淺析變頻潛油電泵機(jī)組變壓器的選擇

李冬軍

（勝利油田勝利泵業(yè)有限責(zé)任公司，山東 東營(yíng) 257079）

淺析變頻潛油電泵機(jī)組變壓器的選擇

李冬軍

（勝利油田勝利泵業(yè)有限責(zé)任公司，山東 東營(yíng) 257079）

在潛油電泵機(jī)組的選井選泵過(guò)程中，既要考慮保證潛油電泵機(jī)組的工作可靠性，又要考慮優(yōu)化配套，節(jié)約成本，為用戶取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。本文簡(jiǎn)要了介紹潛油電泵選井選泵中變頻機(jī)組變壓器選擇計(jì)算過(guò)程，并對(duì)應(yīng)用中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤問(wèn)題分析，進(jìn)一步指出選井選泵也要重視優(yōu)選變壓器。

潛油電泵機(jī)組；變壓器；選擇

隨著油田開發(fā)進(jìn)入高含水期，潛油電泵采油工藝以其優(yōu)越的強(qiáng)采能力和排量大的特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，但近年來(lái)由于油田由“產(chǎn)量型”向“經(jīng)營(yíng)型”的轉(zhuǎn)變，如何降低成本、節(jié)能降耗逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鞯闹攸c(diǎn)，潛油電泵常常被認(rèn)為是“耗電大戶”，如何提高電泵采油系統(tǒng)效率，降低電泵采油井耗電量，已成為當(dāng)前降低電泵采油成本的一條重要途徑。國(guó)外潛油電泵用戶特別注意加強(qiáng)電泵井的遠(yuǎn)程管理，下入井下傳感器，正確監(jiān)測(cè)電泵以及電泵與油藏之間的相互關(guān)系，并加裝變頻調(diào)速控制裝置，及時(shí)調(diào)整電泵機(jī)組各參數(shù)以適應(yīng)油井的工況，以延長(zhǎng)電泵的運(yùn)行壽命，提高油井產(chǎn)量。目前國(guó)內(nèi)也開始重視變頻機(jī)組的應(yīng)用，如何經(jīng)濟(jì)的選擇變頻機(jī)組和變壓器，逐漸成為潛油電泵機(jī)組應(yīng)用的關(guān)鍵，本文著重介紹變頻機(jī)組變壓器的計(jì)算選擇。

1 變頻機(jī)組變壓器的計(jì)算規(guī)律

潛油電泵機(jī)組的變頻控制允許機(jī)組轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速附近上下變化，從而使機(jī)組與油井工況最佳協(xié)調(diào)，達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)和系統(tǒng)節(jié)能的目的。由于離心泵變頻參數(shù)滿足相似定律，所以泵工作參數(shù)隨頻率變化而呈顯著變化。為此，進(jìn)行機(jī)組變頻匹配選型時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循下列原則：離心泵的額定排量參數(shù)必須介于最小頻率和最大頻率各自對(duì)應(yīng)的排量值之間。

采用變頻裝置后，考慮其變頻電性能，應(yīng)滿足變頻后最終頻率機(jī)組軸功率要求。另外可能導(dǎo)致潛油電機(jī)發(fā)熱量增加10%以上。因此變頻機(jī)組電機(jī)選取應(yīng)當(dāng)適當(dāng)放大。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用變頻器，確定電機(jī)功率時(shí)，應(yīng)首先確定最大頻率下對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率，然后按一次方頻率比折算到電機(jī)出廠功率，即50 Hz下功率。

2 變頻機(jī)組變壓器的計(jì)算過(guò)程

潛油電泵機(jī)組選井選泵的計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，以下按給定機(jī)組和變頻范圍來(lái)介紹變壓器的計(jì)算過(guò)程，如給定用戶需要排量50 m3/d、揚(yáng)程1 500 m的機(jī)組，變頻范圍為50～60 Hz。此時(shí)選擇泵系列為W50泵，圖1為50 Hz下定頻特性曲線，計(jì)算如下：

（1）據(jù)曲線查得單級(jí)揚(yáng)程6.5 m，泵級(jí)數(shù)＝總揚(yáng)程/單級(jí)揚(yáng)程＝1 500/6.5＝232級(jí)。

（2）電機(jī)功率的確定。50 Hz下電機(jī)功率為：P泵軸50Hz＝單級(jí)軸功率×級(jí)數(shù)＝0.07×232＝16 kW。而電機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，電機(jī)功率與頻率成一次方關(guān)系，揚(yáng)程與頻率是2次方的關(guān)系，排量與頻率是一次方的關(guān)系，因此當(dāng)工作在60 Hz時(shí)，P泵軸60Hz＝P泵軸50Hz×（50/60）3。電機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，電機(jī)功率與頻率成一次方關(guān)系，電機(jī)參數(shù)均為50 Hz下的數(shù)值，因此在50 Hz時(shí)，P泵軸50Hz＝P泵軸60Hz/（50/60）。

電機(jī)所需的功率為P電＝（P泵軸50Hz＋P保護(hù)器＋P分離器），經(jīng)計(jì)算后得功率為28 kW。查表1電機(jī)參數(shù)表，選擇合適的電機(jī)31 kW，電壓680 V，電流39 A。電機(jī)參數(shù)表，見(jiàn)表1。

