英威腾Goodrive3000系列变频器在潜油电泵上的应用.doc

英威腾Goodrive3000系列变频器在潜油电泵上的应用 关键字：潜油电泵变频器Goodrive3000 导读：潜油电泵是井下工作的多级离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过变压器和潜油电缆等将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。通过变频驱动的潜油电泵性能稳定，节电率高，且大大减少油泵系统的维护。本文主要介绍英威腾新一代1140V中压Goodrive3000系列三电平变频器在河北胜利油田某现场的应用。英威腾Goodrive3000系列变频器在潜油电泵上的应用英威腾Goodrive3000系列变频器1. 引言潜油电泵是井下工作的多级离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过变压器和潜油电缆等将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。通过变频驱动的潜油电泵性能稳定，节电率高，且大大减少油泵系统的维护。本文主要介绍英威腾新一代1140V中压Goodrive3000系列三电平变频器在河北胜利油田某现场的应用。2. 潜油电泵系统的结构及工作原理图1潜油电泵系统示意图潜油电泵系统由七大部分组成：潜油电机、保护器、油气分离器、潜油电泵、动力电缆、控制柜和接线盒。与其配套使用的还有小扁电缆护罩、电缆卡子、单流阀、泄油阀等。下面为每个部分的作用简介：a. 潜油电机组中使用的电机为三相鼠笼式异步电机，潜油电机工作电压一般为400-2600V，电流一般为30-120A。电机功率与电机长度成正比，但每节电机长度最长不大于10m，电机可以串联使用。b. 保护器主要是保护潜油电机，阻止井液进入潜油电机，避免烧毁潜油电机;c. 油气分离器对于含气的电泵井，井液在进入潜油电泵之前，要先通过油气分离器进行气、液分离，以减少气体对潜油泵工作性能的影响;d. 潜油电泵是一种多级离心泵，当机组被启动后，潜油电机带动潜油电泵轴及轴上叶轮高速旋转，将油液抽送至地面;e. 动力电缆是一种用特殊材料绝缘并密封，外加钢带铠装的潜油动力电缆，其功能是将地面的电能输送到井下的潜油电机;f. 控制柜用于潜油电泵的启动和停机，以及运行中的一系列控制;g. 接线盒的作用是连接控制柜到井口之间的潜油电泵动力电缆，以排除电缆中的气体，防止油井中的易燃气体进入控制柜，发生火灾或爆炸，所以每口油井电泵都必须安装接线盒。3. 现场工况Goodrive3000变频器应用的胜利油田某油泵现场比较空旷，油泵附近配置6KV转1280V的变压器、安装控制柜和接线柜的铁皮房。变频器放置在铁皮房内，铁皮房设计有两个通风口，通风口处分别安装一个交流风扇，采用抽风的方式对房内所有设备进行散热，该现场一年中的环境温度最高可达39。下图为应用现场工况示意图：图26KV转1280V变压图四：铁皮房（含控制柜和接线柜）3.1 潜油电机参数电机功率电机电压75kW1140V额定电流电机线缆长度48A1800m3.2 油泵对变频器技术要求l 可实现油泵的软启动、软停车;l 可提高油泵系统的功率因数;l 不受供电电压波动的影响，能够输出稳定电压，能够补偿长电缆的线路损耗;l 具有完善的保护功能;l 控制方便，操作简单;4. 方案设计与说明潜油电机为75KW/1140V，根据现场工况，采用英威腾Goodrive3000系列的GD3000-00-090G-12两象限柜式变频器驱动。下图为电气拓扑示意图：图5 GD3000在油泵上的应用电气拓扑图GD3000-00-090G-12两象限柜式变频器配置输入电抗器和输出电抗器;输入端通过进线柜接入电源，输出端通过接线盒接入潜油电机。该方案的优势：1) 变频器采用全新的三电平拓扑：图6 三电平电气拓扑图三电平拓扑相比于传统的两电平拓扑具有如下优点：a. 电机端的du/dt相比于两电平降低60%，减少电缆和电机的绝缘压力，从而降低了电缆和电机绕组的损坏;图7 两种变频器在电机端的du/dtb. 电机端的共模电压更小，电机轴电流小，大大减小对电机轴承的损坏;两电平共模电压分为：Udc/2 、Udc /6 、- Udc /6、- Udc /2四个电平，三电平共模电压分为：Udc /3、Udc /6、0、- Udc /6、- Udc /3五个电平，如下图为三电平电机端的共模电压：图8 三电平电机端的共模电压波形c. 输出电压相对谐波5%，输出电流相对谐波3%，减少电缆、电机绕组的发热;2) 输入侧配置电抗器，大大提高系统网侧的功率因数，功率因数可达0.9以上;3) 电源输入端采用9701310V的宽电网设计，可满足不同的电网环境;4) 变频器配置中文液晶键盘，方便操作;5) 高性能的三电平空间矢量控制(SVPWM)技术6) 采用叠层母排技术，如下：? 减少了杂散电感和IGBT的关断尖峰? 紧凑化的设计，减小整机的体积? 易于安装和更换，经久耐用? 可靠性高，安全性高? 耐电压能力高，绝缘电阻极高? ESR(等效串联电阻)低，耐纹波电流强? 抗脉冲能力强，可靠性高? 损耗极低，发热少，使用寿命长8) 支持多种通信模式9) 可实现后台监控控制，方便操作10) 变频驱动可实现潜油电机的软启动、软停车，延长油泵的使用寿命，保护电机、电缆，降低维修费用;11) 可以实现输出电压、电流的连续调节，以达到输出功率连续可调的目的，使油泵系统处于最佳工作状态;12) 具有过压，过流，缺相，过载，过温等多种保护功能;5. 现场运行情况变频器在现场运行良好，满足现场的工况要求，如下图为变频器运行输出电压、电流波形波形：图9 变频器输出电压电流波形6