油井變頻柜在新灘油田現場的應用

【摘 要】隨著新灘油田的不斷開發，油井變頻柜在現場的應用不斷增加。利用變頻調速技術，并通過傳感器技術實現模糊控制，使機械采油的效率在運行過程中始終保持在最佳狀態，有效杜絕了設備的空耗，從而實現了節能的目的。油田生產由于處于特殊的生產環境，不少變頻調速控制長期工作在野外，工作環境相對較差，對其運行可靠性提出了更高的要求。本文嘗試從現場維修的角度，對存在的問題進行分析分類，以期提高變頻柜的使用壽命，降低維修的成本。

【關鍵詞】變頻技術；故障報警；維修

新灘油田東臨渤海，北依黃河，位于黃河入海口腹地的海潮漲落區內，所屬二級單位是孤東采油廠，勘探面積1200平方公里，地質儲量為1098萬噸[1]。是一個集油氣勘探、開發、處理、集輸為一體的油氣生產單位。開井81口，其中抽油機井68口，螺桿泵井有13口。其中現場應用變頻柜72臺，占油井設備的88.9%。減少控制柜的故障停機時間，對于提高油井采油時率，同時降低維修成本，具有很大的意義。

1.基本情況

目前油井使用變頻柜種類繁多，其中主要廠家為東營匯安高科電子有限責任公司、勝利油田方圓石油裝備有限公司、泵站控制裝置、勝利油田長安特易節能設備有限責、淄博勝利乾慶物資經貿有限公司、濰坊鍵銘機械制造有限公司等六大廠家，其中應用最多的是匯安和方圓兩家公司。變頻柜功率主要有30KW、37KW、50KW等。變頻柜的使用極大地便利了油井調參，同時可以使油井控制在更加合理的生產壓差下。

2.油井井變頻器工作原理

工作原理變頻器主要采用交一直一交方式.變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源。然后再把直流電源轉換成不同頻率的交流電供給電動機。使電動機獲得無極調速所需要的電壓電流和頻率[2]。

3.變頻器的主要故障原因及預防措施

油田生產由于處于特殊的生產環境，不少變頻調速控制長期工作在野外，變頻器的工作環境相對較差，對變頻器的運行可靠性提出了更高的要求。由于使用方法不正確或設置環境不合理，將容易造成變頻器誤動作及發生故障，或者無法滿足預期的運行效果。為防患于未然，事先對故障原因進行認真分析顯得尤為重要。理論上變頻器在正常使用6-10年后，就進入故障的高發期，實際由于環境的惡劣等原因，投入使用后2-3年經常會出現元器件燒壞、失效、保護功能頻繁動作等故障現象，嚴重影響其正常運行。

3.1環境問題造成的故障

變頻器屬于電子器件裝置，在其規格書中有詳細安裝使用環境的要求。振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因，對于振動沖擊較大的場合，應采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路；溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導體器件，應根據裝置要求的環境條件安裝空調或避免日光直射。

定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風扇是非常必要的。目前在用變頻器的冷卻風扇損壞比較嚴重，而且部分變頻工作環境比較差，嚴重影響散熱及空氣流通，導致變頻器在高溫季節易跳閘、過熱報警。如：KD29X3抽油機，抽油機為節能十型機，控制柜廠家為深圳微能有限責任公司，配置拖動電機為22KW，油井正常生產時電流為46/45，今年7月該油井頻繁發生自動停經故障，顯示故障代碼為OH，機體發熱，查詢說明書為過熱保護。通過查找控制柜內制冷系統，發現四個風扇均布運轉，測試電路發現兩個風扇燒壞，兩個輸入電壓為零，通過重新鋪設電路恢復風扇的供電，油井未發生停井故障。

3.2參數設置及設備引起的故障

故障主要發生在低壓變頻器，故障主要表現為起動時并不立即跳閘，而是在運行過程中跳閘。可能的原因有：管線壓力過大，升速時間設定太短，降速時間設定太短，轉矩補償設定較大，引起低速時空載電流過大，電子熱繼電器整定不當，動作電流設定得太小、引起誤動作。

3.3主板及主電路的故障

由于使用年限較長和一些突發原因，而造成主板及主電路損林，此類故障發生必然造成元器件的損壞和報廢，目前采油隊無法維修，只能聯系廠家返廠維修。主要有：整流塊的損壞，充電電阻損壞，逆變器模塊燒壞，濾波電容的損壞，主板、電源板損壞。

