潛油電泵是油田主要機(jī)采設(shè)備之一，同時也是油田主要耗能設(shè)備。以大慶某油田為例，潛油電泵耗電量約占該油田機(jī)采設(shè)備耗電量的32%.由此可見，通過對潛油電泵井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到提高潛油電泵并系統(tǒng)效率，降低單井能耗，對緩解油田電力緊張趨勢意義重大。本文所提出的潛油電泵井系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要考慮了油井、潛油電泵機(jī)組和管路的合理匹配以使?jié)撚碗姳貌⑾到y(tǒng)達(dá)目摘效運(yùn)行和節(jié)能降耗的目的?；纠碚摑撚碗姳镁到y(tǒng)由油井、潛油電泵機(jī)組和管路三個子系統(tǒng)組成，這三個子系統(tǒng)既互有區(qū)別，又相互聯(lián)系，三者協(xié)調(diào)作用的結(jié)果使?jié)撚碗姳锰幱诜€(wěn)定狀態(tài)。

　　一、潛油電泵專用變頻器的工作原理

　　1、變頻調(diào)速原理

　　變頻器可以通過改變潛油電機(jī)定子供電頻率來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)潛油電機(jī)的調(diào)速。交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：

　　n=60F1（1-S）/P

　　式中， n-電機(jī)轉(zhuǎn)速， F1-定子供電頻率，P-極對數(shù)，S-轉(zhuǎn)差率。

　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟起動、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。國內(nèi)技術(shù)較的品牌有英威騰、匯川、三 晶、紫日電氣科技有限公司、雷諾爾、歐瑞（原煙臺惠豐）、藍(lán)海華騰。

　　2、變頻器工作原理

　　主電路是給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的"整流器",吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的"平波回路",以及將直流功率變換為交流功率的"逆變器".

　　該設(shè)備為交--直--交電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)，即先將交流輸入整流為直流，再把直流逆變?yōu)樗桀l率的交流。通過控制程序可以自由改變其輸出頻率，從而可以平滑地軟啟動電機(jī)、軟停車。再加上變頻器設(shè)有輸出濾波器，有較好的輸出波形補(bǔ)償，從而減少了由于輸出線較長而造成的傳輸損耗。

　　逆變部分采用三電平方案，與兩電平方案相比，它逆變電壓高，用常規(guī)電壓IGBT器件就能實(shí)現(xiàn)千伏以上的逆變，并且波形比兩電平好。

　　原理圖：三晶變頻原理圖：

圖1  三電平逆變原理圖

　　二、現(xiàn)場應(yīng)用情況

　　變頻器主要技術(shù)指標(biāo)如下：

　　輸入：三相、50Hz、線電壓1140V+15%～20%

　　容量：75KW

　　輸出：頻率2～50 Hz 連續(xù)可調(diào)，額定電壓1140V

　　過載能力：150%，1分鐘

　　保護(hù)功能：過壓、欠壓、過流、短路、缺相、溫升過高、失速等。

　　安裝方法：與控制屏串聯(lián)，即控制屏的輸出接變頻器的輸入，變頻器的輸出接井下機(jī)組。

　　安裝完畢，頻率調(diào)至40 Hz試運(yùn)行1天，日產(chǎn)液量較原來下降10m3.9月11日，將頻率調(diào)至47 Hz運(yùn)行，產(chǎn)量恢復(fù)到原來狀態(tài)。目前該變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)正常，運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1：

表 1、梁23-平1井安裝變頻器前后運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)表

　　三、效果評價和經(jīng)濟(jì)效益

　　1、效果評價

　　2005年6月16日，純梁采油廠能源檢測站采用DJYC-95型電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行測試儀(電流、電壓0.5級，功率1.0級)，對梁23-平1井1140V潛油電泵專用變頻器的節(jié)電效果進(jìn)行了現(xiàn)場測試，得出結(jié)論如下：

　　A、功率因數(shù)得到提高，由0.671提高到0.759。

　　B、有功功率降低幅度較大，有功節(jié)電率達(dá)到了22.49%，無功節(jié)電率為39.85%，綜合節(jié)電率為23.04%，節(jié)電效果較好。(見表2)

表2、梁23-平1井安裝變頻器前后測試數(shù)據(jù)表

　　2、經(jīng)濟(jì)效益：

　　安裝變頻器后綜合節(jié)電率為23.04%，年節(jié)電15.22萬Kwh，基本電費(fèi)按0.435元/Kwh計(jì)算，則每年節(jié)約電費(fèi)6.62萬元，不到兩年便可收回投資（該變頻器價格為12.5萬元）。

　　另外，由于變頻器實(shí)現(xiàn)了電泵的軟啟停，對延長電泵使用壽命將大有益處，可節(jié)約維護(hù)資金，提高經(jīng)濟(jì)效益。

　　四、推廣應(yīng)用前景

　　潛油電泵專用變頻器針對潛油電泵不能自由調(diào)節(jié)產(chǎn)量這一弊端，有效地解決了這一科技難題，保證了潛油電泵能夠安全可靠地運(yùn)行，起到了節(jié)能增效的效果。但變頻調(diào)速技術(shù)在潛油電泵井上的推廣應(yīng)用仍處于起步階段。我廠共有電泵井16口。目前，僅在梁23-平1井應(yīng)用了該技術(shù)。若能在所有電泵井上得到推廣應(yīng)用，將會大大提高我廠電泵井的經(jīng)濟(jì)效益，因此其推廣前景十分廣闊。

　　五、對潛油電泵井應(yīng)用變頻技術(shù)的幾點(diǎn)認(rèn)識

　　1. 潛油電泵井應(yīng)用變頻技術(shù)能夠保證電泵機(jī)組工作在工況，可以延長潛油電泵的使用壽命，同時節(jié)

　　電效果明顯。

　　2. 潛油電泵專用變頻器存在性投資較大、需進(jìn)一步降低成本的問題，以利于大面積的推廣應(yīng)用。

　　3. 進(jìn)一步提高變頻器的硬件設(shè)計(jì)，軟件開發(fā)水平及相關(guān)配件的質(zhì)量，確保其在 使用過程中穩(wěn)定可靠。

　　該系統(tǒng)從設(shè)備選型、設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試到投入運(yùn)營，在短時間內(nèi)順利完成，運(yùn)行效果良好，達(dá)到了用戶的預(yù)期目標(biāo)。運(yùn)行兩年來無故障，受到了用戶好評。為企業(yè)創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)效益，極具推廣價值。