電潛泵變頻器一拖二技術(shù)在海上油田的工程應(yīng)用

樊冰

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司， 天津 300451）

1 引言

渤海某無人平臺原有兩口油井，通過2根海底電纜進行電潛泵開采。后期為滿足增產(chǎn)需求增加兩口油井，對4口油井同時進行電潛泵開采。平臺現(xiàn)有油井開采配套設(shè)備（主要包括電潛泵變頻器）已無法滿足生產(chǎn)需要，需要在原有的“一拖一”（即一臺變頻器拖帶一口電泵）的基礎(chǔ)上，升級增加設(shè)備，拓展成“一拖二”（即一臺變頻器同時拖帶兩口電泵），從而實現(xiàn)兩臺變頻器同時拖帶控制四口油井電泵的功能。

2 變頻器在海洋平臺上的應(yīng)用優(yōu)勢

海洋平臺上的電網(wǎng)基本為獨立電網(wǎng)，各種不同等級的用戶在同一個電網(wǎng)下工作，如強電與弱電、生活與公用、通訊與常規(guī)等，相互影響大，平臺整體的容量小。大功率電動機用工頻電源啟動時，起動轉(zhuǎn)矩能夠達到額定轉(zhuǎn)矩的125%以上，起動電流能夠達到額定電流的5～6倍，不僅對電機產(chǎn)生很大的過電流沖擊[1]，而且對電網(wǎng)會產(chǎn)生很大的影響，甚至?xí)谡麄€電網(wǎng)，使其他設(shè)備不能正常工作。

如果采用變頻器運轉(zhuǎn)，隨著電機的加速相應(yīng)地緩慢提高頻率和電壓，起動電流就能被限制在150%額定電流以下（根據(jù)機型不同，一般為125%～200%）。采用變頻器傳動可以使啟動時間變長，從而平滑地啟動，不對電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊。起動電流基本上為額定電流的1.2～1.5倍，起動轉(zhuǎn)矩為70%～120%額定轉(zhuǎn)矩。尤其是對于帶有轉(zhuǎn)矩自動增強相應(yīng)功能的變頻器，它的起動轉(zhuǎn)矩為100%以上，可以直接帶全負載起動。

3 變頻器在海洋平臺上使用的選型原則

縱觀海洋平臺使用變頻器的情況，就海洋石油生產(chǎn)的特點可歸納以下幾點：

（1）選擇變頻器時應(yīng)以電機實際電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機的額定功率只能作為參考。另外應(yīng)能夠充分考慮變頻器的會輸出高次諧波，造成電動機的功率因數(shù)和效率都會降低。因此，啟動方式采用變頻器與采用工頻電網(wǎng)相比較，電動機的額定電流要增加10%并且溫升要增加20%左右。因此選擇電動機和變頻器時，應(yīng)考慮這些情況，適當(dāng)留有裕量，以防止溫升過高，影響電動機的使用壽命。像壓縮機等轉(zhuǎn)矩波動大的設(shè)備，像油壓泵等有峰值負載的設(shè)備，若按照電動機的額定電流或者額定功率來選擇變頻器，就有發(fā)生因電流峰值過高而使過電流保護動作的可能。因此，根據(jù)設(shè)備工頻運行情況，應(yīng)選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。

（2）由于整個海洋平臺劃分為不同的區(qū)域，因此在選擇變頻器時，一定要注意其防護等級是否與現(xiàn)場的環(huán)境條件相匹配，否則現(xiàn)場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運行。并且在驅(qū)動防爆電動機時，如果變頻器未選擇防爆構(gòu)造，就應(yīng)將變頻器設(shè)置在平臺危險區(qū)外[2]。

（3）變頻器如果需要長電纜運行時，在這種情況下，應(yīng)采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器的出力不夠。將變頻器放大一檔進行選型或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

