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利德華福中壓變頻器在海上采油平臺潛油電泵中的應用

2006年11月07日 14:34:31人氣:734來源:煙臺勾股通信技術有限公司

  摘要:本文介紹了中壓變頻器在渤海石油轉井平臺的應用情況,通過與傳統工況的比較,得出電機變頻調速是解決問題*方案的結論。
   關鍵詞:海上平臺 潛油電泵 變頻器
  
   1.問題的提出
   目前,國內油田為保證持續的高產、穩產,大量使用潛油電泵,它被安裝在地下1000米~3000米深的井里,泵在電動機的帶動下高速旋轉,將油抽到地面上來。傳統的工作方式是電網直接供電,工程上稱其為全壓工頻工作。這種全壓工頻方式有許多弊端:
   (1)對于復雜斷塊油田來說,油水井的對應連通性差,部分潛油電泵井出現供液不足,影響到潛油電泵的正常生產及井下機組的運轉壽命。當井下油量不富裕時,容易抽空,甚至死井,一旦死井則損失慘重。尤其海上平臺在采油時,因為油層稠度大,流動性差,潛油電泵在抽油的過程中不能一下運行到額定轉速,否則會出現油層因壓力變化過快而斷開,電泵只能抽到少量距井口近的油,遠離井口的原油因不能夠流動,電泵將斷液而導致油井報廢。并且一旦發生抽空時,定轉子將出現干磨,容易產生燒泵的事故。
   (2)工頻全壓啟動時,對電網產生沖擊、電機沖擊電流大、沖擊扭矩大,造成電機、電纜的加速老化和電泵葉片、軸系的損壞。平臺電網容量有限,電機工頻對電網的沖擊有可能導致發電機組停運。在采油過程中,由于液面經常變化,需要經常對電泵進行啟停操作,頻繁的沖擊,降低了設備使用壽命,增加了維修費用。
   (3)電泵在井下幾千米處,供電電纜上有100多伏的線路損耗,影響電機的正常供電。
   (4)潛油泵不能根據生產情況調整輸出功率,造成巨大的能源浪費,難以使電泵工作在*工況點上。
   2.解決措施
   如果用變頻器給潛油電泵供電,這些問題則可以迎刃而解。變頻器能實現電機的軟啟動,即低壓、低頻啟動,電機是慢慢加速起來的,工作頻率不一定是額定頻率,而是隨意設置或調整,還可以根據井底油壓高低自動調整轉速,實現轉速閉環控制。因此,海上采油平臺潛油電泵配套使用變頻調速裝置,既是生產工藝的要求,也是保證機組安全可靠運行的需要。
   3.潛油電泵用中壓變頻器的分類
   潛油電泵的工作電壓一般為三相50Hz,660V,1140V,1450V,1750V,2400V等,依據井深不同而有不同的電壓.目前市場上的該類產品主要有2種類型:二極管箝位三電平和單元串聯多電平形式。主回路示意圖分別如下:
  

  三電平主回路示意圖

  

  多電平變頻器結構示意圖

   相對傳統的三電平變頻器,采用多電平中壓變頻器驅動潛油電泵具有如下優點:
   (1)輸出電壓突變率降低20%。采用多電平技術控制比起一般傳統三電平控制技術,其dv/dt要低20%以上;因此電機承受的電壓應力相對減少許多。
   (2)輸出電壓波形更佳,由于采用4組H橋串聯,因此輸出的波形為9電平,諧波更低,正弦度高,輸出不需要濾波器,電機運轉效率更好。
   (3)網側諧波污染更少,由于采用24脈沖整流,比傳統三電平技術使用的12脈沖整流對電網的諧波注入更小,無需任何輸入諧波抑制器,就*符合IEEE519-1992和GB/T14549-93相關標準zui嚴格的要求。
   4.實際應用效果
   2005年中海油渤海石油公司NB35-2WHP海上平臺一次使用了15臺北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A系列高壓變頻器,用于拖動采油平臺的潛油泵。這批設備電壓等級為3kV,功率等級從200kW到450kW不等,采用Profilbus DP現場總線控制。
   HARSVERT-A系列的3kV的中壓變頻器能實現輸出頻率在0-120Hz范圍內的自由調節,從而滿足潛油電泵在不同井況下的運行要求;實現機組的軟啟軟停,有效的避免或降低了對電機、電源、泵的損害,實現了在電網電壓一定的情況下,輸出電壓在一定范圍內可調。
   不同油井及井深、油液面、油粘度的不同,要求潛油電泵有不同的合理抽汲參數。通常,當潛油電泵的參數一定后,采用改頻率(電機轉速或傳動比)的方法來調節,這樣不但能省電,達到*的經濟效益,而且電機能低于額定電流起動,對電機的保護全面。由于潛油電泵屬變轉矩類負載,即電機在起動時需較大轉矩,而停止時則負荷也很重。變頻器可以實現軟停機,電機轉速逐漸下降,軟停止對防止油下沖有明顯的緩沖作用,油泵不會被打壞。
   05年秋季,我們在海上平臺對潛油泵變頻器進行了調試,電機額定電壓是970V,額定電流是44A,變頻器選用的是額定電壓3kV,額定電流90A。變頻器在使用時將輸出電壓設定為1100V,補償了電纜的壓降,于9月29日投入運行,啟動后運行在30Hz,此后緩慢升高頻率,到10月10日運行到50Hz。在10月11日電機切換至工頻,在此期間變頻器工作正常。保證了油井的正常投產。
   5.海上平臺裝置的特殊性制造工藝
   海洋平臺安裝空間非常狹小,平臺上鹽霧大,室內屋頂有滴水,要求裝置具有三防保護(防潮、防霉、防鹽霧),并且對垂直滴水要有防護。
   潮氣、霉菌、鹽霧對產品損傷zui嚴重的是印刷線路板(PCB),采用防潮絕緣漆涂蓋在PCB上及其它裸露導電體上,以達到防護作用。柜體結構防護等級為IP31,滿足海上防滴要求。裝置內部使用的部件和材料等,均使用船用等級產品:變壓器采用船級變壓器,人機界面采用6.4寸的嵌入式一體化人機界面,變頻器的所有電纜采用的船用電纜,機柜柜體原噴塑部分和內部原所有鍍鋅件全部采用三防處理,銅排、銅螺栓、銅墊片等銅制器件和所有端子均采用特殊的導電鍍層處理,機柜內部的所有絕緣件噴涂三防絕緣漆。通過以上設計和工藝的特殊處理,利德華福公司制造的中壓變頻器順利通過了中國船級社的檢驗,并取得了船級社認證證書。
   6.結束語
   經過此次利德華福中壓變頻器在海上平臺的成功應用,證明了國產高壓變頻器完夠滿足海上平臺的使用需要,打破了國外廠家對該領域的技術壟斷,為國產設備的應用開辟了新的領域。
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