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单击此处编辑副标题变频系统培训2013年11月培训讲师：王翀采油技术服务公司机械采油分公司2目录产品、技术内容概述产品实现过程产品的使用业绩、应用情况产品的标准、规范产品有关的技术研发和相应应用技术团队情况（含分工）333在油井生产中，应用变频器进行调产，可使电泵的效能提高，与油井产能匹配好，调产范围大，泵的合理工作范围宽，延长检泵周期，减小作业费用，有效提高产量。实验表明，通过频率的调整，产量增加明显，因此在许多情况下不需要换大泵。由于变频调产的优势，在平台大量使用。泵工作范围宽应用变频器（VSD或VFD）拖动潜油电机，调节转速和工作电压。调产、节电、延长寿命，方便生产应用。为什么采用变频控制系统？4传统工频控制柜与变频器的性能对比VS工频控制柜变频器工频直启，冲击电泵变频软启，保护电泵固定频率，不能调产可变频率，能够调产额定功率，电能消耗适用功率，降低能耗数据单一，人工记录数据详细，自动记录随着变频器在海上平台的应用推广，变频控制系统的优点也显现出来。应用变频器控制油井生产，不但提高了油井产量，同时大大降低了能耗。变频器在海上平台的应用量呈现逐年递增趋势。为什么采用变频控制系统？5潜油电泵是油田重要的采油手段之一，采用变频调速技术，可以满足油田部分油井的动态变化。变频调速不但准确、方便，而且能起到节能降耗、稳定工艺流程的作用，经济效益十分显著。变频采油机组的主要优点1、提高产液量变频机组可以根据井下供液情况，随时调整机组的运转频率，通过提高或降低机组转速，调正泵的排量以适应井下供液状况的需要，因此，无论地层供液状况如何，变频机组都能充分发挥出其生产能力，提高了单井产液量。例如稠油或供液不足井可降低运行频率保证持续高效产液。2、变频机组效率高节约能源，因为变频机组能始终合理的保持在最佳状态下运转，所以在产液量相同的情况下，使用变频机组所消耗的功率大为减少，效率得到了充分的提高。为什么采用变频控制系统？3、变频机组的软起动机组起动之后运行频率随时间成线性上升，同时变频后的输出电压、电流和机组的转速跟随频率的不断变化平稳的增加到额定值，如此有效的避免了因每次受到强大起动电流的冲击而给机组造成的损伤和破坏。同时也因起动电流小而稳定了平台电网的供电质量。4、变频机组的运转寿命长变频控制电泵运行有效的减少了机组频繁的欠载及过载停机，同时又因为变频启动电流的减少，起动转矩也减少，由此而产生的冲击力也随之减少，所以有效避免了电机轴泵轴的断裂和其它机械性故障的发生。提高和延长了机组在井下的寿命。6为什么采用变频控制系统？海上平台现状7类别下泵数检泵次数检泵周期水源井7877488高温井3939456螺杆泵2215232检泵原因措施井况电气机械施工不明总体气串数量229124385116229697276比例（%）23.612.839.6122.39.91008所有检泵原因中，电气故障导致检泵最多，其次是措施和井况，这三个因素检泵次数约占总数的76%，相对而言，高温井、水源井、螺杆泵的检泵周期明显较短。近三年检泵原因分析8电气方面：主要表现为绝缘损坏，电缆击穿，电机烧坏等现象，约占有效统计检泵原因的44%，是导致检泵的最主要原因。电缆击穿电机烧海上平台现状9绝缘降低是导致电缆击穿和电机烧坏、老化等问题的主要原因。而影响机组绝缘的主要因素--温度和高压。设备的温度等级应是使用环境温度和自身发热产生温度的和。因此设备的散热条件是影响其温度寿命的重要因素。通常应用材料寿命的半衰期温差表示温度对其寿命的影响。即温度升高一定值，其寿命就缩短一半。如变压器的环氧树脂，约为10度。海上平台现状10感应电压：U=L*di/dtU：感应电压I：跳闸时电流；t：电流延续时间；L：电缆上的分布电感；感应电压可达上万伏。潜油电泵耐压要远高于运行电压，因此运行电压通常不是电机绝缘击穿的主要原因。