1140V潜油电泵专用变频器系统应用 |
一、引言
用现代高新技术改造原有的油田采油设备是大势所趋。用现代自控技术和变频调速技术来为油田潜油电泵（以下简称潜泵）提供理想电源是这种技术改造过程中的一个重要组成部分。潜泵按放在地平面以下1000～3000米处，工作环境非常恶劣（高温、强腐蚀等），而传统的供电方式——全压、工频更使它故障频繁，运行成本大增。潜泵损坏提到地面上来维修，光工程费就有5万元，价值10万元的电缆平均提上放下5次就得更换，潜泵平均10个月就得维修一次，维修费用约8万元，造成采油厂生产成本偏高。传统供电方式对潜泵的正常运行存在以下危害和不足：
* 潜泵全速运转，当井下液量不富余时，容易抽空，甚至造成死井，一旦死井，则损失惨重。
* 全压、工频工作启动电流大，冲击扭矩大，对电机寿命有很大影响。
* 油田供电电压常有波动，使电机欠激励或过激励，电机被烧时有发生。
* 几千米的井下电缆带来了150V左右的线路损耗，由于这部分损耗无法补偿，从而影响了电机的正常工作。
由上可看出，潜泵的传统供电方式必须改造，理想的供电设备应具备哪些特性呢？
1、软启动。
2、调速方便，即变频运行。启动时间和运行速度能根据工况任意设置。
3、不受供电电压波动的影响，并能补偿电缆的线路损耗。
4．电缆上传输的必须是正弦波，否则经电缆反射，电压脉冲叠加，容易烧毁电机。
5、各种保护功能齐全。
6、控制方便、操作简单、显示清楚。
显而易见，满足这些要求非变频器莫属，但市场上容易买到的为风机、水泵服务的那些变频器不适合，因为电压等级不符、输出波形不是正弦、电缆的损耗电压无法补偿。我公司受油田委托成功地研制出了1140v、30kw～100kw潜泵专用变频器系列产品。现以55kw的产品为例说明其特点。
二、潜油电泵专用变频器的研制成功及其特点
潜泵虽有不同的电压等级，但在线运行的多为1140V、见过用380V级变频器配合特制升压变压器的报导，本文认为这种高---低---高方案有先天不足，让升压变压器工作在低频下是很困难的，现在的IGBT器件的耐压应付1140V绰绰有余，本文采用1140V变频器直接给潜泵电缆供电的方案。
该变频器的技术指标为：
三相输入：1140V、50Hz
三相输出：额定电压为1140V
频率范围：2HZ～50HZ连续可调 能提供合适的电缆补偿电压
输出波形：正弦
控制功能、保护功能同于普通变频器
本文仅对该变频系统的技术特点简述如下，与380V级通用变频器相同部分不再赘述。
1、主电路与功率器件的选择
在PWM电压型380V级变频器中，一般采用两电平电路。若用两电平电路实现1140V的输出势必要用昂贵的高压管或采用低压管串联结构，由于器件串联动态均压问题不易解决，应尽量避免。
本设计的整机方块图见图一。
其中主电路部分采用三电平电路或称中点箝位(NeturalPointClamped—Npc)方式,它不但能输出较高电压，而且能降低输出谐波和电压变化率（dv/dt），良好的波形正是本设计的目的之一。图中的功率开关器件选用西门子的双单元IGBT模块（1700V、200A），整流后由两组大电容器相串联组成滤波器，两组电容器的连接点即本电路的中心点（三电平的中间电平）。
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