變頻控制在潛油電泵中的應(yīng)用

陳欣瑋

（大慶油田力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163311）

1 變頻控制技術(shù)的工作原理

目前，我國(guó)各企業(yè)采用的潛油電泵技術(shù)電壓一般屬于中壓范圍，配電控制箱中的中壓變頻器主要采用二極管鉗位多級(jí)變頻調(diào)速控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中占地面積比較小，并且工作效率極高，非常符合我國(guó)現(xiàn)階段的社會(huì)發(fā)展需求。這一部分的部分主要功能有以下幾個(gè)模塊，包括可變電壓頻率輸出部分、電壓波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分、頻率產(chǎn)生部分和控制檢測(cè)部分。電壓波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分包括數(shù)據(jù)分配鏈路、地址鎖存器和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。頻率產(chǎn)生部分主要有鎖相環(huán)、計(jì)數(shù)器和定時(shí)器幾種，檢測(cè)和控制部分的主要核心部件是單片機(jī)。與傳統(tǒng)的二電平逆變器控制技術(shù)相比，盡管現(xiàn)階段的變頻控制技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)具有相同的矩形脈沖輸出電壓波形，但多電平逆變器控制技術(shù)大大降低了脈沖幅值，從而促使逆變器的輸出波形更傾向于正弦波，產(chǎn)生的這種正弦波形，可以有效避免脈沖電機(jī)在換相過(guò)程中因絕緣問(wèn)題而引起的導(dǎo)通干擾或者電機(jī)組的電壓腐蝕等問(wèn)題。雖然這種變頻控制技術(shù)沒(méi)有明顯的缺點(diǎn)，但是需要鉗位二極管來(lái)保證逆變?cè)膿Q相，由于點(diǎn)電壓浮動(dòng)存在一些比較棘手的問(wèn)題，在解決這類問(wèn)題時(shí)需要耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，從這一角度來(lái)看，操作系統(tǒng)還是比較復(fù)雜。

2 變頻控制技術(shù)的特點(diǎn)

由于我國(guó)目前的變頻器在潛油電泵中可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，這種啟動(dòng)方式可以保證系統(tǒng)在啟動(dòng)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，且啟動(dòng)過(guò)程相對(duì)平穩(wěn)。在一般電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中，起動(dòng)電流一般不超過(guò)額定電流的1.5倍。該技術(shù)可以通過(guò)改變電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)速的上升過(guò)程，并且電機(jī)起動(dòng)過(guò)程的基本性能是同步的，會(huì)有小的沖擊電流和反電勢(shì)，從而對(duì)絕緣形成良好的保護(hù)，此外，軟起動(dòng)和軟停止都可以對(duì)機(jī)器的電纜和淺水泵進(jìn)行有效保護(hù)，由于不同的負(fù)荷功率因素，特別是對(duì)于小負(fù)荷，這種負(fù)荷方式大大降低了功率，提高了電網(wǎng)的供電能力和功率因數(shù)。油壓可以通過(guò)調(diào)節(jié)頻率來(lái)調(diào)節(jié)，特別是對(duì)于潛水電泵，它不能保持在高壓工作狀態(tài)，否則會(huì)影響工作效果。

此外，變頻器在油田開(kāi)發(fā)和應(yīng)用中具有一定的節(jié)能效果，無(wú)論是大負(fù)荷，還是小負(fù)荷，都能獲得較高的功率因數(shù)，因此變頻技術(shù)可以通過(guò)改變頻率的方式來(lái)調(diào)節(jié)壓力，避免電潛泵經(jīng)常在高壓下運(yùn)行。在實(shí)際工作中，相關(guān)人員還必須根據(jù)油井的實(shí)際情況，全面調(diào)整采油量，以確保油井的工作達(dá)到最高效率，因?yàn)檫@種變頻技術(shù)是一種智能化的操作系統(tǒng)，不需要大量的人工操作。正是由于變頻調(diào)速的緣故，該技術(shù)的特點(diǎn)，在實(shí)際工作中，相關(guān)人員可以利用自動(dòng)控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)系統(tǒng)和自動(dòng)隨動(dòng)系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)。變頻技術(shù)可以有效提高富油井的產(chǎn)量。因?yàn)樽冾l技術(shù)可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，大大減少生產(chǎn)過(guò)程中的停工次數(shù)，提高節(jié)能降耗的作用。如果實(shí)際生產(chǎn)井中砂多，則油田開(kāi)發(fā)。變頻技術(shù)的應(yīng)用可以在一定程度上減少砂粒含量，從而減少泵堵塞的次數(shù)，延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。從蠟油井的角度來(lái)看，這種技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了全面的分析。由于機(jī)器的蠟物沉積，會(huì)發(fā)生堵塞滴管的現(xiàn)象，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)用變頻技術(shù)可以有效提高機(jī)速，從而減少氣鎖現(xiàn)象的發(fā)生概率，而且還可以減少停工井的數(shù)量和提高工程的運(yùn)行速度。操作保證了機(jī)器具有良好的節(jié)能功能。綜上所述，將變頻技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)潛油電泵后，有效減少了系統(tǒng)的發(fā)熱現(xiàn)象，在一定程度上保證了各部件的順利運(yùn)行，減少運(yùn)動(dòng)部件的磨損。采用具有纖維保護(hù)功能的控制系統(tǒng)，能有效提高電機(jī)的使用壽命，最終提高電機(jī)和油泵的使用壽命。