控制柜真空的截流特性使电机与电缆产生瞬时感应过电压，将电缆或电机击穿。击穿点案例：QHD32-6C6井，酸化前正常生产，作业后测绝缘为0，但直阻平衡，但再次启动直阻不平衡。海上平台现状11部分变频器输出高次谐波也是电缆绝缘破坏的另一原因（加热绝缘护套降低耐压，并产生振荡高压）。常规通用变频器输出为PWM波，含高次谐波，对电缆与电机的绝缘有破坏性作用，主要表现为：过电压与热效应两种。因此通用变频器不能直接用于电潜泵系统。海上平台现状变频控制系统概述变频控制系统通过一台中央控制柜实时监控所有运行中的变频器机组，用户可以通过控制柜上的计算机人机操作界面，对所有机组进行启停操作和频率调节，并且所有机组的运行数据会以曲线趋势实时显示并永久保存，方便用户随时查询。自定义的电机保护参数，可以根据用户需要有效的保护电泵的正常运转，所有发生的故障记录也会自动保存在计算机中，用户可随时查看发生故障的原因。计算机上还连接有打印机设备，可以随时将需要的数据曲线和故障记录等打印出来。1213step_uptransformer480VAC3P60HZLocaljunctionboxP-1203MMMcircutbreakercircutbreakercircutbreakerstep_uptransformerstep_uptransformerMcircutbreakerstep_uptransformerMcircutbreakerstep_uptransformerP-1201P-1202P-1204P-1206LocaljunctionboxLocaljunctionboxLocaljunctionboxLocaljunctionbox283kVA260kVA355kVA355kVA355kVA355kVA355kVA283kVA260kVA355kVA=1.A/1-2RS485cableCtrl/SignalcabletoCCRCtrl/SignalcabletoCCRCtrl/SignalcabletoCCRCtrl/SignalcabletoCCRCtrl/SignalcabletoCCRControlcableControlcableControlcableControlcableControlcableVSD-1203VSD-1201VSD-1202VSD-1204VSD-1206变频控制系统概述14本系统由以下三部分构成1、硬件部分本系统使用的硬件设备有：有源谐波滤波器、低压变频柜（变频模块、正弦波滤波器）、升压变压器、中央控制柜（PLC可编程控制器、Modbus通讯模块、工控计算机、UPS、打印机）。2、软件部分Windows2000/XP操作系统、STEP7PLC编程软件、WINCC人机组态编程软件。3、通讯部分应用ProfibusDP通讯协议，变频器与中央控制柜间的通讯电缆通过总线连接器连接。应用Modbus通讯协议与平台中控室进行数据传输。接口方式为RS485。变频控制系统概述15变频控制系统通讯原理中央控制柜通过ProfibusDP通讯协议使PLC与变频器之间进行实时通讯。同时监控计算机中的人机操作界面从PLC中获取数据并将其显示出来，并可对PLC发出各种命令，从而控制变频器的运行状态。监控系统通讯原理图变频器基本原理标准低压变频器的结构：交直交电压型的。进线端子EMC滤波器整流桥储能电容预充电回路制动晶体管制动电阻及其保护逆变桥电流互感器出线端子16单个小IGCT驱动电路IGBT(300A/1700V)变频器基本原理标准低压变频器的结构：交直交电流型的。控制单元1个功率单元Ｅｄｃ２Ｅｄｃ-Ｅｄｃ-２Ｅｄｃ1个单元输出电压波形AA3A2A1B1B2B3C1C2C3100%电压输出VACVBAVCBBC120No高压变频器的结构：多重化型。变频器基本原理19中压变频器的结构：三电平输出型。变频器基本原理变频器的进线电源可以是三相380-500V，也可以是690V；或三相200－240V，也可以是单相200－240V。