電潛泵變頻長(zhǎng)電纜控制技術(shù)教案資料

長(zhǎng)距離電纜變頻控制技術(shù)應(yīng)用匯報(bào)華北油田科達(dá)開發(fā)有限公司BZ34-3/5平臺(tái)電潛泵主要內(nèi)容1工程概況2電潛泵長(zhǎng)距離電纜變頻控制技術(shù)方案3變頻器現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試§1工程概況§1.1海上平臺(tái)使用環(huán)境條件:位置：東經(jīng)119°28′～119°33′,北緯38°05′～38°08′的海域平臺(tái)類型：人工海上平臺(tái)環(huán)境溫度：-17.2℃～34.6℃海水溫度：11.9℃大氣溫度：11.1℃平臺(tái)水深：20.22米濕度：1)最大相對(duì)濕度：94%；2)最小相對(duì)濕度：10%§1.2主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1、平臺(tái)電泵機(jī)組數(shù)量：BZ34-3平臺(tái)2口，BZ34-5平臺(tái)2口2、潛油電泵機(jī)組功率范圍為：65KW-100KW3、潛油電泵機(jī)組額定工作電流：＜90A4、潛油電泵機(jī)組額定工作電壓：700-2000V5、“一對(duì)一”變頻控制系統(tǒng)電源為：380V/50Hz§1.3對(duì)電潛泵長(zhǎng)距離電纜控制變頻系統(tǒng)的技術(shù)要求

1、BZ34-3/5平臺(tái)各分別采用2套“一對(duì)一”變頻控制系統(tǒng)，共4套；

2、變頻器可以實(shí)現(xiàn)在0-50Hz內(nèi)任一頻率上對(duì)ESP進(jìn)行變頻啟動(dòng)，變頻啟動(dòng)過程中能夠根據(jù)電泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié)；

3、變頻器輸出波形應(yīng)該適應(yīng)長(zhǎng)距離電纜傳輸（海纜5000米+井下電纜2000米）的需要

4、設(shè)備要提供空載及滿載時(shí)散發(fā)的熱量及理論計(jì)算依據(jù)；

5、中壓變頻器的噪聲等級(jí)≤75DB，溫升等級(jí)≤65K，中壓變壓器的噪聲等級(jí)≤50DB，溫升等級(jí)≤85K

6、變頻器輸入/輸出電流電壓諧波必須滿足國(guó)家電力部門規(guī)定的要求；

7、變頻器應(yīng)滿足射頻干擾的要求，且不能對(duì)相同控制室內(nèi)的其他設(shè)備產(chǎn)生射頻干擾，變頻器與變壓器安裝在同一房間內(nèi)時(shí)，變壓器對(duì)變頻器本身的控制、數(shù)據(jù)讀取與記錄及數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)沒有影響；

§2電潛泵長(zhǎng)距離電纜變頻控制技術(shù)方案§2.1系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵

安全性、可靠性與穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)根據(jù)海上平臺(tái)的工藝技術(shù)要求，要使平臺(tái)變頻系統(tǒng)真正發(fā)揮作用，首先務(wù)必保證運(yùn)行設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，少出故障或不出故障；使系統(tǒng)安全可靠，穩(wěn)定運(yùn)行。這是海上平臺(tái)生產(chǎn)管理與設(shè)備管理的第一原則。

長(zhǎng)距離電纜傳輸海纜5000米，井下電纜2000米，共計(jì)7000米的長(zhǎng)距離電纜傳輸，選用的變頻器必需滿足長(zhǎng)距離電纜傳輸。§2.2技術(shù)實(shí)施方案1、容量選擇根據(jù)技術(shù)要求與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，該平臺(tái)上電潛泵機(jī)組電流＜90A，潛油電泵機(jī)組功率范圍為60kW--100kW，額定工作電壓為700-2000V。下面分別從電泵電壓與電流方面加以說明。電壓方面電潛泵機(jī)組的額定電壓為700-2000V。電纜總長(zhǎng)度7000米，按每100m損耗10V電壓計(jì)算，7000m電纜壓降為700V，要求變頻器輸出電壓大于2700V.（2000V+700V）電流方面根據(jù)技術(shù)參數(shù)中的功率和電壓全覆蓋情況下計(jì)算：當(dāng)電泵功率60kW--100kW，額定電壓為700V時(shí)，電流為62-103A

