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意大利意科潜油电泵专用变频器油田应用

发布日期:2013/8/19 15:58:31  点击数:1369
(一)概述
   随着我国石油工业发展和油田开发的需要,为了提高油田采油速度和最终采收率,应用机械采油方法,是整个油田开发过程中一个重要步骤。潜油电泵作为一种比较新的机械采油设备,近十年来在我国已得到广泛应用,并得到不断完善和发展。
  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、控制屏和潜油电缆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。
  由于潜油电泵的机组与泵是在地面以下两千多米的井底工作,工作环境非常恶劣(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。潜油电泵损坏后提到地面上来修理,仅工程费一项就达五万元,价值十万元的电缆平均提上放下五次就须更换,潜油电泵平均每十个月就须维修一次,维修费用约八万元。传统的供电方式危害甚多,例如:
  1、潜油电泵全速运转,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。
  2、油田供电电压常有波动,使电机欠励磁或过励磁,电机被烧时有发生。
  3、两千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。
  (二)潜油电泵专用变频器的应用
  潜油电泵在工频启动时,启动电流大,电机电缆的压降较大,使得电机电缆在启动过程中的反压较高,使绝缘性能降低,每次开机都会使电泵寿命大打折扣,大大影响了潜油电泵的使用寿命。潜油电泵在正常工作时,普遍存在着电机负载率较低的情况,“大马拉小车”现象严重。潜油电泵的功率因数都较低,无功损耗较大,耗电量多。根据油田开发方案的要求,潜油电泵应根据地质情况的变化,调节抽油量。传统的调节方式是靠更换油嘴来调节产量,这样既造成能量损失又不能精确地控制。有时使得电机与泵长期在高压状态下运行;有时使得油井出沙严重,使设备寿命缩短,不能符合开发方案的要求。要解决以上问题,采用意大利意科IECCO潜油电泵专用变频控制系统,调节油压、调节产量。我们对胜利油田的二十多口电泵井进行了变频运行改造,起到了良好的效果。
  意大利意科潜油电泵专用变频器有以下特点:
  1、可实现电泵软启动、软停车,延长电泵的使用寿命,保护电机、电缆,节约维修费用。
  2、提高电泵系统的功率因数,节电效果明显。
  3、提高管网的品质,可实现电泵系统的闭环控制,增加电泵系统的工作安全性。
  4、模块化的设计:SINUS PENTA的结构设计采用模块设计理念,各部件组装和维护简单灵活.三  个主要模块:整流器,电容器,逆变器,都是相互机械独立的,由于采用目前变频器领域最新的FFA(同平面接入)技术的使用,使变频器各模块的布局合理而紧凑,更加空间狭小的场合.
  
  5,全面的安全保证:
    采用新一代IGBT的整体功率模块,具有更高的过载能力;
    全面的温度控制,对温度敏感点增加了温度的检测;具有完善的过载保护措施和故障自诊断功能,保证设备可靠运行;独特的变频器易损件检测功能,确保用户及时检修不影响生产;
    线路板表面采用防潮,防腐保护图层处理,更加适合恶劣的使用环境;
    提供安全停车功能,满足EN954-1的类别3的标准要求,可以防止变频器意外启动
   
    6,可靠性高,操作方便,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,使电泵采油系统处于最佳工作状态。
  7、提高生产效率,便于整体管理及调度,可实现电泵系统的集散控制。
  8、采油技术涉及多学科领域,目前的潜油电泵用变频器已从原先的高---低---高方式转变为直接高---高变频,体积更小、操作更加方便。
   
SINUS PENTA变频器技术规范
功率范围
• kW 连接马达/电压范围
0.55~630kW  200~240Vac, 3
1~1170kW  380~415Vac, 3
1~1340kW  440~460Vac, 3
1~1460kW  480~500Vac, 3
83~1670kW  500~ 575Vac, 3
100~2010kW 660~690Vac, 3
75~2010kW 1140Vac, 3
• 防护等级/规格
单机型:  IP20 从规格S05至规格S40, IP00规格S50, S60, S70, IP54 从规格S05至规格S30
箱式:  IP54
柜式: IP24  IP54.
电源
• VAC电源电压/公差
2T  200~240 Vac, 3相, -15% +10%
4T → 380~500 Vac, 3相, -15% +10%
5T → 500~575 Vac, 3相, -15% +10%
6T → 575~690 Vac, 3相, -15% +10%
12T  1140 Vac, 3相  ,-15% +15%
最大不平衡电压:额定电源电压的+/-3%
• VDC电源电压/公差
2T  280~360 Vdc, -15% +10%
4T  530~705 Vdc, -15% +10%
5T  705~810 Vdc, -15% +10%
6T  810~970 Vdc, -15% +10%
12T  1612 Vdc, -15% +15%
• 电源频率Hz/公差
50~60Hz, +/-20%
马达接线规格
• 马达电压范围/精确度
0 ~电源电压,+/-2%
•相对于马达/运行时间电流/转矩过载能力
S30及以下规格每20分钟105~200%持续2分钟。
S40及以上规格每10分钟105~200%持续1分钟。
• 启动转矩/最大时间
 240% 短时间
• 输出频率/分辨率*
0~1000 Hz(和规格相关), 分辨率0.01 Hz
• 制动转矩
直流制动30%*Cn
减速时的制动最高达20%*Cn(无制动电阻)
减速时的制动最高达150%*Cn(带制动电阻)
• 通过静噪随机调制的可调整载波频率。
S05~S15 = 0.8~16 kHz
S20 = 0.8~12.8 kHz
S30 = 0.8~10 kHz 5 kHz for 0150 and 0162
≥S40 = 0.8~4 kHz
环境要求
• 周围环境温度0-50°C无降(请参照章节5.3中的表)
• 存储温度:- 25 ~ + 70 °C
• 湿度5 ~ 95% (不结露)
• 海拔
最高可达海平面上1,000m.
如果海拔更高,1000米以上,每增加100米,则输出电流应降低1%的电流(最高4,000米)。
• 振动
小于5.9 米/秒2 = 0.6 G
• 安装环境
禁止安装在阳光直接照射及易受导电性粉尘、腐蚀性气体、振动、水喷洒或滴漏等影响的地方;禁止安装在盐环境中。
• 运行的大气压力:
86 ~ 106 kPa
• 冷却系统
强制空气冷却



