淺析變頻潛油電泵機組變壓器的選擇

李冬軍

（勝利油田勝利泵業有限責任公司，山東 東營 257079）

淺析變頻潛油電泵機組變壓器的選擇

李冬軍

（勝利油田勝利泵業有限責任公司，山東 東營 257079）

在潛油電泵機組的選井選泵過程中，既要考慮保證潛油電泵機組的工作可靠性，又要考慮優化配套，節約成本，為用戶取得最大的經濟效益。本文簡要了介紹潛油電泵選井選泵中變頻機組變壓器選擇計算過程，并對應用中容易出現的錯誤問題分析，進一步指出選井選泵也要重視優選變壓器。

潛油電泵機組；變壓器；選擇

隨著油田開發進入高含水期，潛油電泵采油工藝以其優越的強采能力和排量大的特點得到廣泛應用，但近年來由于油田由“產量型”向“經營型”的轉變，如何降低成本、節能降耗逐步轉變為工作的重點，潛油電泵常常被認為是“耗電大戶”，如何提高電泵采油系統效率，降低電泵采油井耗電量，已成為當前降低電泵采油成本的一條重要途徑。國外潛油電泵用戶特別注意加強電泵井的遠程管理，下入井下傳感器，正確監測電泵以及電泵與油藏之間的相互關系，并加裝變頻調速控制裝置，及時調整電泵機組各參數以適應油井的工況，以延長電泵的運行壽命，提高油井產量。目前國內也開始重視變頻機組的應用，如何經濟的選擇變頻機組和變壓器，逐漸成為潛油電泵機組應用的關鍵，本文著重介紹變頻機組變壓器的計算選擇。

1 變頻機組變壓器的計算規律

潛油電泵機組的變頻控制允許機組轉速在額定轉速附近上下變化，從而使機組與油井工況最佳協調，達到穩定生產和系統節能的目的。由于離心泵變頻參數滿足相似定律，所以泵工作參數隨頻率變化而呈顯著變化。為此，進行機組變頻匹配選型時，應當遵循下列原則：離心泵的額定排量參數必須介于最小頻率和最大頻率各自對應的排量值之間。

采用變頻裝置后，考慮其變頻電性能，應滿足變頻后最終頻率機組軸功率要求。另外可能導致潛油電機發熱量增加10%以上。因此變頻機組電機選取應當適當放大。

當現場應用變頻器，確定電機功率時，應首先確定最大頻率下對應的電機功率，然后按一次方頻率比折算到電機出廠功率，即50 Hz下功率。

2 變頻機組變壓器的計算過程

潛油電泵機組選井選泵的計算過程比較復雜，以下按給定機組和變頻范圍來介紹變壓器的計算過程，如給定用戶需要排量50 m3/d、揚程1 500 m的機組，變頻范圍為50～60 Hz。此時選擇泵系列為W50泵，圖1為50 Hz下定頻特性曲線，計算如下：

（1）據曲線查得單級揚程6.5 m，泵級數＝總揚程/單級揚程＝1 500/6.5＝232級。

（2）電機功率的確定。50 Hz下電機功率為：P泵軸50Hz＝單級軸功率×級數＝0.07×232＝16 kW。而電機為恒轉矩調速，電機功率與頻率成一次方關系，揚程與頻率是2次方的關系，排量與頻率是一次方的關系，因此當工作在60 Hz時，P泵軸60Hz＝P泵軸50Hz×（50/60）3。電機為恒轉矩調速，電機功率與頻率成一次方關系，電機參數均為50 Hz下的數值，因此在50 Hz時，P泵軸50Hz＝P泵軸60Hz/（50/60）。

電機所需的功率為P電＝（P泵軸50Hz＋P保護器＋P分離器），經計算后得功率為28 kW。查表1電機參數表，選擇合適的電機31 kW，電壓680 V，電流39 A。電機參數表，見表1。

表1 電機參數表

（3）地面電壓的確定。根據潛油電機工作電流和導體所處的井底溫度進行潛油電纜的選擇。本例確定所選動力電纜為4#電纜。假設動力電纜壓降為 154 V，最高運行頻率下地面所需電壓的公式：

