潛油永磁同步電機(jī)控制方案

   日期：2021-06-22

    我國(guó)是一個(gè)石油資源比較匱乏的國(guó)家，國(guó)際原油市場(chǎng)的價(jià)格波動(dòng)直接影響著國(guó)內(nèi)成品油的價(jià)格波動(dòng)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)石油的需求越來(lái)越大，這就要求我們不斷提高國(guó)內(nèi)原油的產(chǎn)量，提高每一口油井的產(chǎn)出率。我國(guó)有些油田由于多年的開采，原油的含油量在不斷下降，有的油井含水能達(dá)到80%-90%。開采已進(jìn)入三次采油階段（一次采油主要靠地層本身的壓力采油，二次采油主要靠向地下注水或注入蒸汽增大地層壓力，三次采油主要是向地層注入聚合物，依靠聚合物的吸附作用進(jìn)行采油）。三次采油所用的聚合物非常粘稠，它的水合物從外觀上看就像是膠水；要想從地層深處將這樣粘稠的聚合物抽出來(lái)，就需要轉(zhuǎn)速低的潛油電機(jī)和潛油螺桿泵來(lái)實(shí)現(xiàn)。

    目前市場(chǎng)上銷售的潛油電機(jī)都是為潛油離心泵配置的，這種電機(jī)嚴(yán)格上應(yīng)該叫潛油異步電機(jī)；特點(diǎn)就是額定轉(zhuǎn)速高，一般都在1500rpm，功率也比較大，電壓等級(jí)有0.66KV、1.14KV、3KV、6KV等。此類電機(jī)的控制也很成熟，主要是使用高壓變頻器，高壓變頻器的控制方式主要是V/F模式，也就是我們通常用的控制模式。另外一種潛油電機(jī)就是潛油永磁同步電機(jī)，此種電機(jī)的特點(diǎn)就是額定轉(zhuǎn)速低，一般在300-500rpm，目前的電壓等級(jí)為0.38KV和0.66KV，由于電壓等級(jí)比較低，所以功率也較小。此種電機(jī)的低速性能較好，比較適合三次采油的油田。

    潛油永磁同步電機(jī)的控制方案：

    1 控制方案的組成：本方案所控制的潛油永磁同步電機(jī)參數(shù)：額定電壓0.40KV；額定功率15KW；額定頻率50Hz。本方案是由塑殼開關(guān)、熔斷器、ABB變頻器、濾波器及輔助電器設(shè)備組成。由以上電器元件組成了本方案的開關(guān)電器、控制電器和保護(hù)電器三部分。開關(guān)電器在本方案中主要是指塑殼開關(guān)；控制電器是本方案的關(guān)鍵部分主要是指ABB變頻器；保護(hù)電器主要是塑殼開關(guān)、熔斷器和濾波器。

    2 開關(guān)電器的作用：本方案中的塑殼開關(guān)既是開關(guān)電器又是保護(hù)電器，所謂“開關(guān)”主要是指在主回路中起到開關(guān)電路的作用，所謂“保護(hù)”主要是指瞬時(shí)短路保護(hù)也就是分?jǐn)嗄芰?。選擇塑殼開關(guān)的主要依據(jù)一個(gè)是主回路中的額定電流，另一個(gè)就是分?jǐn)嗄芰?。由于本方案控制的潛油永磁同步電機(jī)的工作模式是重載模式，所以在選擇塑殼開關(guān)時(shí)放大了開關(guān)的容量，選用了60A的塑殼開關(guān)，分?jǐn)嗄芰?KA。

    3 保護(hù)電器的作用：保護(hù)電器中的塑殼開關(guān)主要作用是短路保護(hù)；熔斷器也是起到短路保護(hù)的作用但它的動(dòng)作時(shí)間短，反應(yīng)時(shí)間快，所以在本方案中加以選用。選用的原則是熔斷器額定電流必須大于等于負(fù)荷的電流，在這里我們選擇和塑殼開關(guān)的容量一致，也是60A。濾波器的選用主要是為了減少變頻器所產(chǎn)生諧波危害，延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。

    4 控制電器的作用：控制電器為ABB變頻器，主要參數(shù)：額定電壓0.4KV ；額定功率18.5KW；額定頻率50Hz。此種變頻器的控制模式有三種：V/F模式；矢量控制模式（VC）；直接轉(zhuǎn)矩控制模式（DTC）。我們使用三種方式對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，得出以下結(jié)論：V/F模式驅(qū)動(dòng)電機(jī)，空載起動(dòng)電流60A，空載運(yùn)行電流4~6A，帶負(fù)載不能起動(dòng)。矢量控制模式（VC）驅(qū)動(dòng)電機(jī)，空載不能起動(dòng)。

    綜合以上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為對(duì)潛油永磁同步電機(jī)的控制策略只能采用直接轉(zhuǎn)矩控制模式（DTC）。但ABB的此種變頻器價(jià)格較高，如果國(guó)產(chǎn)品牌的變頻器也能有此種控制模式和控制效果，將在油田的市場(chǎng)上有廣闊的應(yīng)用空間。