電潛泵作為海上采油的主要工具，其壽命的長短直接影響到原油生產的成本和效率。因此提高電潛泵使用壽命便成了擺在技術人員面前的重要課題。

　　摘要：主要介紹了“一邊多控”技術在海洋石油平臺電力拖動中的應用

　　關鍵字：電潛泵;高壓變頻器;一變多控;

　　工頻直接啟動也叫硬啟動，電機在工頻狀態(tài)下直接啟動，高壓電潛泵馬達沖擊電流大，繞組溫升過高，會造成絕緣的加速老化及機械損傷。另外油稠時電潛泵負載大，往往啟動較困難，甚至啟動不了。這嚴重影響了電潛泵的壽命。變頻啟動又叫軟啟動，是用逐步提高電動機定子繞組的供電頻率來提高電動機速度。這種啟動方式降低了電機的端電壓和起動電流。與其他的啟動方式相比，起動電流小，對設備無沖擊力矩，對電網無沖擊電流，既不影響其他設備運行又能得到理想的啟動特性。但是變頻器比較昂貴，采用一對一進行拖動成本就會很高。如何既能降低成本又能夠延長電潛泵壽命，“一變多控”就成了很好的選擇。

　　“一變多控”就是一臺或多臺變頻器控制多臺電機或電潛泵。“變”指變頻器;“多”指不少于三個以上的被控對象;對于海上平臺來說，就是用一套或多套變頻系統(tǒng)控制多臺潛油泵機組分時分別軟啟動、測井運行、過載啟動、正常調產運行、變頻/工頻切換、停機、數(shù)據采集、狀態(tài)監(jiān)視等等。

　　在“一變多控”系統(tǒng)下啟動電機，變頻器帶動電機從0Hz、1Hz、2Hz……慢慢啟動起來最后達到50 Hz(或60HZ)穩(wěn)定運行。當變頻電源與工頻電源的頻率、幅值相位一致時，將在變頻狀態(tài)下運行的電機通過電子器件和控制軟件轉換到工頻電源上運行。該啟動方式對機泵無沖擊電流，有利于延長機泵使用壽命，有利于稠油狀態(tài)下使用。同時也減少了變頻器的數(shù)量，節(jié)約了空間和運行成本。工頻及變頻簡易控制流程如圖所示(母線電壓等級，變頻器類型，電機容量不同會有所不同)。

　　母線

　　以XJ24-3鉆采平臺為例，系統(tǒng)由一套中控柜，5臺羅賓康高壓完美無諧波變頻器、26臺電控柜和變壓器組成。中控柜是“一變多控”系統(tǒng)的控制中心。核心部件為西門子S7-300高精度可編程控制器、PC670彩色觸摸式工業(yè)計算機及相關控制與操作軟件。模塊化的PLC系統(tǒng)可以很好地滿足自動控制任務。當控制功能增多時，可以自由擴展，十分靈活。PC670人機操作界面集鍵盤、顯示屏，系統(tǒng)軟件和用戶軟件為一體。操作人員只需在屏幕上操作相應的按鈕就可進行相應的操作，直觀明了。而且與一般的商用計算機相比，穩(wěn)定性、抗干擾能力和環(huán)境適應性更強。

　　所使用的羅賓康高壓完美無諧波變頻器正弦波輸入，無需濾波。直流環(huán)節(jié)為電容，電機需要的無功電流由電容提供，而不需要和電網交換，因此變頻器輸入功率因素高，且在整個速度范圍段內基本保持不變。輸入功率因數(shù)0.95以上，無需功率因數(shù)補償。采用快速功率單元旁路技術，允許每相有不同的功率單元數(shù)量。如果三相中的有功率單元發(fā)生故障，系統(tǒng)將故障單元自動旁路，在250ms以內從物理上完全旁路掉故障功率單元，中心點漂移，保持三相線電壓平衡。采用高高結構，高壓直接輸出，無需升壓變壓器，減少了體積。功率單元為抽屜式模塊化設計，可以很容易地從變頻器中取出，故障功率單元可以在10分鐘內由普通的電器技術員換調。用戶技術人員可以自己修理功率單元，對功率器件的配套性要求不高。采用矢量控制技術,全數(shù)字控制，使控制更加精確。內部使用干式變壓器，維護方便，可靠性高。