本例：地面所需電壓＝680×（60/50）＋154＝970 V。

（4）變壓器所需總容量計算

3 應用中容易出現的問題

3.1 觀念方面

在油田現場潛油電泵應用中，大家都側重于選井選泵，而對于變壓器的選擇相對忽視，認為是附件不重要，并對變壓器的能量損耗認識不足，據統計電力系統中，變壓器的總損耗約占總發電量的8%，變壓器損耗是不能忽視的。目前勝利油田僅陸上油田就有潛油電泵井近1 300口，加上海上油田和抽油機的應用，變壓器數量更多，優化選擇變壓器，對節約能源具有非常重要的意義。

現場經常在配套下井時，僅注重資金投入，消化使用庫存現有變壓器，不注重變壓器的更新和高效節能產品的選擇。S11是目前推廣應用的低損耗變壓器，空載損耗降低20～35%，運行時的噪聲水平降低到30～45 dB，又保護了環境。以315 kVA變壓器為例，S9變壓器與S11變壓器相比，其空載損耗分別為0.68 kW和0.48 kW，變壓器全年實際運行時間按8 600 h計算，則10 a少損失電量為10×8600×（0.68－0.48）＝17 200 kWh，節能效果非常顯著。

3.2 變壓器的選擇計算方面

（1）計算地面電壓時，簡單利用所選電機的額定電壓作為地面電壓計算參考值。如上述計算過程中，地面所需電壓計算為680＋154＝834 V，這樣計算后得到變壓器的容量為56 kVA，比實際需要的容量要小，這樣選擇現場選用的變壓器工作容量就會小，而現場應用中短時間內往往都不會被發現。因為當變壓器選用較小時，能照常工作，而代價只是損害其正常使用壽命或增加其絕緣的自然老化，由于變壓器選擇不當造成的變壓器能量耗也往往不被人們所注意。

（2）在潛油電泵的選擇中，電機為恒轉矩調速，電機功率與頻率成一次方關系，有人認為變壓器的容量可以隨頻率變化，容量與頻率成一次方關系。當工作在60 Hz時，其容量就是乘上功率的系數，如上述計算過程中，變壓器的容量為：56 kVA×1.2＝67 kVA，這樣當在60 Hz下變壓器的容量不會小，但是計算過程是錯誤的。對于一臺定型的變壓器，其阻抗電壓是一定的，容量也是一定的，變壓器輸出功率不會隨頻率而變化。

4 結束語

為保證潛油電泵機組經濟有效的運行，變壓器選擇需要考慮一下幾點：①結合變頻潛油電泵的機組現場情況和工作情況，應滿足機組在最大頻率下工作的容量，并盡量選用變壓器工作在容量 50%～70%利用率下。②變壓器長期固定運行情況下優先考慮損耗較小的新型變壓器。雖然新型變壓器初期價格高，但是新型變壓器和高能耗變壓器價格差一般能在變壓器2～3 a的運行中得到彌補。

1 K.E.布朗主編.升舉法采油工藝（卷一、卷二（上））［M］.北京：石油工業出版社，1987：96～203

2 Centrilift a Baker Hughes Company, Submersible Pump Handbook, 1997：9～149

3 潛油電泵裝置的規格及選用（國標）（GB/T 17386－1998）

Analysis the Frequency Conversion Dives the Oil Electric Pump Unit Transformer’s Choice

Li Dongjun

In dives the oil electric pump unit to choose the well to choose in the pump process, both must consider that the guarantee dives the oil electric pump unit’s operational reliability, and must test to ponder the optimization necessary, saves the cost, is the user obtains the maximum economic efficiency.This article brief introduction has dived the oil electric pump to choose the well to choose in the pump frequency conversion the unit transformer choice computational process, and wrong problem analysis which easy to appear to the application,further pointed out that chooses the well to choose the pump also to take the optimal transformer.

dives the oil electric pump unit; transformer; choice

TE933

A

1000－8136（2011）06－0025－02