马达控制
马达控制方法
IFD =通过对称PWM调制V/F控制
VTC = 矢量转矩控制无传感器矢量直接转矩控制
FOC = 通过磁场调节的磁场调整以及同步马达的转矩控制
SYN = 通过同步马达转矩控制的磁场调整
  ..
频率/速度设置分辨率
数字基准: 0.1 HzIFD SW; 1 rpmVTC SW; 0.01 rpmFOC及SYN SW
在速度范围内,12-位模拟量基准:4096
速度精确度
开环±最大速度的0.5%
闭环(带编码器):<最大速度的0.01%
过载能力
最高为额定电流的2倍,持续120秒。
启动转矩
最高达200% Cn,持续120秒;240% Cn,持续一小段时间。
转矩升压
可编程增加额定转矩
运行
输入信号
操作方法
可通过端子板、面板、MODBUS RTU串行接口、现场总线接口进行操作
基准模拟量输入/辅助输入
3模拟量输入将被设置为电压/电流输入:
- 1单端输入, 最大分辨率:12 位
- 2 差分输入, 最大分辨率:12 位
来自面板、串行接口与现场总线的模拟量
数字输入
8个数字输入;3个预设输入(分别为使能、启动、复位)和5个可设置输入
多段速
15套可编程速度值+/-32,000rpm;3套的分辨率为0.01rpm(FOC和SYN方法)
斜坡
4 + 4加速/减速斜坡,0至6,500秒;可以设置用户自定义模式。
输出信号
数字输出
4个带有可激活延迟/失效延迟的内部时间定时器的数字输出:
1个推拉式输出, 20~48 Vdc, 最大为50 mA
1个开路集电极,NPN/PNP输出, 5~48 Vdc, 最大为50 mA
2个带NO/NC触点的继电器输出, 250 VAC, 30 VDC, 3A
 
辅助电压
24 Vdc +/-5%, 200 mA
电位计的基准电压
+ 10 Vdc ± 0.8%, 10 mA
-10 Vdc ± 0.8%, 10 mA
模拟量输出
3个可设置模拟量输出, – 10 ~ 10 Vdc, 0 ~ 10 Vdc, 04 ~ 20 mA, 分辨率为9/11位
保护
警报
变频器热保护、马达热保护、电源故障、过电压、欠电压、恒转速时的过电流或接地故障、加速时的过电流、减速时的过电流、速度搜索期间的过电流(仅IFD SW)、来自数字输入的辅助触发、串行通讯故障、控制板故障、预充电电路故障、长时间变频器过载、马达没有连接、编码器(如果有)故障、超速。
警告
变频器OK、变频器警报、加速–恒转速–减速、电流/转矩限值、掉电、速度搜索、DC制动、自动调整。
通讯显示
运行数据
频率/转矩/速度基准、输出频率、马达速度、转矩给定、产生的转矩、供给马达的电流、供给马达的电压、直流总线电压、马达吸收的功率、数字输入条件、触发日志(最后5个警报)、运行时间、辅助模拟量输入值、PID基准、PID反馈、PID误差值、PID调节器输出、带可编程乘系数的PID反馈。
串行链接
标准集成RS485多分支247站点
MODBUS RTU 通信协议
现场总线
Profibus DP; CANopen; Device Net; Ethernet; 带可选内部板
安全要求
EN 61800-5-1, EN50178, EN60204-1, IEC 22G/109/NP
标识
                         


推荐意见:
  综上所述,使用意大利意科IECCO潜油电泵专用变频控制柜,提高采油效率,同时有符合开发方案要求。对潜油电泵井进行变频改造后,实现了电泵井的软启动、软停车,有效地保护了电泵井机组与电缆;通过调节频率可方便的调节油压,避免了机组、泵在高压下长期运行;延长了电泵井的寿命,节约了油井维修、维护费用,使电泵机组在最佳工况下运行。大大提高了电泵采油系统的效率。同时,提高功率因数,提高了电网的供电能力,节电效果明显。大面积推广潜油电泵变频技术改造,将带来良好的经济效益和社会效益。
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