當(dāng)電泵功率60kW--100kW，額定電壓為2000V時(shí)，電流為20-36A

根據(jù)給定功率和額定電壓計(jì)算，在覆蓋全范圍情況下最小電流為20A（電泵是60KW、2000V時(shí)），最大電流為103A（電泵是100KW、700V時(shí)）.根據(jù)實(shí)際工況和技術(shù)要求基本數(shù)據(jù)中給定的電潛泵機(jī)組電流小于90A。所以選用電流不小于90A的變頻器即可。此結(jié)果滿足技術(shù)要求中的電泵功率、電壓、電流三個(gè)參數(shù)的全部要求。§2.2技術(shù)技術(shù)實(shí)施方案2、品牌選擇西門子-羅賓康品牌中壓變頻器電壓等級(jí)在2.3KV-13.8KV，功率在200KW-12000KW。變頻器采用一體化設(shè)計(jì)，可最大限度地提高產(chǎn)品的功能、效率和可靠性，無電纜長(zhǎng)度限制（見原理部分說明）。所以選用西門子公司的羅賓康完美無諧波系列高壓變頻器完全可以滿足本項(xiàng)目的技術(shù)要求（見圖2-1中壓變頻主回路單線圖、圖2-2羅賓康VFD外形尺寸圖）。根據(jù)西門子-羅賓康品牌中壓變頻器選型規(guī)格，電流不小于90A時(shí)，可選PH-0.38-3.3-500。主要參數(shù)：18脈沖整流，額定輸入電壓380V，額定輸出電壓3300V，額定電流105A，額定功率500KW，防護(hù)等級(jí)IP31，外形尺寸2594×1092×2624。3、羅賓康中壓變頻器原理及組成原理羅賓康完美無諧波中壓變頻器采用若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)直接中壓輸出（見圖2-3羅賓康VFD拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖）。該變頻器具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數(shù)高，輸入輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、dv/dt及共模電壓等問題的特性，不必加輸出濾波器，就可以應(yīng)用到普通的異步電機(jī)，包括國(guó)產(chǎn)電機(jī)上。本項(xiàng)目選用輸出電壓為3.3KV中壓變頻器。每相由3個(gè)額定電壓為630V的功率單元串聯(lián)而成（見圖2-4羅賓康VFD功率單元原理圖），輸出線電壓最大可達(dá)3.3KV，每個(gè)功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣，實(shí)現(xiàn)多重化，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。對(duì)于3.3KV電壓等級(jí)變頻而言，就是18脈沖的整流電路結(jié)構(gòu)，輸入電流波形接近正弦波（圖2-5羅賓康VFD的輸入電壓、電流波形圖）。由于輸入電流諧波失真很低，變頻器輸入綜合功率因數(shù)可達(dá)到0.95以?！?.2技術(shù)技術(shù)實(shí)施方案圖2-4羅賓康VFD功率單元原理圖圖2-3羅賓康VFD拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖圖2-5羅賓康VFD的輸入電壓、電流波形圖380V電網(wǎng)電壓經(jīng)過副邊多重化的移相變壓器升壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入、單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的中壓直接輸出，供給中壓電動(dòng)機(jī)。逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術(shù)，3.3KV輸出相當(dāng)于7電平，輸出電壓完美無諧波（見圖2-6羅賓康VFD電流、電壓輸出波形）。電平數(shù)的增加有利于改善輸出波形，由諧波引起的電機(jī)發(fā)熱，噪音和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)都大大降低，所以這種變頻器對(duì)電機(jī)沒有特殊要求，可直接用于普通異步電機(jī)，不需要輸出濾波器。

