潜油电泵井在三晶变频器上的实现

 

　　潜油电泵是油田主要机采设备之一，同时也是油田主要耗能设备。以大庆某油田为例，潜油电泵耗电量约占该油田机采设备耗电量的32%.由此可见，通过对潜油电泵井进行优化设计，达到提高潜油电泵并系统效率，降低单井能耗，对缓解油田电力紧张趋势意义重大。本文所提出的潜油电泵井系统优化设计方法主要考虑了油井、潜油电泵机组和管路的合理匹配以使潜油电泵并系统达目摘效运行和节能降耗的目的。基本理论潜油电泵井系统由油井、潜油电泵机组和管路三个子系统组成，这三个子系统既互有区别，又相互联系，三者协调作用的结果使潜油电泵处于稳定状态。

　　一、潜油电泵专用变频器的工作原理

　　1、变频调速原理

　　变频器可以通过改变潜油电机定子供电频率来改变电机的转速，以实现潜油电机的调速。交流异步电动机的转速公式为：

　　n=60F1（1-S）/P

　　式中， n-电机转速， F1-定子供电频率，P-极对数，S-转差率。

　　变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。国内技术较的品牌有英威腾、汇川、三 晶、紫日电气科技有限公司、雷诺尔、欧瑞（原烟台惠丰）、蓝海华腾。

　　2、变频器工作原理

　　主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的"整流器",吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的"平波回路",以及将直流功率变换为交流功率的"逆变器".

　　该设备为交--直--交电压源型变频调速系统，即先将交流输入整流为直流，再把直流逆变为所需频率的交流。通过控制程序可以自由改变其输出频率，从而可以平滑地软启动电机、软停车。再加上变频器设有输出滤波器，有较好的输出波形补偿，从而减少了由于输出线较长而造成的传输损耗。

　　逆变部分采用三电平方案，与两电平方案相比，它逆变电压高，用常规电压IGBT器件就能实现千伏以上的逆变，并且波形比两电平好。

　　原理图：三晶变频原理图：

图1  三电平逆变原理图

　　二、现场应用情况

　　变频器主要技术指标如下：

　　输入：三相、50Hz、线电压1140V+15%～20%

　　容量：75KW

　　输出：频率2～50 Hz 连续可调，额定电压1140V

　　过载能力：150%，1分钟

　　保护功能：过压、欠压、过流、短路、缺相、温升过高、失速等。

　　安装方法：与控制屏串联，即控制屏的输出接变频器的输入，变频器的输出接井下机组。

　　安装完毕，频率调至40 Hz试运行1天，日产液量较原来下降10m3.9月11日，将频率调至47 Hz运行，产量恢复到原来状态。目前该变频器运转正常，运行数据见表1：

 

安装前				安装后				年耗电对比   　　(万kwh)
电压   　　(V)	电流   　　(A)	频率   　　(Hz)	年耗电   　　(万kwh)	电压   　　(V)	电流   　　(A)	频率   　　(Hz)	年耗电   　　(万kwh)
1140	52	50	66.05	1140	28	47		-15.22

表 1、梁23-平1井安装变频器前后运行情况统计表

　　三、效果评价和经济效益

　　1、效果评价

　　2005年6月16日，纯梁采油厂能源检测站采用DJYC-95型电机经济运行测试仪(电流、电压0.5级，功率1.0级)，对梁23-平1井1140V潜油电泵专用变频器的节电效果进行了现场测试，得出结论如下：

　　A、功率因数得到提高，由0.671提高到0.759。

　　B、有功功率降低幅度较大，有功节电率达到了22.49%，无功节电率为39.85%，综合节电率为23.04%，节电效果较好。(见表2)

 

序号	项目	单位	安装前	安装后
1	有功功率	Kw	78.18	60.60
2	无功功率	Kvar	86.30	51.91
3	功率因素	/	0.671	0.759
4	有功节电率	%	22.49
5	无功节电率	%	39.85
6	综合节电率	%	23.04

表2、梁23-平1井安装变频器前后测试数据表

　　2、经济效益：

　　安装变频器后综合节电率为23.04%，年节电15.22万Kwh，基本电费按0.435元/Kwh计算，则每年节约电费6.62万元，不到两年便可收回投资（该变频器价格为12.5万元）。

　　另外，由于变频器实现了电泵的软启停，对延长电泵使用寿命将大有益处，可节约维护资金，提高经济效益。

　　四、推广应用前景

　　潜油电泵专用变频器针对潜油电泵不能自由调节产量这一弊端，有效地解决了这一科技难题，保证了潜油电泵能够安全可靠地运行，起到了节能增效的效果。但变频调速技术在潜油电泵井上的推广应用仍处于起步阶段。我厂共有电泵井16口。目前，仅在梁23-平1井应用了该技术。若能在所有电泵井上得到推广应用，将会大大提高我厂电泵井的经济效益，因此其推广前景十分广阔。

　　五、对潜油电泵井应用变频技术的几点认识

　　1. 潜油电泵井应用变频技术能够保证电泵机组工作在工况，可以延长潜油电泵的使用寿命，同时节

　　电效果明显。

　　2. 潜油电泵专用变频器存在性投资较大、需进一步降低成本的问题，以利于大面积的推广应用。

　　3. 进一步提高变频器的硬件设计，软件开发水平及相关配件的质量，确保其在 使用过程中稳定可靠。

　　该系统从设备选型、设计、安装调试到投入运营，在短时间内顺利完成，运行效果良好，达到了用户的预期目标。运行两年来无故障，受到了用户好评。为企业创造了极大的经济效益，极具推广价值。