电源电压在690V以下称为低压变频器，1000V以上称为中压或高压变频器。进线电源的相序不影响电机的转向。20变频器基本原理大多数变频器采取三相全波整流，整流器件为功率二极管。三相全波整流获得的直流输出电压为进线电压有效值的1.4倍，例如电网电压为400V，则这时直流母线电压为540V左右。但随着负载的波动，直流母线电压也会波动。21变频器基本原理变频器采用三相全波整流，有二极管、可控硅或IGBT几种。整流后的直流电压为直流母线电压，应用电容器组保持稳定；输入电源的质量会影响到三相输入电流的平衡。在变频器开始上电时，为防止电容上出现涌流，通常采用预充电电路保护设备和供电电网。直流母线上的电压应稳定在一定的范围，变频器监测其电压、输入电压，输入电流等参数，调节其工作状态。变频器基本原理整流：应用二极管的单向导通性，使得电压在正向时通过，反向时截止。形成了交流向直流的转化。单个二极管为单相半波整流，两个二极管为单相全波整流，工业应用通常为三相全波则为六脉冲整流。三相交流电经过整流后，即在二极管的输出形成了带一定的谐波的直流电源，通过与电容、电抗等储能元件的组合，则形成比较稳定的直流源。随着大功率可控硅的出现，可以通调节导通角实现整流，整流的效率更高。变频器基本结构原理当变频器拖动反向送电设备时，（如钻机下放），需对电机进行反向制动，确保电机的平稳运行，采用制动回路，实现变频器对电动设备的精确控制。此功能大量应用于各种工业环境，如火车、升降机等。制动方式有多种，对于潜油电泵则不存在这种应用。逆变单元为变频器的驱动控制单元，通过控制IGBT的开关导通时间与方向，形成三相交变电流，其输出电能的有效值可等效为三相交流电。变频器的实际输出不是真正的正弦波，而是一个类似的有效值，因此变频器的驱动方式和真实的工业电源有一定的差别。变频器基本原理逆变桥：将直流转化为交流的过程称为逆变。最常见的直流转为交流的方法为双刀双掷开关。变频器的开关是通过IGBT（绝缘栅双极性晶体管）的通断来实现的，随着电力电子技术的发展，IGBT的导通电阻小，耐高压，在整个从开到关的过程中都可以进行控制。新型IGBT导通速度更快，自身发热量更小。效率高。功率集成电路将大功率器件与控制电路集成到同一芯片上，可靠性更高，体积更小，集成度更高。31875426RL2VinVoVcV+V-变频器的输出波形输出电压波形为脉冲波，其形成机制称为脉宽调制技术输出电流波形接近正弦波，谐波成分为导致变频器输出干扰的主要原因。2526产品实现过程海上平台变频器应用的特殊要求：1、海上平台为独立小电网，各种设备共用同一系统电源，抗干扰能力小。变频器不能干扰其它设备的运行。2、变频器应适用于长线电缆的动力传送，而不对电缆与电机带来损伤。3、和一般工业应用不同，变频器与其拖动电机的价值比相对较低，因此要求对负载具备保护功能。4、受平台位置与环境的影响，变频器应具备高可靠性。5、变频器应能够与其它控制设备相关联，操作简单方便灵活。该产品为总公司科研项目《潜油电泵专用变频技术开发》成果；目前的生产模式：27产品实现过程样机试验报告产品实现过程29产品实现过程技术研发报告和产品图纸产品研发报告外观尺寸图电气原理图内部结构图产品实现过程CCS中国船级社认证目前自主研发变频器已经获得了CCS（中国船级社）认证。产品实现过程电机线路电源OTSVFDS外形尺寸重量电机功率线路电流视在功率最大连续电流最大瞬时电流，型号380V480V380V380V460V持续时间为60SWXDXHKWHPAAKVAAAAmmkg三相电源：380……480V50/60Hz110150202168133215215236.5OTSVFDS-110-3/4800X650X2200360132200239224157.3259259284.9OTSVFDS-132-3/4800X650X2200400160250289275190.2314314345.4OT