摘要：本文介紹了遼河油田6000伏1800KW注水泵供電變頻改造的情況。其中包括變頻器設(shè)計(jì)及制造中的一些技術(shù)問(wèn)題和改造前后注水泵運(yùn)行情況的對(duì)比。 關(guān)鍵詞：注水泵、高壓變頻器 功率單元串聯(lián) Reconstruct the power for 6000v-1800kv water-pump with the inverter in Liaohe oil-field Abstract: This paper presents the complexion of reconstruct the power for 6000v-1800kv water-pump with the inverter in Liaohe oil-field. That include some keys technical problems of the inverter and the comparision of refom front and back.. Keywords: water pump; high voltage inverter; power unit series 一、 引言 我們是能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展制約于能源的生產(chǎn)和消費(fèi)。油、煤、電是我國(guó)能源最重要的組成部分。油田是產(chǎn)油基地，又是用電大戶。多產(chǎn)油、少用電是油田追求的目標(biāo)。為了讓每個(gè)油井最大限度的“各盡所能”，注水保油壓是常用方法，注水泵成了油田生產(chǎn)的重要設(shè)備，它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工作效率關(guān)系到整個(gè)油田的經(jīng)濟(jì)效益。注水泵如果直接用電網(wǎng)驅(qū)動(dòng)，即工頻、全壓工作，啟動(dòng)電流大、電機(jī)沖擊嚴(yán)重、油田電網(wǎng)電壓波動(dòng)大、電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)法根據(jù)油井具體情況進(jìn)行調(diào)整，這些因素影響了注水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)果是故障多、維護(hù)費(fèi)用高、運(yùn)行效率低。注水泵變頻改造勢(shì)在必行。注水泵電壓高，容量大，工作環(huán)境惡劣，由于長(zhǎng)期連續(xù)工作而對(duì)可靠性要求苛刻。所以選擇變頻器要慎之又慎。2004年8月遼河油田分公司錦州采油廠老三聯(lián)2＃注水泵電機(jī)安裝了山東風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的6000V、1800KW變頻器。經(jīng)過(guò)4個(gè)月的試運(yùn)行，已經(jīng)取得很好的效果，現(xiàn)把變頻器有關(guān)技術(shù)問(wèn)題和安裝前后運(yùn)行情況的對(duì)比提供給讀者，愿與同行交流。 二 變頻器的設(shè)計(jì)及制造 客戶要求的主要技術(shù)指標(biāo)是： 6000V，1800KW，額定電流為230A，負(fù)載為沈陽(yáng)防爆機(jī)廠生產(chǎn)的YB1800S2-2注水泵電機(jī)。 變頻器采用功率單元串連結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是輸出電平數(shù)多，波形好，能適合普通異步電動(dòng)機(jī)，且不必降額使用；雖然所需IGBT數(shù)量大，但對(duì)耐壓要求不高；輸入整流電路的脈沖數(shù)大，對(duì)電網(wǎng)污染小，功率因數(shù)高。 每相8個(gè)單元，三相共24個(gè)單元，如圖1所示。所選單元數(shù)大是因?yàn)榭紤]到容量大、電壓高，單元內(nèi)的干擾較強(qiáng)，適當(dāng)降低單元母線電壓可減小單元內(nèi)的干擾，對(duì)提高可靠性有利。線電壓6000V，相電壓為3464V，8個(gè)單元串聯(lián)，每個(gè)單元輸出433V，母線電壓612V，采用優(yōu)化SPWM設(shè)計(jì)，可將母線電壓降低為約530V，變壓器付邊各繞組電壓應(yīng)為375V。考慮到變壓器阻抗壓降5～6％，變壓器付邊繞組輸出采用395V，單元的母線電壓空載約為560V，選1200V的IGBT模塊為開(kāi)關(guān)器件能滿足耐壓要求。 為變壓器繞制不過(guò)于繁雜，采用18脈沖整流，輸入端的諧波幅度已能滿足國(guó)標(biāo)規(guī)定。變壓器付邊的移相角度只有三種：－20°、0°、＋20°。變壓器與各功率單元的聯(lián)接如圖2所示。 為降低整機(jī)功耗，選用低飽和壓降400A的兩只IGBT并聯(lián)工作，可有足夠的電流余量。單元電路的主電路如圖3所示。旁路支路采用IGBT模塊取代原先采用的晶閘管。這樣驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，有利于提高可靠性。 [ALIGN=CENTER] 圖1 24個(gè)功率單元串聯(lián)圖 圖2 變壓器繞組與功率單元的聯(lián)接 圖3 單元電路主電路[/ALIGN] 整個(gè)變頻器的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。 [ALIGN=CENTER] 圖4 總體結(jié)構(gòu)圖[/ALIGN] 該變頻器控制系統(tǒng)有一套獨(dú)立的電源子系統(tǒng)。