高壓潛油電泵專用變頻器應用分析

本文在介紹了潛油電泵的傳統供電方式的多種弊病之后，闡述了變頻供電方式的優越性，進而給出了潛油電泵變頻器幾個特殊要求和解決辦法。

用現代高新技術改造現有的油田采油設備是大勢所趨。用現代自控技術和變頻調速技術來為油田潛油電泵（以下簡稱潛泵）提供理想電源是這種技術改造過程中的一個重要組成部分。潛油電泵的電壓等級多為1140V和2300V。潛泵按放在地平面以下1000～3000米處，工作環境極度惡劣（高溫、強腐蝕等），傳統的供電方式—全壓、工頻使它故障頻繁，運行成本大增。潛泵損壞后提到地面上來修理，僅工程費一項就達5萬元，價值10萬元的電纜平均提上放下5次就須更換，潛泵平均每10個月就須維修一次，維修費用約8萬元。傳統供電方式危害甚多。例如：

　　* 潛泵全速運轉，當井下液量不富余時，容易抽空，甚至造成死井，一旦死井，則損失慘重。

　　* 全壓、工頻工作啟動電流大，沖擊扭矩大，不但浪費了電，還對電機壽命有很大影響。

　　* 油田供電電壓常有波動，使電機欠激勵或過激勵，電機被燒時有發生。

　　* 幾千米的井下電纜帶來了150V左右的線路損耗，由于這部分損耗無法補償，從而影響了電機的正常工作。

由上可看出，潛泵的傳統供電方式必須改造，比較理想的供電設備應具備如下特性：

　　＊　軟啟動

　　＊　調速方便，即變頻運行。啟動時間和運行速度能根據工況任意設置。

　　＊　不受供電電壓波動的影響，并能補償電纜的線路損耗。

　　＊　電纜上傳輸的必須是正弦波，否則經電纜反射，電壓脈沖疊加，容易燒毀電機。

　　＊　各種保護功能齊全。

　　＊　控制方便、操作簡單、顯示清楚。

顯而易見，滿足這些要求非變頻器莫屬，但市場上容易買到的為風機、水泵服務的那些變頻器不適合，因為電壓等級不符、輸出波形不是正弦、電纜的損耗電壓無法補償。我公司受油田委托成功地研制出了1140Ｖ、３０～１00KW潛泵專用變頻器系列。現在又承擔了2300V潛油電泵專用變頻器的研制任務。

專用變頻器的研制

潛泵雖有不同的電壓等級，但在線運行的多為1140V和2300V。業內有用380V級變頻器配合特制升壓變壓器的報導，本文認為這種高一低一高方案有先天不足，讓升、降壓變壓器工作在低頻下是很困難的，變壓器的加入又增加了產品成本,現在的IGBT器件的耐壓已經較高,3000V以下的變頻器沒有必要求助于變壓器,本公司1140V潛油電泵已在幾個油田正常運轉,效果很好。本文主要介紹2300V潛油電泵專用變頻器的性能和研制情況。

　　該變頻器的技術指標為：

　　三相輸入：2300V、50Hz

　　三相輸出：額定電壓為2300V，容量110kW

　　頻率范圍：2HZ～50HZ連續可調

　　電纜上的電壓損耗能夠得到合適補償。

　　輸出波形：正弦

　　控制功能、保護功能同于普通變頻器。

均壓過程主要是由電容C完成的。串聯兩只IGBT，開關速度不會完全一致，而會稍有差別。電容C上的電壓在靜態情況下數值相同，在開關過程中，由于電容上的電壓不能突變，強迫兩只IGBT上的壓降不會發生跳變。由于開關過程中兩只IGBT中電流不一致所造成的影響由電容C的充放電補償。

由動態均壓的過程可知，兩只IGBT開關性能一致性越好，均壓效果越好；電容C數值越大，均壓效果越好。但過大的C值，將使R2上的功耗過大。 P=1/2CV2f, V為單只IGBT上的跳變電壓，為限制R2上的功耗，應取盡可能小的電容C值及采取較低的調制頻率f。

運行情況

2300V潛泵專用變頻器已經研制成功，各項技術指標均滿足設計值，帶額定負荷運行良好。串聯管的穩態均壓不平衡度在10%以內，動態均壓不平衡度在用示波器上看在15%之內。經過輸出濾波器后的電壓在潛泵的整個轉數范圍內任意調變，其波形均為正弦波（失真甚小），電機就是在低速、輕載時，運行也很平穩、均勻，無任何脈動現象，電機在整個頻率范圍內調速靈活方便。

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