赫茨变频器在潜油电泵井上的成功应用

赫茨变频器在潜油电泵井上的成功应用

通过变频器控制潜油电泵电机的转速 ,使潜油电泵的排量与油井供液相匹配 ,在油井供液不足时 ,潜油电泵的转速自动下降。这样达到潜油电泵连续运转 ,避免频繁启、停对电泵机组、电缆的损害 ,实现节能和延长电泵井检泵周期的目的。为低能量电泵井的正常生产提供了一条新途径。

一、潜油电泵结构

潜油电泵——包括潜油电机、保护器、分离器、潜油离心泵；

　　潜油电泵是一种机械采油设备，其作用就是将井下的液体抽送到地面。潜油电泵机组主要由三个部分组成。

　　1）井下部分：潜油泵、分离器、保护器、潜油电机、潜油电缆；

　　2）地面设备：

　　定频驱动：降压变压器、控制柜；

　　变频驱动：降压变压器、变频器、升压变压器；

3）辅助设备：扶正器、测温测压装置、单流阀、井口穿越器、接线盒。

二、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.

2、变频器工作原理
    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：赫茨变频原理图:


图1  三电平逆变原理图

三、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：

表 1、梁23-平1井安装变频器前后运行情况统计表

四、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)

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。

五、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。

六、潜油电泵专用变频器有以下特点：
　　　　1、 可实现电泵软启动、软停车，延长电泵的使用寿命，保护电机、电缆，节约维修费用。
　　　　2、 提高电泵系统的功率因数，节电效果明显。
　　　　3、 提高管网的品质，可实现电泵系统的闭环控制，增加电泵系统的工作安全性。
　　　　4、 可靠性高，操作方便，可以实现输出电压、电流的连续调节，以达到输出功率连续可调的目的，使电泵采油系统处于最佳工作状态。
　　　　5、 提高生产效率，便于整体管理及调度，可实现电泵系统的集散控制。
　　　　6、 采油技术涉及多学科领域，目前的潜油电泵用变频器已从原先的高---低---高方式转变为直接高---高变频，体积更小、操作更加方便。

七、结束语    

综上所述，使用变频控制，提高采油效率，同时有符合开发方案要求。对潜油电泵井进行变频改造后，实现了电泵井的软启动、软停车，有效地保护了电泵井机组与电缆；通过调节频率可方便的调节油压，避免了机组、泵在高压下长期运行；延长了电泵井的寿命，节约了油井维修、维护费用，使电泵机组在最佳工况下运行。大大提高了电泵采油系统的效率。同时，提高功率因数，提高了电网的供电能力，节电效果明显。大面积推广潜油电泵变频技术改造，将带来良好的经济效益和社会效益。