潜油电泵工艺

潜油电泵工艺

一、潜油电泵结构

图5-1潜油电泵结构图

1-变压器2-控制屏3-接线盒4-地面管线5-井口6-泄油阀7-单流阀

8-多级离心泵9-潜油电缆10-分离器

1. 潜油电泵系统由三大部分七大件组成。

井下部分：包括潜油电机、保护器、分离器和多级离心泵；

中间部分：潜油电缆；

地面部分：变频柜和变压器；

2. 潜油电泵各结构介绍

潜油电机：主要由定子系统、转子系统、止推轴承、油循环系统及上下接头等组成，给多级离心泵提供动力。

多级离心泵：由多级叶轮和导轮组成、分多节串联的离心泵。用于把油井中的液体举升到地面。

油气分离器：主要油沉降式和旋转式两种。

保护器：用来补偿电机内润滑油的损失，并起到平衡电机内外压力、防止井液进入电机及承受泵的轴向负荷作用。

3. 潜油电泵的工作原理：电潜泵工作时，地面电源通过变压器变为电机所需要的工作电压，输入到控制屏内，然后经由电缆将电能传给井下电机，使电机带动离心泵旋转，把井液通过分离器抽入泵内，进泵的液体由泵的叶轮逐级增压，经油管举升到地面。

4. 电潜泵型号：QYDB50/2500

QYDB：QY-潜油运行，DB-电泵。

理论排量：50m3/d,

泵挂：2500m。

二、运行现状分析

潜油电泵采油作为一种大排量、高效率、管理方便的机械采油方式,在油田得到了广泛的应用。然而,对于复杂断块油田来说,油水井的对应连通性差,部分潜油电泵井出现供液不足,影响到潜油电泵的正常生产及井下机组运转寿命。

油井深达数千米，变频器与电动机之间距离也是数千米，因此要求变频器输出波形为正弦波，谐波愈小愈好，否则线路压降很大，电机无输出力矩，拖不动负荷。用现代高新技术改造现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。潜油电泵的电压等级多为1140V 和2300V。潜泵按放在地平面以下1000～3000米处，工作环境极度恶劣（高温、强腐蚀等），传统的供电方式—全压、工频使它故障频繁，运行成本大增。潜泵损坏后提到地面上来修理，仅工程费一项就达5万元，价值10万元的电缆平均提上放下5次就须更换，潜泵平均每10个月就须维修一次，维修费用约8万元。传统供电方式危害甚多。例如：

（1）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。

（2）全压、工频工作启动电流大，冲击扭矩大，不但浪费了电，还对电机寿命有很大影响。（3）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。

（4）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，比较理想的供电设备应具备如下特性：（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.

三、风光电子专用潜油电泵变频器介绍

1、专用变频器的研制

潜泵虽有不同的电压等级，但在线运行的多为1140V和2300V。业内有用380V级变频器配合特制升压变压器的报导，本文认为这种高一低一高方案有先天不足，让升、降压变压器工作在低频下是很困难的，变压器的加入又增加了产品成本,现在的IGBT器件的耐压已经较高,3000V以下的变频器没有必要求助于变压器,本公司1140V潜油电泵已在几个油田正常运转,效果很好。本文主要介绍2300V潜油电泵专用变频器的性能和研制情况。

该变频器的技术指标为：

(1)三相输入：2300V、50Hz

(2)三相输出：额定电压为2300V，容量110kW

(3)频率范围：2HZ～50HZ连续可调

(4)电缆上的电压损耗能够得到合适补偿。

(5)输出波形：正弦

(6)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：

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2300V 的输出势必要用昂贵的高压管，为了降低对功率器件的耐压要求和降低输出电压的谐波成分，本设计采用三电平电路。

其中主电路部分采用三电平电路或称中心点钳位(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

目标之一。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）。用三电平电路结构、3300V的IGBT模块正好可以实现2.3KV的逆变输出，但我们熟悉的供应商3300V的IGBT模块无现货，只可预定，因为任务紧，只好用1700V的双单元模块串联当一个单元来用了，这样成本还会低些，正好借此机会研究一下器件串联的动态均压问题．中的IGBT符号是双单元串联的简化表示。IGBT功率器件的直接串联主要解决均压问题，稳态均压比较容易，相串的两支管子是同一模块内的器件，制造工艺和环境温度都基本相同，因而不必采取过多的措施，应把主要精力放在动态均压上。经过实验筛选，均压电路由电阻R1、R2、电容C、二极管D组成。电阻R1起到静态均压的作用，R2、C、D与普通的缓冲电路形式相同，这里主要目的是起动态均压的作用。

均压过程主要是由电容C完成的。串联两只IGBT，开关速度不会完全一致，而会稍有差别。电容C上的电压在静态情况下数值相同，在开关过程中，由于电容上的电压不能突变，强迫两只IGBT上的压降不会发生跳变。由于开关过程中两只IGBT中电流不一致所造成的影响由电容C的充放电补偿。

由动态均压的过程可知，两只IGBT开关性能一致性越好，均压效果越好；电容C数值越大，均压效果越好。但过大的C值，将使R2上的功耗过大。 P=1/2CV2f, V为单只IGBT上的跳变电压，为限制R2上的功耗，应取尽可能小的电容C值及采取较低的调制频率f。2)、载波频率的选择

提高载波频率对改善波形、降低噪声大有好处，可是载波频率提高，会使开关损耗增加，所以选择时必须权衡利弊，本设备中载波频率选为3.4KHZ，选择这个值时考虑到了输出端LC低通滤波器电感铁芯的重量因素。

3)、对输入电压的稳定

输入电压经整流、滤波后得直流母线电压，以Uo表示，在此装有一个电压传感器，其输出电压Ut正比于母线电压Uo ，将Ut值送单片机处理，令Uo的额定值对应的Ut值为1，电网电压向上波动时，Ut>1，电网电压向下波动时Ut<1，CPU在计算PWM波的脉宽时要乘上因子1/Ut 。这样就达到了稳定输入电压的目的。设备在油田的实际运行中，当电网侧电压波动+10%时，电机侧测不到电压的波动，说明Ut 补偿效果明显。

4)、输出端正弦波的获取

电压型变频器输出的是三相SPWM波，即宽度按正弦规律分布的矩形脉冲波。这种波直接送给电动机，由于电机是感性负载，所以能获得近似的正弦驱动电流。从变频器到潜油