高压潜油电泵专用变频器应用分析

本文在介绍了潜油电泵的传统供电方式的多种弊病之后，阐述了变频供电方式的优越性，进而给出了潜油电泵变频器几个特殊要求和解决办法。

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（以下简称潜泵）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：

　　* 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。

　　* 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。

　　* 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。

　　* 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：

　　＊　软启动

　　＊　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。

　　＊　不受供电电压波动的影响，并能补偿电缆的线路损耗。

　　＊　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。

　　＊　各种保护功能齐全。

　　＊　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。我公司受油田委托成功地研制出了1140Ｖ、３０～１00KW潜泵专用变频器系列。现在又承担了2300V潜油电泵专用变频器的研制任务。

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：

　　三相输入：2300V、50Hz

　　三相输出：额定电压为2300V，容量110kW

　　频率范围：2HZ～50HZ连续可调

　　电缆上的电压损耗能够得到合适补偿。

　　输出波形：正弦

　　控制功能、保护功能同于普通变频器。

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。

运行情况

2300V潜泵专用变频器已经研制成功，各项技术指标均满足设计值，带额定负荷运行良好。串联管的稳态均压不平衡度在10%以内，动态均压不平衡度在用示波器上看在15%之内。经过输出滤波器后的电压在潜泵的整个转数范围内任意调变，其波形均为正弦波（失真甚小），电机就是在低速、轻载时，运行也很平稳、均匀，无任何脉动现象，电机在整个频率范围内调速灵活方便。

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