當(dāng)主電路有故障時(shí)，控制系統(tǒng)供電依然正常，能保證IGBT開(kāi)關(guān)次序不亂；主電路不加電、不加載的情況下，可以對(duì)整機(jī)進(jìn)行調(diào)試，此時(shí)各點(diǎn)波形與主電路加電、加載時(shí)完全一樣，只是輸出電壓幅度小。這對(duì)設(shè)備調(diào)試、檢修和操作人員的培訓(xùn)十分方便；主電路高壓突然斷電時(shí)，電解電容及變壓器繞組電感的儲(chǔ)能不會(huì)給IGBT管構(gòu)成威脅，因?yàn)榭刂齐娫催€在正常工作，整個(gè)控制系統(tǒng)都在正常工作。 該變頻器采用的是準(zhǔn)優(yōu)化SPWM調(diào)制技術(shù)，調(diào)制信號(hào)不是純正弦信號(hào)，而是基波和三次諧波的疊加。其電壓利用率接近1。三次諧波在三相平衡輸出中會(huì)自動(dòng)相互抵消，不會(huì)增加輸出的失真度。 該變頻器中采用了載波移相技術(shù)，大大抑制了輸出電壓的諧波成分，保證了輸出波形是“完美”正弦波。 該變頻器中采用光纖傳輸控制信號(hào)，大大提高了設(shè)備的抗干擾能力。 　　 該變頻器的用戶操作監(jiān)控系統(tǒng)界面十分友好和完善。系統(tǒng)包括上位機(jī)（商用PC機(jī)）、下位機(jī)（工控機(jī)）、單片機(jī)。其中單片機(jī)給用戶提供一個(gè)4位LED數(shù)碼屏和一個(gè)12鍵的小鍵盤(pán)操作平臺(tái)，可對(duì)變頻器進(jìn)行全部操作，包括參數(shù)設(shè)置和各種運(yùn)行指令。工控機(jī)用觸摸屏和通用鍵盤(pán)給用戶提供操作平臺(tái)，其功能更齊全，包括參數(shù)設(shè)定、功能設(shè)定、運(yùn)行操作、運(yùn)行數(shù)據(jù)打印、故障查詢等等。上位機(jī)（商用PC機(jī)）放在總控室，可對(duì)多臺(tái)變頻器進(jìn)行遙測(cè)、遙控。若只有一臺(tái)變頻器，上位機(jī)可省，或讓客戶自定。 三．運(yùn)行情況 設(shè)備安裝線路如圖5所示。變頻供電、工頻供電切換方便。 [ALIGN=CENTER] 圖5 設(shè)備安裝線路[/ALIGN] 該設(shè)備所有配件都安裝在機(jī)柜內(nèi)，不需要另外的電抗器、濾波器、補(bǔ)償電容、啟動(dòng)設(shè)備等外部裝置，所以結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)配線少，跳水方便；電機(jī)始終運(yùn)行平穩(wěn)，溫升正常；電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的噪音和電流非常小；在電機(jī)調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子軸瓦的最高溫升允許65°C，而實(shí)測(cè)只有10°C。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試三相輸出的電壓波形、電流波形都非常標(biāo)準(zhǔn)，諧波含量極小，效率高于97％。自投運(yùn)以來(lái)，設(shè)備管理人員對(duì)輸入變壓器的溫升、功率單元的溫升進(jìn)行定期巡檢，檢查結(jié)果完全正常。 現(xiàn)把變頻調(diào)速器安裝前后耗電情況分別列于表1和表2中。 [ALIGN=CENTER]表1: 2004年 5月使用變頻調(diào)速器前的耗電 表2: 2004年 8月使用變頻器后的耗電情況 [/ALIGN] 由表1和表2可以看出，2＃注水電機(jī)安裝變頻調(diào)速器前后的注水單耗從6.79 Kw?h/ m3下降到5.38Kw?h/ m3，耗電從1244246 Kw?h/ m3 下降到698215 Kw?h/ m3，不考慮其它方面的影響： 節(jié)電率＝[（安裝前耗電－安裝后耗電）/安裝前耗電]＊100％ 　　?。絒（1244246-698215）/1244246]＊100％ 　　　＝43.88％ 四．結(jié)論 設(shè)備經(jīng)受住了四個(gè)月的考驗(yàn)。客戶說(shuō)，該設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，性能可靠，簡(jiǎn)便實(shí)用，節(jié)能效果顯著；改善了工作人員的工作環(huán)境，降低了值班人員的工作強(qiáng)度；變頻調(diào)速器對(duì)電機(jī)具有軟啟動(dòng)功能，啟動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊電流，減少了對(duì)電網(wǎng)的污染；方便了機(jī)組的保養(yǎng)，大大降低了維修費(fèi)用，延長(zhǎng)了機(jī)組的使用壽命，值得推廣。 生產(chǎn)單位和使用單位將對(duì)設(shè)備進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的考查，希望變頻器在注水泵類負(fù)載的應(yīng)用中有更好的表現(xiàn)，得到更大范圍的推廣。 參考文獻(xiàn) 1.．萬(wàn)伏變頻器的研制 山東科學(xué) 2003年第3 期P91 李瑞來(lái)、尹鵬飛、韓文昭 2．高壓大功率變頻器的研制及應(yīng)用 變頻器世界 P50 周加勝 劉學(xué)成 作者簡(jiǎn)介：尹彭飛　男　工程師?。保梗梗改戤厴I(yè)于東北大學(xué)，現(xiàn)從事于電力電子方面的研究。 現(xiàn)任山東風(fēng)光電子公司技術(shù)科長(zhǎng)。