潜油电泵的变频调速

一、概述

潜油电泵是油井井下工作的多级离心泵，是常用的采油设备之一。油泵长期连续工作于2～3km井下高温、强腐蚀的恶劣环境中，由于深入油层，故工作效率较高，近年来油田应用愈加广泛。潜油泵的电动机功率均不太大，一般在55～75kW之间。由于油井深、线路长，若采用较低的电源电压，则线路压降太大，电动机的端电压低无法正常工作。若提高电源电压，线路压降虽小，由于线路分布参数的影响，使得启动过程中反压较高，容易损坏电缆和电机的绝缘性，影响使用寿命。因此，电源电压也不能太高，目前国内大部分油田采用的多是1140伏电压供电。

电源电压提高到1140伏后，线路压降满足电动机起动和运行的要求，但上电起动时冲击电流大，分布电感使系统内反压过高，经常造成电动机、线路绝缘损坏的问题仍然存在。由于油井地质状况变化较大，而潜油电泵设计余量又往往偏大，尤其是井下液量不足时，泵产生的油压过高，故缩短泵的使用寿命，其维修及更换几率增加。另外，潜油电泵在离地2～3km井下，无法实施就地功率因数补偿，电动机消耗的无功功率，需由电源供给，线路上既有有功电流，又有无功电流传输，合成的电流很大，由此产生的损耗也大。为解决上述问题，对油泵电机必须进行变频调速控制。

二、潜油电泵变频调速的优势

变频器具备软起动功能，可以在电动机额定电流下顺利起动，故反电势及冲击电流很小，绝缘易受破坏的问题出现几率较低。用变频器后，无论重载或轻载，系统的功率因数均较高，电动机需要的无功能量直接取自于变频器，可减少供电线路上的能量损耗。另外，可按油井当前状况调节出油量，使油井工作在最佳状态，降低故障率的同时提高工作效率。还可组成压力、温度闭环系统，提高自动化程度及实现最佳控制。

采用变频调速后，对于富油油井，可以增产；对于贫油油井可以做到连续生产且减少停井次数并达到节能的目的；对含砂油井，可以减少卡泵次数，并可反转排砂，延长电泵寿命；对于含气油井，可提高转速减少油气分离不佳所致的气锁现象出现而增产增效；对于含蜡油井，可减少结蜡、结垢而降低管路堵塞次数；对于稠油油井，可低速大功率运行，减少停井次数并获得可观的节能效果。

三、变频调速的技术方案

采用森兰1140V中压变频器。为降低变频器的输出谐波，需在变频器的输出端加装输出电抗器和输出滤波器或正弦波滤波器。操作方式为手动控制，操作人员可根据现场情况手动调节变频器的输出频率来满足工艺的需要。

本公司研发的1140伏三电平变频器，与二电平相比较，其输出的电压波形为梯形脉冲所组成，但其脉冲幅值却降低一倍，较好地解决了dv/dt高所带来的绝缘及谐波等问题，使变频器的输出波形更接近正弦波，彻底地解决了器件换流对电机绝缘造成的冲击导致的绝流损伤、轴电压对电机轴承的腐蚀以及传导干扰、辐射干扰等诸多问题，降低漏电流及电机噪音。研发成功后，潜油电泵变频调速全部使用1140伏的三电平变频器。