变压器在石油钻井中的应用

变压器在石油钻井中的应用
作者：杨嘉
来源：《中国科技博览》2015年第08期
[摘要]本文针对变压器在钻井井场中应用，首先介绍了变压器的结构和基本原理，接着介绍了变压器在石油钻井井场上的应用，最后分析了变压器常见的故障及其原因和变压器日常的维护保养。

[关键词]电力变压器；结构；基本原理；常规故障；日常维护保养
中图分类号：TE254.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0251-01
1 引言
电力变压器是一种在交流电路中常用的电器，它可以把交流电能由某一种电压变换成同频率的另一种电压，还可以用来交换电流、变换阻抗。

在油田生产过程中，十分广泛地应用着各种型号的电力变压器、特种变压器。

由于钻井行业需要消耗大量的能源，随着一次能源的逐渐减少，网电也广泛地应用在了油田钻井队中，在电力系统和电网中，为了提高电能输送和分配的经济效益，电力变压器的应用也越来越广泛。

2 变压器的工作原理
2.1 变压原理
当变压器的原边绕组接入交变电压时，在原边绕组中便有交变电流流过，并在铁芯中产生交变磁通，随着电流的频率而变化。

在原边绕组产生的交变磁通中，还有很小一部分通过周围空气闭合，称为漏磁通。

通常漏磁通很小。

经推导可得到：
式（2-1）表明，变压器原边、副边绕组的电压比等于他们的匝数比。

2.2 变流原理
由上面的分析知道，变压器能从电网吸收能量并通过电磁感应将能量传递到副边绕组，以另一个电压等级把电能输送给用电设备。

在这个过程中，变压器只起一个传递能量的作用。

实际上，变压器进行变压过程的同时也进行着变流的过程。

根据能量守恒定律，在忽略损耗时，变压器副边绕组向负载输出的视在功率应和变压器原边绕组从电网中吸取的视在功率相等。

于是有：
式（2-2）说明，变压器工作时，其原边、副边电流与原边、副边电压或匝数成反比。

3 变压器在石油钻井井场上的应用
3.1 变压器的作用
很多地区的石油钻井井场，都远离水源，水泵房与井场的距离较远。

为了给水泵房的拖动电机馈电，需要架设较长的电力线路，把电能从井场附近的发电房输送到水泵房。

在电能的输送过程中，由于电流的热效应，将有一部分电能转化为热能损失在输电导线上，也就是说，电能在沿线路德传送过程中，会产生电压和功率两部分的损失。

从电工学的只是可知，在输送同一功率的电能时，线路上的电压损失与电压成反比，功率损失与电压的平方成反比，也就是说，在需要远距离输送电能的时候，为尽量减少输电线路的损耗，必须提高送电电压。

通过发电机组自供的石油钻井井场，只需要一台变压器将发电机输出的600V电压转变为输出为400V的二次输出，供整个井场用电。

在有些地方，石油钻井井场附近有国家10KV的电力线路，这时可利用变压器把10KV变成400/230V，代替柴油发电机组给井场用电设备供电，既可靠又经济，所以变压器是石油钻井井场配用的主要电气设备。

3.2 井场用电力变压器容量选择
石油钻井井场用变压器容量选择的原则是：变压器的额定容量应满足井场全部用电设备总计算负荷的需要。

总计算负荷用表示，单位千伏安。

该原则即
式（3-1）只考虑了用电设备正常运行的需要，没有考虑应留有余地。

但是，由于一年四季气温的变化，环境温度不同，石油钻井井场用的变压器在日常运行中，其负荷也不会总是以额定容量连续运行，因此变压器的欠载运行于过载运行对绝缘的老化作用是可以相互补偿的。

所以，在石油钻井井场按式（3-2）选择变压器容量时，负荷率一般取0.80-0.85就可以了，不必留过多余量，即
4 变压器的运行、维护和保养
为了使变压器能长期安全可靠地运行，除变压器本身应有较高的质量外，安装和使用人员，还应熟悉它的性能，掌握正确的操作方法和使用方法。

这就要求对变压器的运行、维护和保养知识，有一个较系统的认识。

4.1 变压器的运行
变压器投入运行前，应作全电压空载冲击合闸试验，试验合格后，才能投入运行。

送电时，一般从电源侧的开关合起，然后依次合负载侧的主开关和各路分开关。

但在操作高压设备时必须选用合格的绝缘工具，操作时必须有人监护。

停电时，一般从负荷侧的开关拉起，依次
拉到高压侧开关。

其操作程序与送电相反，按这种程序操作，使开关电流减至最小，也比较安全。

为了保证变压器安全可靠地运行，在变压器有异常情况发生时，能及时发现、处理，将异常情况消除在萌芽状态。

有关人员还应对运行中的变压器作定期巡视检查，严格监视其运行数据并做好记录。

石油钻井井场使用的电力变压器应定期进行现场巡视检查，每星期至少检查一次，每月还必须进行一次夜间检查。

在变压器受到短路故障后和在天气骤变时，如大风、大雪、雷雨之后，还应增加巡视次数。

4.2 变压器运行时的常见故障及其原因
当变压器发生故障时，应设法查明故障的原因，并且找出对策，以便及时排除。

石油钻井井场电力变压器运行的常见故障及可能原因如表1所示。

5 结论
为了提高电能输送和分配的经济效益，变压器也越来越广泛的应用在油田生产过程中，井队电气工程师应掌握变压器的基本结构、基本原理和一般的使用、运行、维护和保养等技术知识。

在加强学习这方面知识的同时，还要不断吸收新技术、新工艺。