变频系统在油田注水泵中的应用
时间：2020-12-01 20:08:29 来源：达达文档网 本文已影响 人 
马安徽
一、变频器的工作原理
变频器的功用是将频率固定的（通常为50Hz的）交流电（三相或单相）变成频率联系可调（多数为0-400Hz）的三相交流电。
其中n0为旋转磁场的转速通常称为同步转速
f为电流的频率
p为旋转磁场的磁极对数
当频率f连续可调时（一般P为定数），电动机的同步转速也连续可调。又因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些，所以，当同步转速连续可调时，异步电动机转子的转速也是连续可调的。变频器就是通过改变f（电流的频率）来使电动机调速的
二、动态测试
在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意以下几点：
1.上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。
2.检查变频器各接播口是否已正确连接，连接是否有松动，连接异常有时可能导致变频器出现故障，严重时会出现炸机等情况。
3.上电后检测故障显示内容，并初步断定故障及原因。
4.如未显示故障，首先检查参数是否有异常，并将参数复归后，进行空载（不接电机）情况下启动变频器，并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障
5.在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测试。测试时，最好是满负载测试。
三、变频器在油田注水泵中的应用
油田开发过程中地层能量不断衰减，常用注水方式以保持地层能量，进行油田开发。一方面，注水压力的高低是决定油田合理开发和地面管线及设备的重要参数。考虑到后期开发注水井的增多，注水工艺设计和机电设备配置都比实际宽裕，加之地质情况的变化，开关井数的增减，洗井及供水不足的影响，经常引起注水压力的波动，注水量不均匀，不稳定。注水压力低，注水量满足不了油田开发的需要，必然会造成油层压力下降；
注水压力过高，浪费动力，也造成超注，导致水淹，水窜；
注水压力控制难度大，也给油田生产和管理带来诸多不便，因而要求油田注水压力恒定。另一方面，由于储油地层的压力及油气水分布不断在发生变化，其数值很难准确预测和控制，考虑到油田开发中的需要，在工艺和机电设备的配置上都按照油田最大可能的需求来设计，这一点在注水系统的设计当中显得尤为突出。油田注水设备多采用高压离心泵匹配高压电机，大功率系统运行常是“大马拉小车”，效率低下。注水压力靠泵出口闸门手动控制，即靠改变管网特性曲线来调节泵的排量，泵、电机匹配难以达到在泵的最佳工况点运行，管网效率低，电能损失高达50%以上。正是从恒压注水和节能的两个方面考虑，在油田注水系统中引入变频控制。
通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；
流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。通过上述分析可以知道，通过改变电动机转速可方便地改变水的流量，保证水压恒定；
通过改变电动机转速，在降低水流量的同时，可有效降低系统的电能损耗。
四、变频器在油田注水泵中还存在的问题及解决措施
1.谐波问题
通用变频器的主电路形式一般由三部分组成：整流部分、逆变部分和滤波部分。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变器部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为WM波形。通用变频器的输出电压中确实含有除基波以外的其他谐波。较低次谐波通常对电机负载影响较大，引起转矩脉动，而较高的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电机出力不足，故变频器输出的高低次谐波都必须抑制。由于通用变频器的整流部分采用二极管不可控桥式整流电路，中间滤波部分采用大电容作为滤波器，所以整流器的输人电流实际上是电容器的充电电流，呈较为陡峻的脉冲波，其谐波分量较大。
解决措施：
1.1增加变频器供电电源内阻抗
通常情况下，电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用。这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。当电源容量相对变频器容量越小时，则内阻抗值相对越大，波含量越刁、电源容量相对变频器容量越大时，则内阻抗值相对越大。所以选择变频器供电电源变压器时，最好选择短路阻抗大的变压器。安装电抗器安装电抗器实际上从外部增加变频器供电电源的内阻抗。在变频器的交流侧安装交流电抗器或在变频器的直流安装直流电抗器或同时安装，抑制谐波电流。
1.2变压器多相运行
通用变频器的整流部分是六脉波整流器，所以产生的谐波较大。如果应用变压器的多相运行，使相位角互差30 组合的两个变压器构成相当于12脉波的效果则可减小低次谐波电流28%，起到了很好的谐波抑制作用。
2.负载匹配问题
生产机械的种类繁多，性能和工艺要求各异，其转矩特性是复杂的，大体分为三种类型：恒转矩负载、风机泵类负载和恒功率负载。针对不同的负载类型，应选择不同类型的变频器。
2.1恒转矩负载
指负载转矩与转速无关，任何转速下，转矩均保持恒定。恒转矩负载又分为摩擦类负载和位能式负载。
2.2摩擦类负载的起动转矩一般要求额定转矩150%，制动转矩一般要求额定转矩的100%左右，所以变频器应选择那些具有恒定转矩特性，并且启动和制动转矩都比较大，过载时间长和过载能力大的变频器。
2.3位能式负载一般要求大的起动转矩和能量回馈功能，能够快速实现正反转，变频器应选择具有四象限运行能力的变频器。
2.4风机泵类负载
风机泵类负载是目前工业现场应用最多的设备，虽然泵和风机的特性多种多样，但是主要以离心泵和离心风机应用为主，通用变频器在这类负载上的应用最多。风机负载的系统转动惯量计算是非常重要的。变频器具体设计时，按上式计算结果，进行适当修正，在变频器启动时不发生过流跳闸和变频器减速时不发生过电压跳闸的情况下，选择最短时间。
五、总结
变频系统的变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术，其应用已经渗透到石油行业的各个技术部门，高效率的运用助推了石油行业的发展，在注水泵中的应用也得到极大地体现。
参考文献
[1]刘红梅.大港石化应用变频控制技术节能[N]中国石油报2008.8.
[2]朱正华.二连油田注水系统效率踏入全国先进行列[N]中国石油报2007.4.
[3]陈广松.变频器在油田中的应用及问题[J]工程2009.4.