§2.2技術(shù)技術(shù)實(shí)施方案3、羅賓康中壓變頻器原理及組成圖2-5羅賓康VFD電壓輸出波形電流輸出波形§2.2技術(shù)技術(shù)實(shí)施方案3、羅賓康中壓變頻器原理及組成組成

羅賓康變頻器采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從圖2-3中可知，主要由移相變壓器、功率單元及控制單元三部分組成。

與采用高壓器件直接串聯(lián)的變頻器相比，由于不是采用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)高壓輸出，而是采用整個(gè)功率單元串聯(lián)，器件承受的最高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓，可直接使用低壓功率器件，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓?jiǎn)栴}。功率單元中采用的低壓IGBT功率模塊，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟可靠。

功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，同一變頻器內(nèi)的所有功率單元可以互換，維修也非常方便。這一系列變頻器目前正在全世界得到廣泛應(yīng)用。4、羅賓康中壓變頻器的主要性能特點(diǎn)全球中壓變頻器知名品牌，超過十年的安全運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，適合ESP應(yīng)用。變頻器采用18脈沖整流、7電平逆變方式，為直接高壓結(jié)構(gòu)，0-3.3KV直接輸出(輸出電壓可以設(shè)置)，不需輸出升壓變壓器，輸出為單元串聯(lián)移相式PWM方式，輸出相電壓至少為7電平，線電壓至少為11電平。系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，包括輸入干式移相變壓器，變頻器等所有部件及內(nèi)部連線，用戶只須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號(hào)線即可。整套系統(tǒng)在出廠前進(jìn)行整體測(cè)試。無需濾波器，變頻器就可輸出正弦電流和電壓波形，對(duì)電機(jī)沒有特殊的要求，電機(jī)不必降額使用。具有軟起動(dòng)功能，沒有電機(jī)啟動(dòng)沖擊引起的電網(wǎng)電壓下跌，可確保電機(jī)安全、長(zhǎng)期運(yùn)行。性能優(yōu)異，輸入和輸出諧波小（18脈沖整流輸入符合并優(yōu)于IEEE519～1992及GB/T14519～93標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電壓失真和電流失真＜5%最嚴(yán)格的要求），變頻裝置對(duì)輸出電纜長(zhǎng)度無任何要求，電機(jī)不會(huì)受到共模電壓和dv/dt的影響。輸出電纜長(zhǎng)度無限制。§2.2技術(shù)技術(shù)實(shí)施方案內(nèi)部移相變壓器為干式，絕緣等級(jí)為H級(jí)，可靠性高，為免維護(hù)型。適應(yīng)電網(wǎng)波動(dòng)要求。當(dāng)電網(wǎng)電壓下降至55%時(shí)，變頻器在降額時(shí)仍能繼續(xù)工作輸入功率因素大于0.95。在20～100%的負(fù)載變化情況內(nèi)達(dá)到或超過0.95的功率因數(shù)(無需功率因數(shù)補(bǔ)償裝置)。體積(包括變壓器在內(nèi))小，安裝空間少。中文PC操作界面，給用戶帶來方便。具有緊急關(guān)斷功能?？刂葡到y(tǒng)采用全數(shù)字微機(jī)控制，具有自診斷功能。電機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)優(yōu)化?？刂葡到y(tǒng)具有在線檢測(cè)變頻器輸入電壓、電流、輸入有功功率、無功功率、輸入功率因素、累計(jì)用電量、輸出電壓、電流、功率、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速等功能。變頻器功率單元和主控系統(tǒng)通訊采用光纖連接，具有很高的通信速率和抗干擾能力，安全性好?！?.2技術(shù)技術(shù)實(shí)施方案4、羅賓康中壓變頻器的主要性能特點(diǎn)§2.2技術(shù)技術(shù)實(shí)施方案結(jié)構(gòu)合理變頻器的功率單元為模塊化設(shè)計(jì)，可以從機(jī)架上抽出，移動(dòng)和更換，所有單元可以互換，更換單元不須專用工具，更換一個(gè)單元的時(shí)間一般小于10分鐘逆變器側(cè)采用高開關(guān)頻率的IGBT器件，保證良好的輸出波形。輸入側(cè)的移相變壓器能保護(hù)電機(jī)不受共模電壓的影響。整個(gè)變頻系統(tǒng)采用強(qiáng)制風(fēng)冷。變頻系統(tǒng)前面操作和維修，可靠墻布置。變壓器的防護(hù)等級(jí)為IP31，對(duì)變頻器柜體及電氣部分進(jìn)行防腐蝕處理。保護(hù)功能強(qiáng)變頻裝置有過電壓，過電流，欠電壓，缺相，變頻器過載，變頻器過熱，電機(jī)過載，輸出接地，輸出短路等保護(hù)功能。變頻裝置具有輸入側(cè)各種保護(hù)。變頻器帶轉(zhuǎn)速跟蹤再起動(dòng)功能。還具有潛油電泵要求的相關(guān)保護(hù)功能，如：短路、缺相、過載、欠載、電流不平衡、啟動(dòng)過程保護(hù)等。4、羅賓康中壓變頻器的主要性能特點(diǎn)4、羅賓康中壓變頻器的主要性能特點(diǎn)§2.2技術(shù)技術(shù)實(shí)施方案長(zhǎng)距離傳輸性能好

