（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
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功率范围
• kW 连接马达/电压范围
0.55~630kW 200~240Vac, 3相
1~1170kW 380~415Vac, 3相
1~1340kW 440~460Vac, 3相
1~1460kW 480~500Vac, 3相
83~1670kW 500~ 575Vac, 3相
100~2010kW 660~690Vac, 3相
75~2010kW 1140Vac, 3相
• 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 和 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% |
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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/运行时间的电流/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无降容（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调制的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
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频率/速度设置分辨率 |
数字基准： 0.1 Hz（IFD SW）; 1 rpm（VTC SW）; 0.01 rpm（FOC及SYN SW）
在速度范围内，12-位模拟量基准：4096 |
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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% |
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过载能力 |
最高为额定电流的2倍，持续120秒。 |
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启动转矩 |
最高达200% Cn，持续120秒；240% Cn，持续一小段时间。 |
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转矩升压 |
可编程增加额定转矩 |
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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 |
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基准模拟量输入/辅助输入 |
3个模拟量输入将被设置为电压/电流输入：
- 1个单端输入, 最大分辨率：12 位
- 2 个差分输入, 最大分辨率：12 位
来自面板、串行接口与现场总线的模拟量 |
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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 |
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多段速 |
15套可编程速度值+/-32,000rpm；前3套的分辨率为0.01rpm（FOC和SYN方法） |
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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。 |
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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
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辅助电压 |
24 Vdc +/-5%, 200 mA |
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电位计的基准电压 |
+ 10 Vdc ± 0.8%, 10 mA
-10 Vdc ± 0.8%, 10 mA |
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模拟量输出 |
3个可设置模拟量输出, – 10 ~ 10 Vdc, 0 ~ 10 Vdc, 0（4） ~ 20 mA, 分辨率为9/11位 |
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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。 |
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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。 |
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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。 |
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串行链接 |
标准集成RS485多分支247站点
MODBUS RTU 通信协议 |
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现场总线 |
Profibus DP; CANopen; Device Net; Ethernet; 带可选内部板 |
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安全要求 |
EN 61800-5-1, EN50178, EN60204-1, IEC 22G/109/NP |
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标识 |
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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。
