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赫茨變頻器在潛油電泵井上的成功應用

通過變頻器控制潛油電泵電機的轉速 ,使潛油電泵的排量與油井供液相匹配 ,在油井供液不足時 ,潛油電泵的轉速自動下降。這樣達到潛油電泵連續運轉 ,避免頻繁啟、停對電泵機組、電纜的損害 ,實現節能和延長電泵井檢泵周期的目的。為低能量電泵井的正常生產提供了一條新途徑。

一、潛油電泵結構

潛油電泵——包括潛油電機、保護器、分離器、潛油離心泵；

　　潛油電泵是一種機械采油設備，其作用就是將井下的液體抽送到地面。潛油電泵機組主要由三個部分組成。

　　1）井下部分：潛油泵、分離器、保護器、潛油電機、潛油電纜；

　　2）地面設備：

　　定頻驅動：降壓變壓器、控制柜；

　　變頻驅動：降壓變壓器、變頻器、升壓變壓器；

3）輔助設備：扶正器、測溫測壓裝置、單流閥、井口穿越器、接線盒。

二、潛油電泵專用變頻器的工作原理
1、變頻調速原理
    變頻器可以通過改變潛油電機定子供電頻率來改變電機的轉速，以實現潛油電機的調速。交流異步電動機的轉速公式為：
n=60F1(1-S)/P
式中, n-電機轉速, F1-定子供電頻率，P-極對數,S-轉差率.

2、變頻器工作原理
    該設備為交——直——交電壓源型變頻調速系統，即先將交流輸入整流為直流,再把直流逆變為所需頻率的交流。通過控制程序可以自由改變其輸出頻率，從而可以平滑地軟啟動電機、軟停車。再加上變頻器設有輸出濾波器，有較好的輸出波形補償，從而減少了由于輸出線較長而造成的傳輸損耗。
逆變部分采用三電平方案，與兩電平方案相比，它逆變電壓高，用常規電壓IGBT器件就能實現千伏以上的逆變，并且波形比兩電平好。

原理圖：赫茨變頻原理圖:


圖1  三電平逆變原理圖

三、現場應用情況
變頻器主要技術指標如下：
輸入：三相、50Hz、線電壓1140V+15%～20%
容量：75KW
輸出：頻率2～50 Hz 連續可調，額定電壓1140V
過載能力：150%，1分鐘
保護功能：過壓、欠壓、過流、短路、缺相、溫升過高、失速等。
安裝方法：與控制屏串聯，即控制屏的輸出接變頻器的輸入，變頻器的輸出接井下機組。
    安裝完畢，頻率調至40 Hz試運行1天，日產液量較原來下降10m3.9月11日，將頻率調至47 Hz運行，產量恢復到原來狀態。目前該變頻器運轉正常，運行數據見表1：

表 1、梁23-平1井安裝變頻器前后運行情況統計表

四、效果評價和經濟效益
1、效果評價
    2005年6月16日，純梁采油廠能源檢測站采用DJYC-95型電機經濟運行測試儀(電流、電壓0.5級，功率1.0級)，對梁23-平1井1140V潛油電泵專用變頻器的節電效果進行了現場測試，得出結論如下：
A、功率因數得到提高，由0.671提高到0.759。
B、有功功率降低幅度較大，有功節電率達到了22.49%，無功節電率為39.85%，綜合節電率為23.04%，節電效果較好。(見表2)

表2、梁23-平1井安裝變頻器前后測試數據表

2、經濟效益：
    安裝變頻器后綜合節電率為23.04%，年節電15.22萬Kwh，基本電費按0.435元/Kwh計算，則每年節約電費6.62萬元，不到兩年便可收回投資（該變頻器價格為12.5萬元）。
另外，由于變頻器實現了電泵的軟啟停，對延長電泵使用壽命將大有益處，可節約維護資金，提高經濟效益。

五、推廣應用前景
    潛油電泵專用變頻器針對潛油電泵不能自由調節產量這一弊端，有效地解決了這一科技難題，保證了潛油電泵能夠安全可靠地運行，起到了節能增效的效果。但變頻調速技術在潛油電泵井上的推廣應用仍處于起步階段。我廠共有電泵井16口。目前，僅在梁23-平1井應用了該技術。若能在所有電泵井上得到推廣應用，將會大大提高我廠電泵井的經濟效益，因此其推廣前景十分廣闊。

六、潛油電泵專用變頻器有以下特點：
　　　　1、 可實現電泵軟啟動、軟停車，延長電泵的使用壽命，保護電機、電纜，節約維修費用。
　　　　2、 提高電泵系統的功率因數，節電效果明顯。
　　　　3、 提高管網的品質，可實現電泵系統的閉環控制，增加電泵系統的工作安全性。
　　　　4、 可靠性高，操作方便，可以實現輸出電壓、電流的連續調節，以達到輸出功率連續可調的目的，使電泵采油系統處于最佳工作狀態。
　　　　5、 提高生產效率，便于整體管理及調度，可實現電泵系統的集散控制。
　　　　6、 采油技術涉及多學科領域，目前的潛油電泵用變頻器已從原先的高---低---高方式轉變為直接高---高變頻，體積更小、操作更加方便。

七、結束語    

綜上所述，使用變頻控制，提高采油效率，同時有符合開發方案要求。對潛油電泵井進行變頻改造后，實現了電泵井的軟啟動、軟停車，有效地保護了電泵井機組與電纜；通過調節頻率可方便的調節油壓，避免了機組、泵在高壓下長期運行；延長了電泵井的壽命，節約了油井維修、維護費用，使電泵機組在最佳工況下運行。大大提高了電泵采油系統的效率。同時，提高功率因數，提高了電網的供電能力，節電效果明顯。大面積推廣潛油電泵變頻技術改造，將帶來良好的經濟效益和社會效益。