（4）變頻器如果需要控制并聯(lián)的幾臺電機，一定要考慮變頻器到電動機的電纜長度等參數(shù)能夠在變頻器的容許范圍內(nèi)，如果超過相應(yīng)的規(guī)定值，就必須放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下，由于要適應(yīng)多臺不同規(guī)格的電動機，如果變頻器的保護參數(shù)設(shè)定得較寬松，容易導(dǎo)致保護無法作用到保護電機的情況，此時需在每臺電動機上加熔斷器來實現(xiàn)相應(yīng)的保護[3]。

4 電潛泵變頻器“一拖二”在工程項目中的實際應(yīng)用

渤海某無人平臺原有兩口油井，電潛泵控制方式為由變頻器“一拖一”進行控制。該兩口油井的變頻器安裝在距離此平臺3公里外的帶配電間的EP平臺，通過2根海底電纜進行電潛泵開采。該無人井口平臺后期要再增加兩口油井，對4口油井同時用電泵進行開采。依據(jù)原有資源，已無法滿足生產(chǎn)需要，如果繼續(xù)采用變頻器“一拖一”控制方式，EP平臺無新增變頻器的位置，需要新增電潛泵控制間，另外需要再新增敷設(shè)兩根海纜，投資量巨大，經(jīng)濟效益不高。

結(jié)合海上油田的實際情況，在EP平臺電泵控制間拆除原有“一拖一”變頻器的輸入輸出相應(yīng)電纜及部件后，將柜體整體移除；將一套“一拖二”變頻器和變壓器就位，并列安裝于原變頻器位置。在無人井口平臺，安裝一套控制柜，兩套防爆分線柜以及兩個井口接線箱供新增兩口油井電潛泵使用。

圖1 實現(xiàn)電潛泵“一拖二”后，整體配電系統(tǒng)電氣單線圖

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，滿足“一拖二”變頻控制系統(tǒng)，變頻器實現(xiàn)在30～60Hz內(nèi)任一頻率上對電潛泵進行變頻拖動，具備電潛泵機組所要求的各種保護功能，實現(xiàn)兩臺變頻器同時拖帶控制四口油井電泵的功能，包括短路、缺相、欠載、電流不平衡等，而且變頻器輸出電壓諧波滿足國家電力部門規(guī)定要求。

變頻器裝置具備適配平臺潛油電泵機組長距離電纜傳輸?shù)哪芰Γê＠|約3000m，井下電纜約2000m），并對已有的海底電纜進行了校核。

表1 實現(xiàn)電潛泵“一拖二”后，原有海底電纜參數(shù)校核結(jié)果

5 結(jié)論

在海洋工程中，對于海上無人井口采油平臺，特別是通過海纜對電潛泵進行供電的類型，如在進行產(chǎn)能擴大或者開發(fā)新井的情況下，利用原有海底電纜，采用“一拖二”的變頻控制之類的控制方式，在滿足各項基本要求及相關(guān)校核的前提下，可實現(xiàn)對無人平臺設(shè)備運行的遠程監(jiān)控，提高油田生產(chǎn)管理的數(shù)字化水平[4]，能夠大幅度降低施工改造成本，提高油田產(chǎn)能，達到降本增效的目的。

在海洋石油開發(fā)過程中，除了大片集中油田的開采，仍有邊際油田等小區(qū)域油井亟待開發(fā)與提升產(chǎn)能。因此，電潛泵變頻技術(shù)“一拖二”甚至“一拖N”的擴展對于海洋石油工業(yè)發(fā)展前景將很有幫助。

◆參考文獻

[1] 原魁，劉偉強. 變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

[2] 中國船級社. 海上移動平臺入級與建造規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3] 謝巍，李鑫，敬蜀蓉，等. 海上采油平臺電潛泵“一變多控”系統(tǒng)[J].微計算機信息，2003，19(7)：33-35.

[4] 鄒軍華. 邊際油田變頻一拖二系統(tǒng)設(shè)計[J].科技展望，2015，(16)：105-106.