一,、引言

用現(xiàn)代高新技術(shù)改造原有的油田采油設備是大勢所趨,。用現(xiàn)代自控技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)來為油田潛油電泵（以下簡稱潛泵）提供理想電源是這種技術(shù)改造過程中的一個重要組成部分。潛泵按放在地平面以下1000～3000米處,，工作環(huán)境非常惡劣（高溫,、強腐蝕等），而傳統(tǒng)的供電方式——全壓,、工頻更使它故障頻繁,，運行成本大增。潛泵損壞提到地面上來維修,，光工程費就有5萬元,，價值10萬元的電纜平均提上放下5次就得更換，潛泵平均10個月就得維修一次,，維修費用約8萬元,，造成采油廠生產(chǎn)成本偏高。傳統(tǒng)供電方式對潛泵的正常運行存在以下危害和不足：

＊ 潛泵全速運轉(zhuǎn),，當井下液量不富余時,，容易抽空，甚至造成死井,，一旦死井,，則損失慘重。
＊ 全壓,、工頻工作啟動電流大,，沖擊扭矩大,，對電機壽命有很大影響。
＊ 油田供電電壓常有波動,，使電機欠激勵或過激勵,，電機被燒時有發(fā)生。
＊ 幾千米的井下電纜帶來了150V左右的線路損耗,，由于這部分損耗無法補償,，從而影響了電機的正常工作。

由上可看出,，潛泵的傳統(tǒng)供電方式必須改造,，理想的供電設備應具備哪些特性呢？

1,、軟啟動,。
2、調(diào)速方便,，即變頻運行,。啟動時間和運行速度能根據(jù)工況任意設置。
3,、不受供電電壓波動的影響,，并能補償電纜的線路損耗。
4．電纜上傳輸?shù)谋仨毷?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/正弦波" title="正弦波" target="_blank">正弦波,，否則經(jīng)電纜反射,，電壓脈沖疊加，容易燒毀電機,。
5,、各種保護功能齊全。
6,、控制方便,、操作簡單、顯示清楚,。

顯而易見,，滿足這些要求非變頻器莫屬，但市場上容易買到的為風機,、水泵服務的那些變頻器不適合,，因為電壓等級不符、輸出波形不是正弦,、電纜的損耗電壓無法補償,。我公司受油田委托成功地研制出了1140v、30kw～100kw潛泵專用變頻器系列產(chǎn)品。現(xiàn)以55kw的產(chǎn)品為例說明其特點,。

二,、潛油電泵專用變頻器的研制成功及其特點

潛泵雖有不同的電壓等級，但在線運行的多為1140V,、見過用380V級變頻器配合特制升壓變壓器的報導,，本文認為這種高——-低——-高方案有先天不足，讓升壓變壓器工作在低頻下是很困難的,，現(xiàn)在的IGBT器件的耐壓應付1140V綽綽有余,，本文采用1140V變頻器直接給潛泵電纜供電的方案。

該變頻器的技術(shù)指標為：

三相輸入：1140V,、50Hz
三相輸出：額定電壓為1140V
頻率范圍：2HZ～50HZ連續(xù)可調(diào) 能提供合適的電纜補償電壓
輸出波形：正弦
控制功能、保護功能同于普通變頻器

本文僅對該變頻系統(tǒng)的技術(shù)特點簡述如下,，與380V級通用變頻器相同部分不再贅述,。

1、主電路與功率器件的選擇

在PWM電壓型380V級變頻器中,，一般采用兩電平電路,。若用兩電平電路實現(xiàn)1140V的輸出勢必要用昂貴的高壓管或采用低壓管串聯(lián)結(jié)構(gòu)，由于器件串聯(lián)動態(tài)均壓問題不易解決,，應盡量避免,。本設計的整機方塊圖見圖一。

其中主電路部分采用三電平電路或稱中點箝位（NeturalPointClamped—Npc）方式,它不但能輸出較高電壓,，而且能降低輸出諧波和電壓變化率（dv/dt）,，良好的波形正是本設計的目的之一。圖中的功率開關(guān)器件選用西門子的雙單元IGBT模塊（1700V,、200A）,，整流后由兩組大電容器相串聯(lián)組成濾波器，兩組電容器的連接點即本電路的中心點（三電平的中間電平）,。

圖一. 整機主回路

2,、載波頻率的選擇

提高載波頻率對改善波形、降低噪聲大有好處,，可是載波頻率提高,，會使開關(guān)損耗增加，所以選擇時必須權(quán)衡利弊,，本設備中載波頻率選為9.5KHZ,，選擇這個值時考慮到了輸出端LC低通濾波器電感鐵芯的重量因素。

3,、對輸入電壓的穩(wěn)定

輸入電壓經(jīng)整流,、濾波后得直流母線電壓，以Uo表示,，在此裝有一個電壓傳感器,，其輸出電壓Ut正比于母線電壓Uo ,，將Ut值送單片機處理，令 Uo的額定值對應的Ut值為1,，電網(wǎng)電壓向上波動時,，Ut>1，電網(wǎng)電壓向下波動時Ut<1,，CPU在計算PWM波的脈寬時要乘上因子 1/Ut,。這樣就達到了穩(wěn)定輸入電壓的目的。設備在油田的實際運行中,，當電網(wǎng)側(cè)電壓波動+10%時,，電機側(cè)測不到電壓的波動，說明Ut 補償效果明顯,。

4,、輸出端為正弦波

電壓型變頻器輸出的是三相SPWM波，即寬度按正弦規(guī)律分布的矩形脈沖波,。這種波直接送給電動機,，由于電機是感性負載，所以能獲得近似的正弦驅(qū)動電流,。在本設備中存在有幾千米的電纜線,，若把PWM波直接加在電纜輸入端，由于長線效應電機側(cè)會受到數(shù)倍于額定值的尖峰電壓的沖擊,，電機很可能被燒壞,。因此三相低通LC濾波器是必要的，濾波器電路如圖二.所示,在本設計中其截止頻率約為載波頻率的1/3,。

圖二.輸出低通濾波器

5,、電纜損耗的補償

潛泵對V/F曲線并無特殊要求，頻率降到30HZ以下已經(jīng)不出油了,，為了實現(xiàn)軟啟動,，本設備把啟動頻率設在2HZ，50HZ對應1140V的額定輸出,，電纜補償電壓Vb設為100V,，在實際應用中，Vb的大小還可調(diào)整,。V/F曲線見圖三,。

圖三.V/F 曲線

三、運行情況

本公司這類1140V潛泵專用變頻器已經(jīng)有十多臺在油田運行近一年,，運行良好,，客戶滿意。用示波器在電纜的輸入側(cè)看，在潛泵的整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)任意調(diào)速,，其波形均為漂亮的正弦波,，電機就是在低速時也能運行平穩(wěn)、均勻,，無任何脈動現(xiàn)象,，電機在整個頻率范圍內(nèi)調(diào)速靈活方便，杜絕了死井現(xiàn)象,，節(jié)電效果在 10——-20%左右,。深受用戶好評！