在控制上采用磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流雙閉環(huán)控制方式，通過監(jiān)測(cè)變頻器負(fù)載的磁通電流，通過軟件調(diào)節(jié)變頻器的輸出電流環(huán)與磁通環(huán)，達(dá)到與負(fù)載電感與電容的匹配，從而提高了變頻器的長(zhǎng)距離帶載能力。

羅賓康高壓變頻器輸入/輸出電流、電壓諧波完全滿足國(guó)家電力部門規(guī)定的要求。

由于該變頻器采用了上述控制原理，所以無輸出電纜限制，特別適宜長(zhǎng)輸出電纜的應(yīng)用場(chǎng)合。

輸出波形適應(yīng)長(zhǎng)距離電纜傳輸?shù)男枰?，ESP應(yīng)用可長(zhǎng)達(dá)35km的電纜。

因此羅賓康3.3kVVFD的輸出電壓完全可以滿足技術(shù)協(xié)議要求的7000m長(zhǎng)度，而不采用濾波器可達(dá)到的輸出距離。

從目前在BZ34-5平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用情況看，其效果也是非常理想的。高強(qiáng)抗干擾能力變頻器采用多脈沖整流及多電平逆變，輸出諧波含量較小，諧波對(duì)其它設(shè)備影響非常小。同時(shí)，通過柜體的屏蔽設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的接地、輸入輸出電纜屏蔽等措施可以保證變頻器對(duì)其它控制設(shè)備無影響。變壓器對(duì)變頻器本身的控制、數(shù)據(jù)讀取與記錄及傳輸沒有任何影響。維護(hù)方便羅賓康高壓變頻器采用單元模塊化設(shè)計(jì)，前開門，維護(hù)方便。4、羅賓康中壓變頻器的主要性能特點(diǎn)§2.2技術(shù)技術(shù)實(shí)施方案功率范圍225kＷ-120000kＷ2300ＶＡＣ-13800ＶＡＣ設(shè)計(jì)多重化的脈寬調(diào)制輸入額定輸出功率時(shí)為±１０％，降額輸出時(shí)可達(dá)＝１０％／－３０％輸出波形脈寬調(diào)制正弦波，2.3kV-13.8kV輸出頻率0-50/60Hz(可選到330Hz)輸入功率因數(shù)在２０％－１００％負(fù)載下均能達(dá)到０.９５效率變頻器效率高，達(dá)98.5%輸入電源無相序敏感頻率精度所有因數(shù)下（±０.５％）調(diào)速范圍０-１００％連續(xù)的（依應(yīng)用而定）加速時(shí)間０.１-３２００秒，可調(diào)節(jié)（依負(fù)載而定）減速時(shí)間０.１-３２００秒，可調(diào)節(jié)（依負(fù)載而定）過載能力標(biāo)準(zhǔn)110%，1分鐘控制電壓3AC380V或單相AC220V起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可空載調(diào)試，控制采用無速度傳感器矢量控制，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)150%5、羅賓康中壓變頻器的主要技術(shù)參數(shù)AI/AO2路4～20mA或0～10