高壓潛油電泵專用變頻器應(yīng)用分析

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

用現(xiàn)代高新技術(shù)改造現(xiàn)有的油田采油設(shè)備是大勢所趨。用現(xiàn)代自控技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)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(shù)改造過程中的一個(gè)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(huán)境極度惡劣（高溫、強(qiáng)腐蝕等），傳統(tǒng)的供電方式—全壓、工頻使它故障頻繁，運(yùn)行成本大增。潛泵損壞后提到地面上來修理，僅工程費(fèi)一項(xiàng)就達(dá)5萬元，價(jià)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(gè)月就須維修一次，維修費(fèi)用約8萬元。傳統(tǒng)供電方式危害甚多。例如：

　　* 潛泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)井下液量不富余時(shí)，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(dòng)電流大，沖擊扭矩大，不但浪費(fèi)了電，還對電機(jī)壽命有很大影響。

　　* 油田供電電壓常有波動(dòng)，使電機(jī)欠激勵(lì)或過激勵(lì)，電機(jī)被燒時(shí)有發(fā)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(bǔ)償，從而影響了電機(jī)的正常工作。

由上可看出，潛泵的傳統(tǒng)供電方式必須改造，比較理想的供電設(shè)備應(yīng)具備如下特性：

　　＊　軟啟動(dòng)

　　＊　調(diào)速方便，即變頻運(yùn)行。啟動(dòng)時(shí)間和運(yùn)行速度能根據(jù)工況任意設(shè)置。

　?。〔皇芄╇婋妷翰▌?dòng)的影響，并能補(bǔ)償電纜的線路損耗。

　?。‰娎|上傳輸?shù)谋仨毷钦也?，否則經(jīng)電纜反射，電壓脈沖疊加，容易燒毀電機(jī)。

　　＊　各種保護(hù)功能齊全。

　?。】刂品奖?、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(fēng)機(jī)、水泵服務(wù)的那些變頻器不適合，因?yàn)殡妷旱燃壊环⑤敵霾ㄐ尾皇钦?、電纜的損耗電壓無法補(bǔ)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(xiàn)在又承擔(dān)了2300V潛油電泵專用變頻器的研制任務(wù)。

專用變頻器的研制

潛泵雖有不同的電壓等級，但在線運(yùn)行的多為1140V和2300V。業(yè)內(nèi)有用380V級變頻器配合特制升壓變壓器的報(bào)導(dǎo)，本文認(rèn)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(chǎn)品成本,現(xiàn)在的IGBT器件的耐壓已經(jīng)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(gè)油田正常運(yùn)轉(zhuǎn),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(shù)指標(biāo)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(xù)可調(diào)

　　電纜上的電壓損耗能夠得到合適補(bǔ)償。

　　輸出波形：正弦

　　控制功能、保護(hù)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(lián)兩只IGBT，開關(guān)速度不會完全一致，而會稍有差別。電容C上的電壓在靜態(tài)情況下數(shù)值相同，在開關(guān)過程中，由于電容上的電壓不能突變，強(qiáng)迫兩只IGBT上的壓降不會發(fā)生跳變。由于開關(guān)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(bǔ)償。

由動(dòng)態(tài)均壓的過程可知，兩只IGBT開關(guān)性能一致性越好，均壓效果越好；電容C數(shù)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(yīng)取盡可能小的電容C值及采取較低的調(diào)制頻率f。

運(yùn)行情況

2300V潛泵專用變頻器已經(jīng)研制成功，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)值，帶額定負(fù)荷運(yùn)行良好。串聯(lián)管的穩(wěn)態(tài)均壓不平衡度在10%以內(nèi)，動(dòng)態(tài)均壓不平衡度在用示波器上看在15%之內(nèi)。經(jīng)過輸出濾波器后的電壓在潛泵的整個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)任意調(diào)變，其波形均為正弦波（失真甚?。?，電機(jī)就是在低速、輕載時(shí)，運(yùn)行也很平穩(wěn)、均勻，無任何脈動(dòng)現(xiàn)象，電機(jī)在整個(gè)頻率范圍內(nèi)調(diào)速靈活方便。

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