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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(tǒng)工況的比較，得出電機變頻調速是解決問題最佳方案的結論。
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(xù)的高產、穩(wěn)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(tǒng)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(fā)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(fā)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，難以使電泵工作在最佳工況點上。
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(huán)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(lián)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(tǒng)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(yōu)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(tǒng)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(lián)，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(tǒng)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，就完全符合IEEE519-1992和GB/T14549-93相關標準最嚴格的要求。
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(jié)，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(jié)，這樣不但能省電，達到最佳的經濟效益，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、鹽霧對產品損傷最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專用的船用電纜，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全能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。