V模擬量輸入,4路4～20mA模擬量輸出或0～10V用以輸出電機(jī)電壓，電流和頻率等指示信號(hào)(可程序修改)DI/DO5路DI：自動(dòng)起動(dòng)/停止，手動(dòng)起動(dòng)/停止，緊停，復(fù)位等7路DO：變頻器就緒，運(yùn)行，故障等(容量220VAC/5A)通訊變頻器帶有MODBUS485通訊接口和以太網(wǎng)接口，可以將功率因素、輸出頻率、輸出電壓等參數(shù)通過通訊接口傳送至PLC或DCS發(fā)熱量及噪音溫升等級(jí)滿載損耗（包含輸入變壓器）＜2%。變頻器部分的損耗主要取決于選定的IGBT、二極管等器件的通態(tài)損耗及開通/關(guān)斷損耗。中壓變頻器的噪音等級(jí)<75dB,溫升等級(jí)<65K，中壓變壓器的噪音等級(jí)<50DB，溫升等級(jí)<85K。防護(hù)等級(jí)空冷為ＮＥＭＡ－１，水冷為ＮＥＭＡ－１２環(huán)境溫度攝氏０-４０度，95%相對(duì)濕度，（有更高溫度要求也可以，需和廠里接洽）海拔平均海拔１０００米以下，再高也可，需和廠里接洽塵污染在６.５毫克立方升時(shí)小于１００微米氣體污染抗電性氯化物和硫化物少于每十億分之四抗振動(dòng)變頻器抗地震能力為7級(jí)，振動(dòng)0.5G，臨界速度可跳過(共3組，可任意設(shè)定)。5、羅賓康中壓變頻器的主要技術(shù)參數(shù)6、數(shù)據(jù)顯示與通訊控制功能啟、?？刂疲嚎煽刂芕FD對(duì)電泵的啟動(dòng)和停止（見圖2-9啟停控制畫面）。運(yùn)行頻率設(shè)定：在啟動(dòng)過程或運(yùn)行過程中對(duì)變頻器輸出頻率設(shè)定。參數(shù)設(shè)定：電泵額定電壓、電泵額定電流（見圖2-10參數(shù)輸入畫面）。保護(hù)參數(shù)設(shè)定：過壓、欠壓、過流、過載電流、欠載電流、過載延時(shí)、欠載延時(shí)、短路電流、電流不平衡度等（見圖2-11保護(hù)報(bào)警畫面）。電泵運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示：運(yùn)行電壓、運(yùn)行頻率。電流記錄儀電流直觀顯示電泵運(yùn)行狀態(tài)顯示：運(yùn)行、停止、故障；。通訊：可向中控DSC系統(tǒng)上傳變頻器的全部參數(shù)、電泵運(yùn)行數(shù)據(jù)、電泵工況數(shù)據(jù)等等，也可接收中控DSC下傳的電泵啟動(dòng)、停止、調(diào)頻及急停等指令。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：可通過中控室計(jì)算機(jī)在電泵正常運(yùn)行時(shí)一小時(shí)存儲(chǔ)一個(gè)電流值，當(dāng)電泵運(yùn)行電流有波動(dòng)時(shí)，加密電流存儲(chǔ)點(diǎn)?！?.2技術(shù)技術(shù)實(shí)施方案§3變頻器現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

BZ34-4EP第一次海上平臺(tái)調(diào)試

BZ34-4EP第二次海上平臺(tái)調(diào)試