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潛油電泵由于工頻啟動負荷大，電機功率都相對較大，普遍存在著“大馬拉小車”現(xiàn)象，無功損耗多，耗電量大。加之潛油電泵不能自行實現(xiàn)軟啟停，使得電機、電纜的絕緣性能降低，在不同程度上影響了潛油電泵的使用壽命。為實現(xiàn)電泵井節(jié)能增效，經(jīng)認真調(diào)研，我們引進了潛油電泵變頻技術(shù)，并在梁23-平1井安裝試驗了一套1140V潛油電泵專用變頻器。經(jīng)過現(xiàn)場試驗后，見到了明顯效果。
一、潛油電泵專用變頻器的工作原理
1、變頻調(diào)速原理
變頻器可以通過改變潛油電機定子供電頻率來改變電機的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)潛油電機的調(diào)速。交流異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為：
n=60F1(1-S)/P
式中, n-電機轉(zhuǎn)速, F1-定子供電頻率，P-極對數(shù),S-轉(zhuǎn)差率.
2、變頻器工作原理
該設(shè)備為交——直——交電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)，即先將交流輸入整流為直流,再把直流逆變?yōu)樗桀l率的交流。通過控制程序可以自由改變其輸出頻率，從而可以平滑地軟啟動電機、軟停車。再加上變頻器設(shè)有輸出濾波器，有較好的輸出波形補償，從而減少了由于輸出線較長而造成的傳輸損耗。
逆變部分采用三電平方案，與兩電平方案相比，它逆變電壓高，用常規(guī)電壓IGBT器件就能實現(xiàn)千伏以上的逆變，并且波形比兩電平好。
原理圖：三晶變頻原理圖:
圖1 三電平逆變原理圖
二、現(xiàn)場應(yīng)用情況
變頻器主要技術(shù)指標如下：
輸入：三相、50Hz、線電壓1140V+15%～20%
容量：75KW
輸出：頻率2～50 Hz 連續(xù)可調(diào)，額定電壓1140V
過載能力：150%，1分鐘
保護功能：過壓、欠壓、過流、短路、缺相、溫升過高、失速等。
安裝方法：與控制屏串聯(lián)，即控制屏的輸出接變頻器的輸入，變頻器的輸出接井下機組。
安裝完畢，頻率調(diào)至40 Hz試運行1天，日產(chǎn)液量較原來下降10m3.9月11日，將頻率調(diào)至47 Hz運行，產(chǎn)量恢復(fù)到原來狀態(tài)。目前該變頻器運轉(zhuǎn)正常，運行數(shù)據(jù)見表1：
| 安裝前 |
安裝后 |
年耗電對比
(萬kwh) |
電壓
(V) |
電流
(A) |
頻率
(Hz) |
年耗電
(萬kwh) |
電壓
(V) |
電流
(A) |
頻率
(Hz) |
年耗電
(萬kwh) |
| 1140 |
52 |
50 |
66.05 |
1140 |
28 |
47 |
|
-15.22 |
表 1、梁23-平1井安裝變頻器前后運行情況統(tǒng)計表
三、效果評價和經(jīng)濟效益
1、效果評價
2005年6月16日，純梁采油廠能源檢測站采用DJYC-95型電機經(jīng)濟運行測試儀(電流、電壓0.5級，功率1.0級)，對梁23-平1井1140V潛油電泵專用變頻器的節(jié)電效果進行了現(xiàn)場測試，得出結(jié)論如下：
A、功率因數(shù)得到提高，由0.671提高到0.759。
B、有功功率降低幅度較大，有功節(jié)電率達到了22.49%，無功節(jié)電率為39.85%，綜合節(jié)電率為23.04%，節(jié)電效果較好。(見表2)
| 序號 |
項目 |
單位 |
安裝前 |
安裝后 |
| 1 |
有功功率 |
Kw |
78.18 |
60.60 |
| 2 |
無功功率 |
Kvar |
86.30 |
51.91 |
| 3 |
功率因素 |
/ |
0.671 |
0.759 |
| 4 |
有功節(jié)電率 |
% |
22.49 |
| 5 |
無功節(jié)電率 |
% |
39.85 |
| 6 |
綜合節(jié)電率 |
% |
23.04 |
表2、梁23-平1井安裝變頻器前后測試數(shù)據(jù)表
2、經(jīng)濟效益：
安裝變頻器后綜合節(jié)電率為23.04%，年節(jié)電15.22萬Kwh，基本電費按0.435元/Kwh計算，則每年節(jié)約電費6.62萬元，不到兩年便可收回投資（該變頻器價格為12.5萬元）。
另外，由于變頻器實現(xiàn)了電泵的軟啟停，對延長電泵使用壽命將大有益處，可節(jié)約維護資金，提高經(jīng)濟效益。
四、推廣應(yīng)用前景
潛油電泵專用變頻器針對潛油電泵不能自由調(diào)節(jié)產(chǎn)量這一弊端，有效地解決了這一科技難題，保證了潛油電泵能夠安全可靠地運行，起到了節(jié)能增效的效果。但變頻調(diào)速技術(shù)在潛油電泵井上的推廣應(yīng)用仍處于起步階段。我廠共有電泵井16口。目前，僅在梁23-平1井應(yīng)用了該技術(shù)。若能在所有電泵井上得到推廣應(yīng)用，將會大大提高我廠電泵井的經(jīng)濟效益，因此其推廣前景十分廣闊。
五、對潛油電泵井應(yīng)用變頻技術(shù)的幾點認識
1. 潛油電泵井應(yīng)用變頻技術(shù)能夠保證電泵機組工作在最佳工況，可以延長潛油電泵的使用壽命，同時節(jié)
電效果明顯。
2. 潛油電泵專用變頻器存在一次性投資較大、需進一步降低成本的問題，以利于大面積的推廣應(yīng)用。
3. 進一步提高變頻器的硬件設(shè)計，軟件開發(fā)水平及相關(guān)配件的質(zhì)量，確保其在 使用過程中穩(wěn)定可靠。
該系統(tǒng)從設(shè)備選型、設(shè)計、安裝調(diào)試到投入運營，在短時間內(nèi)順利完成，運行效果良好，達到了用戶的預(yù)期目標。運行兩年來無故障，受到了用戶好評。為企業(yè)創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟效益，極具推廣價值。
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