3.4維護不當造成的故障

大部分變頻器過熱報警故障，除了冷卻系統風扇損壞的原因外，還有一個主要原因，就是日常維護的缺乏，變頻器散熱器灰塵積攢嚴重，影響散熱。目前每年只有一次的春季電路檢修，有專職電工負責全隊油井的低壓線路檢修，通常發現過后兩個月，控制柜內充滿灰塵。

3.5油井異常引起的故障停井

正常生產的油井忽然發生變頻柜故障停井，在排除設備的原因后，要注意觀察油井井筒的生產情況，找出造成停井的根本原因。KD18-18X10為12型抽油機，控制柜為深圳微能有限公司，電機配置為37KW，2012年7.15日變頻柜故障，下調參數至0.9次生產，測電流油井不平衡，安排職工調平衡以恢復參數。17日職工反應調平衡后油井仍不能恢復參數，油井出現自動停機的問題。懷疑控制柜問題，更換東營邁科控制柜后仍不能正常生產，現場落實情況，發現回壓較正常時（1.0Mpa）偏低（0.8Mpa），安排安排測試工測試功圖，發現深部斷脫，撈起扶井后正常生產。

3.6匹配合適的變頻柜，滿足油井的正常生產

現場應用中，采油工都稱呼變頻柜為嬌娃娃，廠家對于變頻柜的保護停井設置的很精確，造成油井使用有很多限制條件，合適的匹配變頻柜，既是節能的要求，也是油井正常生產的需求。KD18為12型抽油機，變頻柜為東營方圓（額定電流100A），配置37KW電機聲場，由于該井剛擠完CO2后，油井產出液含水極低，造成油井負荷偏重，測試電流峰值達到85A，造成油井頻繁過流停井，通過詢問廠家發現控制柜的設置過流停井閥值為70A（為保護主板元件），為保證油井正常生產，更換高德配套控制柜后（額定電流110A），油井未發生停井問題。

4.幾點建議

4.1建立變頻器日常保養制度

對變順器的管理進行規范，由專人負責對變頻設備進行日常維護保養。日常維護保養的具體內容可以分為：

4.1.1運行數據記錄，故障記錄

定期測量變頻器及電機的遠行數據，包括變頻器輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，變頻器內部直流電壓，散熱器溫度等參數。與合理數據對照比較，以利于早日發現故障隱患。變頻器如發生故障跳閘，務必記錄故障代碼和跳閘時變頻器的運行工況，以便具體分祈故障原因。

4.1.2變頻器日常檢查

每月進行一次，檢查記錄運行中的變頻器輸出三相電壓，并注意比較它們之間的平衡度；檢查記錄變頻器的三相輸出電流，并注意比較它們之間的平衡度；檢查記錄環境溫度，散熱器溫度；察看變頻器有無異常振動，聲響，風扇是否運轉正常。

4.1.3變頻器保養

每臺變頻器每半年需要清灰保養1次。保養要清除變頻器內部和風路內的積灰、臟物，將變頻器表面擦拭干凈，變頻器面板要保持清潔光亮；在保養的同時要仔細檢查變頻器，察看變頻器內有無發熱變色部位，阻尼電阻有無開裂現象，電解電容有無膨脹漏液防爆孔突出等現象，PCB板有否異常，有沒有發熱燒黃部位。

4.2加強培訓

（1）對變頻設備操作、管理人員進行基礎培訓，掌握變頻器日常維護保養的知識以及了解基本參數的設置。

（2）對變頻器維修人員進行系統的培訓，以便今后更好地開展維修工作。

5.結論

變頻器一次性投入較高，但解決了機械采油系統功率因數低、電機啟動轉矩大、負載率低、能耗大的問題。如不能延長變頻柜的使用壽命，將造成投入成本的無法回收。加強對變頻器操作、管理、維護、檢修人員的變頻器知識以及檢修能力的培訓，是提高油田變頻器利用率重要途徑。變頻器故障的檢修與維護，除了要熟悉和掌握其控制電路的工作原理外，更重要的是要靠檢修實踐和經驗的不斷積累，才能正真提高現場維護與檢修人員的檢修水平，才能更好地掌握變頻器的維修技術，滿足油田生產工作的需要。 [科]

【參考文獻】

[1]任福生.新灘油田試采方式研究.斷塊油氣田，2002，03.

[2]王延才.變頻器原理及應用.機械工業出版社，2009，07.