表1 電機(jī)參數(shù)表

（3）地面電壓的確定。根據(jù)潛油電機(jī)工作電流和導(dǎo)體所處的井底溫度進(jìn)行潛油電纜的選擇。本例確定所選動(dòng)力電纜為4#電纜。假設(shè)動(dòng)力電纜壓降為 154 V，最高運(yùn)行頻率下地面所需電壓的公式：

本例：地面所需電壓＝680×（60/50）＋154＝970 V。

（4）變壓器所需總?cè)萘坑?jì)算

3 應(yīng)用中容易出現(xiàn)的問(wèn)題

3.1 觀念方面

在油田現(xiàn)場(chǎng)潛油電泵應(yīng)用中，大家都側(cè)重于選井選泵，而對(duì)于變壓器的選擇相對(duì)忽視，認(rèn)為是附件不重要，并對(duì)變壓器的能量損耗認(rèn)識(shí)不足，據(jù)統(tǒng)計(jì)電力系統(tǒng)中，變壓器的總損耗約占總發(fā)電量的8%，變壓器損耗是不能忽視的。目前勝利油田僅陸上油田就有潛油電泵井近1 300口，加上海上油田和抽油機(jī)的應(yīng)用，變壓器數(shù)量更多，優(yōu)化選擇變壓器，對(duì)節(jié)約能源具有非常重要的意義。

現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常在配套下井時(shí)，僅注重資金投入，消化使用庫(kù)存現(xiàn)有變壓器，不注重變壓器的更新和高效節(jié)能產(chǎn)品的選擇。S11是目前推廣應(yīng)用的低損耗變壓器，空載損耗降低20～35%，運(yùn)行時(shí)的噪聲水平降低到30～45 dB，又保護(hù)了環(huán)境。以315 kVA變壓器為例，S9變壓器與S11變壓器相比，其空載損耗分別為0.68 kW和0.48 kW，變壓器全年實(shí)際運(yùn)行時(shí)間按8 600 h計(jì)算，則10 a少損失電量為10×8600×（0.68－0.48）＝17 200 kWh，節(jié)能效果非常顯著。

3.2 變壓器的選擇計(jì)算方面

（1）計(jì)算地面電壓時(shí)，簡(jiǎn)單利用所選電機(jī)的額定電壓作為地面電壓計(jì)算參考值。如上述計(jì)算過(guò)程中，地面所需電壓計(jì)算為680＋154＝834 V，這樣計(jì)算后得到變壓器的容量為56 kVA，比實(shí)際需要的容量要小，這樣選擇現(xiàn)場(chǎng)選用的變壓器工作容量就會(huì)小，而現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中短時(shí)間內(nèi)往往都不會(huì)被發(fā)現(xiàn)。因?yàn)楫?dāng)變壓器選用較小時(shí)，能照常工作，而代價(jià)只是損害其正常使用壽命或增加其絕緣的自然老化，由于變壓器選擇不當(dāng)造成的變壓器能量耗也往往不被人們所注意。

（2）在潛油電泵的選擇中，電機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，電機(jī)功率與頻率成一次方關(guān)系，有人認(rèn)為變壓器的容量可以隨頻率變化，容量與頻率成一次方關(guān)系。當(dāng)工作在60 Hz時(shí)，其容量就是乘上功率的系數(shù)，如上述計(jì)算過(guò)程中，變壓器的容量為：56 kVA×1.2＝67 kVA，這樣當(dāng)在60 Hz下變壓器的容量不會(huì)小，但是計(jì)算過(guò)程是錯(cuò)誤的。對(duì)于一臺(tái)定型的變壓器，其阻抗電壓是一定的，容量也是一定的，變壓器輸出功率不會(huì)隨頻率而變化。

4 結(jié)束語(yǔ)

為保證潛油電泵機(jī)組經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)行，變壓器選擇需要考慮一下幾點(diǎn)：①結(jié)合變頻潛油電泵的機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)情況和工作情況，應(yīng)滿足機(jī)組在最大頻率下工作的容量，并盡量選用變壓器工作在容量 50%～70%利用率下。②變壓器長(zhǎng)期固定運(yùn)行情況下優(yōu)先考慮損耗較小的新型變壓器。雖然新型變壓器初期價(jià)格高，但是新型變壓器和高能耗變壓器價(jià)格差一般能在變壓器2～3 a的運(yùn)行中得到彌補(bǔ)。

1 K.E.布朗主編.升舉法采油工藝（卷一、卷二（上））［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1987：96～203

2 Centrilift a Baker Hughes Company, Submersible Pump Handbook, 1997：9～149

3 潛油電泵裝置的規(guī)格及選用（國(guó)標(biāo)）（GB/T 17386－1998）

Analysis the Frequency Conversion Dives the Oil Electric Pump Unit Transformer’s Choice

Li Dongjun

In dives the oil electric pump unit to choose the well to choose in the pump process, both must consider that the guarantee dives the oil electric pump unit’s operational reliability, and must test to ponder the optimization necessary, saves the cost, is the user obtains the maximum economic efficiency.This article brief introduction has dived the oil electric pump to choose the well to choose in the pump frequency conversion the unit transformer choice computational process, and wrong problem analysis which easy to appear to the application,further pointed out that chooses the well to choose the pump also to take the optimal transformer.

dives the oil electric pump unit; transformer; choice

TE933

A

1000－8136（2011）06－0025－02