赫茨變頻器在潛油電泵井上的成功應(yīng)用
通過變頻器控制潛油電泵電機的轉(zhuǎn)速 ,使?jié)撚碗姳玫呐帕颗c油井供液相匹配 ,在油井供液不足時 ,潛油電泵的轉(zhuǎn)速自動下降。這樣達到潛油電泵連續(xù)運轉(zhuǎn) ,避免頻繁啟、停對電泵機組、電纜的損害 ,實現(xiàn)節(jié)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(chǎn)提供了一條新途徑。
一、潛油電泵結(jié)構(gòu)
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(shè)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(shè)備：
定頻驅(qū)動：降壓變壓器、控制柜；
變頻驅(qū)動：降壓變壓器、變頻器、升壓變壓器；
3）輔助設(shè)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(diào)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(zhuǎn)速，以實現(xiàn)潛油電機的調(diào)速。交流異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為：
n=60F1(1-S)/P
式中, n-電機轉(zhuǎn)速, F1-定子供電頻率，P-極對數(shù),S-轉(zhuǎn)差率.
2、變頻器工作原理
該設(shè)備為交——直——交電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)，即先將交流輸入整流為直流,再把直流逆變?yōu)樗桀l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(shè)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(guī)電壓IGBT器件就能實現(xiàn)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(xiàn)場應(yīng)用情況
變頻器主要技術(shù)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(xù)可調(diào)，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(lián)，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(diào)至40 Hz試運行1天，日產(chǎn)液量較原來下降10m3.9月11日，將頻率調(diào)至47 Hz運行，產(chǎn)量恢復(fù)到原來狀態(tài)。目前該變頻器運轉(zhuǎn)正常，運行數(shù)據(jù)見表1：
安裝前 | 安裝后 |
|
電壓(V) | 電流(A) | 頻率
(Hz) | 年耗電
(萬kwh) | 電壓
(V) | 電流
(A) | 頻率
(Hz) | 年耗電
(萬kwh) | 年耗電對比
(萬kwh) |
1140 | 52 | 50 | 66.05 | 1140 | 28 | 47 | | -15.22 |
表 1、梁23-平1井安裝變頻器前后運行情況統(tǒng)計表
四、效果評價和經(jīng)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(jīng)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(jié)電效果進行了現(xiàn)場測試，得出結(jié)論如下：
A、功率因數(shù)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(jié)電率達到了22.49%，無功節(jié)電率為39.85%，綜合節(jié)電率為23.04%，節(jié)電效果較好。(見表2)
序號 | 項目 | 單位 | 安裝前 | 安裝后 |
1 | 有功功率 | Kw | 78.18 | 60.60 |
2 | 無功功率 | Kvar | 86.30 | 51.91 |
3 | 功率因素 | / | 0.671 | 0.759 |
4 | 有功節(jié)電率 | % | 22.49 39.85 23.04 |
5 | 無功節(jié)電率 | % |
6 | 綜合節(jié)電率 | % |
表2、梁23-平1井安裝變頻器前后測試數(shù)據(jù)表
2、經(jīng)濟效益：
安裝變頻器后綜合節(jié)電率為23.04%，年節(jié)電15.22萬Kwh，基本電費按0.435元/Kwh計算，則每年節(jié)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(xiàn)了電泵的軟啟停，對延長電泵使用壽命將大有益處，可節(jié)約維護資金，提高經(jīng)濟效益。
五、推廣應(yīng)用前景
潛油電泵專用變頻器針對潛油電泵不能自由調(diào)節(jié)產(chǎn)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(jié)能增效的效果。但變頻調(diào)速技術(shù)在潛油電泵井上的推廣應(yīng)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(yīng)用了該技術(shù)。若能在所有電泵井上得到推廣應(yīng)用，將會大大提高我廠電泵井的經(jīng)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(xiàn)電泵軟啟動、軟停車，延長電泵的使用壽命，保護電機、電纜，節(jié)約維修費用。
2、 提高電泵系統(tǒng)的功率因數(shù)，節(jié)電效果明顯。
3、 提高管網(wǎng)的品質(zhì)，可實現(xiàn)電泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制，增加電泵系統(tǒng)的工作安全性。
4、 可靠性高，操作方便，可以實現(xiàn)輸出電壓、電流的連續(xù)調(diào)節(jié)，以達到輸出功率連續(xù)可調(diào)的目的，使電泵采油系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。
5、 提高生產(chǎn)效率，便于整體管理及調(diào)度，可實現(xiàn)電泵系統(tǒng)的集散控制。
6、 采油技術(shù)涉及多學科領(lǐng)域，目前的潛油電泵用變頻器已從原先的高---低---高方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯痈?--高變頻，體積更小、操作更加方便。
七、結(jié)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(fā)方案要求。對潛油電泵井進行變頻改造后，實現(xiàn)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(diào)節(jié)頻率可方便的調(diào)節(jié)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(jié)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(tǒng)的效率。同時，提高功率因數(shù)，提高了電網(wǎng)的供電能力，節(jié)電效果明顯。大面積推廣潛油電泵變頻技術(shù)改造，將帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