　　平臺4160V電源進入高壓變頻柜，經變頻開關輸出，分別接對應的控制柜出口，實現(xiàn)電潛油泵分時變頻軟啟動、同步切換、互鎖保護等功能。該系統(tǒng)采用5變26控，將全部井分為5個井組系統(tǒng)，每臺電潛泵由相鄰兩臺變頻器控制。當一臺變頻器發(fā)生故障時，另一臺可以控制電潛泵。系統(tǒng)靈活性和可靠性非常強。

　　電潛泵控制柜中安裝變頻/工頻同步切換器，分別對工頻和變頻回路的相序進行檢測，系統(tǒng)啟動后，就自動實現(xiàn)變頻與工頻的相序比較。確保兩電源在切換時的相序一致性。當需要由變頻向工頻切換時，將變頻器輸出頻率保持在 50Hz(或60HZ)，此時由變頻/工頻同步切換器檢測工頻電源的幅值、頻率、相位。當與變頻電源相同時，系統(tǒng)給出切換指令，控制變頻器停止輸出，同時變頻開關柜內的真空接觸器與電控柜內的變頻真空接觸器同時斷開，約10-15ms，工頻接觸器吸合，完成變頻向工頻的切換。同步切換能做到切換電流小于額定工作電流的1.5倍，從而實現(xiàn)無沖擊平穩(wěn)切換。

　　“一變多控”系統(tǒng)各設備的正常運行是靠網絡聯(lián)絡的，包括參數(shù)的讀、寫，指令的執(zhí)行，數(shù)據采集，狀態(tài)監(jiān)示等。各站點的網絡聯(lián)接方式可采用PROFIBUS協(xié)議網絡，每個站點有一個PROFIBUS網絡聯(lián)接器，通過PROFIBUS網線、PROFIBUS網絡聯(lián)接器將各站點聯(lián)接起來。變頻器在一變多控系統(tǒng)中作為PROFIBUS從站，接受主站的控制。中控柜上發(fā)出變頻啟動指令，由主站可編程控制器通過PROFIBUS-DP網絡分別與變頻器、變頻開關柜、電控柜上的PLC通訊，實現(xiàn)對每臺電潛油泵的軟啟動�？刂凭�度可達0.1Hz。井下工具通訊采用MODBUS組成的通訊網絡。系統(tǒng)通訊結構示意圖如下：

　　關于工頻與變頻互鎖保護的問題，在軟件編程時要考慮電控柜內的工頻、變頻的切換互鎖功能，工頻時可由柜內的保護系統(tǒng)保護;變頻運行時除工控柜內的保護系統(tǒng)外，變頻器本身的保護功能也有效。由于變頻器額定容量是按最大負載確定，當其所帶的負載太小時原有的保護值就會不起作用。針對這個問題在軟件編制時分別按不同泵的實際負載分別設定變頻器的保護值，通過檢測變頻器的輸出電流，與PLC內的軟件設定值比較，確保在某一負載時，按實際負載進行保護。

　　實際運行情況表明，系統(tǒng)穩(wěn)定性極高，即使變頻器故障也可以用工頻直接啟動。非�？煽�，充分保證了穩(wěn)定、高效的生產。另外該系統(tǒng)運行后大大延長了電潛泵的使用壽命，減少了修井次數(shù)和停產時間，降低了作業(yè)成本。

　　參考文獻：

　　〔1〕阮友德.PLC,變頻器,觸摸屏綜合應用實訓[J]. 中國電力, 2009﹙01﹚.

　　〔2〕田效伍.交流調速系統(tǒng)與變頻器應用[J]. 機械工業(yè), 2011﹙06﹚.

　　閱讀期刊：《江漢石油科技》

　　《江漢石油科技》是江漢石油管理局、江漢油田分公司主辦的綜合性石油科技資料。

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