3 油田應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的必要性

由于潛油電泵中應(yīng)用具備相對(duì)比較高的額定電壓，并且工作環(huán)境一般在強(qiáng)腐蝕、高壓或者高溫環(huán)境當(dāng)中，這在一定程度上就會(huì)加大企業(yè)在運(yùn)行過(guò)程中的成本，運(yùn)行潛油電泵電動(dòng)機(jī)的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題。

（1）直徑啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)比較大的沖擊電流。在實(shí)際的油田變頻調(diào)速技術(shù)中，直徑啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)一般會(huì)出現(xiàn)比較大的沖擊電流，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)分布的電感會(huì)提高反壓，進(jìn)而損傷系統(tǒng)內(nèi)部多處的絕緣體，這樣的現(xiàn)象就會(huì)加大電動(dòng)機(jī)潛油電纜出現(xiàn)安全事故的概率。

（2）由于油田的井下作業(yè)壓力和儲(chǔ)層深度的不同，在作業(yè)過(guò)程中，相關(guān)人員不能采用適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)有效控制采油速度，使采油質(zhì)量不能得到有效的控制。如果油中含有大量的水，或者存在泥砂抽吸的現(xiàn)象，將對(duì)電泵粘砂的損壞起到嚴(yán)重的作用。

（3）由于泵的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程存在較大的誤差，特別是在能量不足的情況下，泵會(huì)形成過(guò)量的油壓，在一定程度上降低了泵的使用壽命，從而提高了泵的維修成本。

（4）電潛泵是目前我國(guó)油田生產(chǎn)中能耗較高的一種設(shè)備。其基本功用是油田深井抽油機(jī)中的潛油電泵。由于該技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠有效解決實(shí)際應(yīng)用中的各種問(wèn)題，而且適當(dāng)擴(kuò)大了潛水電泵的應(yīng)用范圍，從而保證了潛水電泵的性能，能夠充分發(fā)揮其作用。此外，在一定程度上也可以降低企業(yè)的成本。由于潛油電泵變頻調(diào)速過(guò)程中無(wú)過(guò)大的節(jié)流損失，可以采用恒壓頻比控制的方法，對(duì)潛油電泵進(jìn)行綜合處理。由此可見(jiàn)，將變頻技術(shù)應(yīng)用于油田電潛泵采油具有十分重要的意義。

4 變頻技術(shù)在油田潛油電泵中的應(yīng)用

通過(guò)分析變頻技術(shù)的特點(diǎn)及其在油田潛油電泵中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能夠有效提高油田潛油電泵的作用。由于油田開(kāi)采過(guò)程通常在深部地下進(jìn)行，因此電潛泵的低電壓或高壓會(huì)對(duì)整個(gè)開(kāi)采效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，電潛泵技術(shù)在我國(guó)油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用，可以給電潛泵變壓器提供合理的優(yōu)勢(shì)。另外在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，三電平變頻調(diào)速技術(shù)可用于控制系統(tǒng)，在一定程度上保證了變壓器的使用壽命，確保了回轉(zhuǎn)式潛油的合理應(yīng)用泵浦電機(jī)，從而提高了潛油泵的應(yīng)用效果。本文提出的三電平變頻控制系統(tǒng)主要由4部分組成，即頻率生成部分、控制和監(jiān)控部分、變換輸出部分和電壓波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分。對(duì)于控制和監(jiān)控部分，該部分主要是單片機(jī)的核心操作。一般而言，控制和監(jiān)測(cè)部分主要用于監(jiān)測(cè)地下潛油電泵的工作狀態(tài)，確保相關(guān)人員能夠充分了解地下作業(yè)條件。對(duì)于頻率的產(chǎn)生，它主要包括計(jì)數(shù)器、定時(shí)器和鎖相鏈，通過(guò)這些環(huán)節(jié)的組合，以滿足電機(jī)旋轉(zhuǎn)的基本要求。在這個(gè)階段，對(duì)于電壓波形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，一般有兩個(gè)環(huán)節(jié)：數(shù)據(jù)分配和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。在存儲(chǔ)過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)整機(jī)的電壓參數(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算。最后，對(duì)于變換輸出來(lái)說(shuō)，本部分主要論述了電源的變頻控制，以保證潛油電泵逆變器的工作效果能夠在工作中得到充分體現(xiàn)。通過(guò)對(duì)電機(jī)的合理、科學(xué)的調(diào)節(jié)，可以保證潛油電泵的使用效率和使用壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，在我國(guó)現(xiàn)階段的石油開(kāi)采過(guò)程中，應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)不僅可以提高逆變器控制潛水電泵輸出的頻率幅值，而且在一定程度上保證了電機(jī)在旋轉(zhuǎn)切削磁場(chǎng)中的使用壽命，這一特點(diǎn)十分滿足我國(guó)現(xiàn)階段石油開(kāi)采的發(fā)展需求。