變化較大的油井，靠更換油嘴也滿足不了生產(chǎn)需要，只能通過(guò)更換整套機(jī)組來(lái)完成，造成巨大的浪費(fèi)。

4)因油井的深度，流量的大小不一致，使用的潛油電泵規(guī)格十分復(fù)雜，與之配套的變壓器、啟動(dòng)設(shè)備規(guī)格繁多，增加了備件的儲(chǔ)備和維修的復(fù)雜性，加大了生產(chǎn)成本。

變頻調(diào)速技術(shù)通過(guò)改變電源頻率而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。若通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)潛油泵輸出功率，則可以保證潛油電泵始終運(yùn)行在高效區(qū)，從而可以大幅節(jié)約能源。本文提出一種基于變頻調(diào)速技術(shù)的潛油電泵控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)充分發(fā)揮了變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使得潛油泵系統(tǒng)得到有效的控制，保證了潛油電機(jī)高效穩(wěn)定的運(yùn)行，節(jié)約了能源，具有很高的經(jīng)濟(jì)意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 潛油電泵的工作特性

潛油電泵是一種多級(jí)離心泵，其工作特性隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化：

1)離心泵的排量與泵的轉(zhuǎn)速成正比;

2)離心泵的壓力與泵的轉(zhuǎn)速平方成正比;

3)離心泵的功率與泵的轉(zhuǎn)速的三次方成正比。

由于潛油電泵的轉(zhuǎn)速與供電頻率相關(guān)，以上可以用轉(zhuǎn)速和頻率表示，即

2 中壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

2.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

變頻器的基本結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，主要由整流器，濾波器，逆變器和控制電路幾部分組成。三相電源所發(fā)出的交流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷?，再?jīng)過(guò)逆變器變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電輸入潛油泵的電機(jī)。由電機(jī)學(xué)的理論可知，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速基本上與電源頻率成正比，即改變電源頻率就可以改變轉(zhuǎn)速，潛油泵從高速到低速調(diào)節(jié)時(shí)均保持高效的性能。

2.2 潛油泵及電機(jī)的技術(shù)參數(shù)

大港南部油田采油六工區(qū)小13-19井設(shè)備參數(shù)如表1所列。

2.3 變頻系統(tǒng)容量的選擇

變頻器的容量選擇與電動(dòng)機(jī)容量密切相關(guān)，由于變頻器輸出給電動(dòng)機(jī)的是脈動(dòng)電流，其脈動(dòng)值比工頻供電時(shí)要大，因此必須將變頻器的容量留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。變頻器容量選擇太小，則電動(dòng)機(jī)潛力就不能充分發(fā)揮;變頻器容量選擇太大，變頻器的余量就顯得沒(méi)有意義，且增加了不必要的成本，因此實(shí)際工程應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)通常是變頻器的額定輸出電流逸(1.05~1.1)電動(dòng)機(jī)的額定電流(銘牌值)或電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的最大電流。本應(yīng)用中電機(jī)的額定電流是39.5 A，有

通過(guò)變頻器的輸出電流及功率的計(jì)算，采用天津華云自控股份有限公司的HYVERT-MV 型中壓變頻器，該變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)為：

額定容量80 kVA;

額定輸出電流40 A;

額定輸出電壓1.315 kV;

輸入頻率50 依10% Hz;

輸出頻率范圍0.1耀150 Hz;

輸出頻率分辨率0.01 Hz;

輸入端功率因數(shù)(對(duì)于20%額定負(fù)載時(shí))>0.95;

變頻系統(tǒng)效率>96%;

過(guò)載保護(hù)120%額定電流1 min，150%額定電流3 s，200%額定電流立即保護(hù);

加速、減速時(shí)間0.1-300 s可調(diào);

諧波控制輸入電流4%，輸出電壓6%，輸出電流2%;

控制部分模擬量輸入輸出信號(hào)0耀20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào);

工控機(jī)與外部通訊接口RS485;

外殼防護(hù)等級(jí)逸IP20;

冷卻方式風(fēng)冷，運(yùn)行環(huán)境溫度0耀40益。