摘要：本文介紹了遼河油田6000伏1800KW注水泵供電變頻改造的情況。其中包括變頻器設計及制造中的一些技術問題和改造前后注水泵運行情況的對比。 關鍵詞：注水泵、高壓變頻器 功率單元串聯 Reconstruct the power for 6000v-1800kv water-pump with the inverter in Liaohe oil-field Abstract: This paper presents the complexion of reconstruct the power for 6000v-1800kv water-pump with the inverter in Liaohe oil-field. That include some keys technical problems of the inverter and the comparision of refom front and back.. Keywords: water pump; high voltage inverter; power unit series 一、 引言 我們是能源生產和消費大國，國民經濟的發展制約于能源的生產和消費。油、煤、電是我國能源最重要的組成部分。油田是產油基地，又是用電大戶。多產油、少用電是油田追求的目標。為了讓每個油井最大限度的“各盡所能”，注水保油壓是常用方法，注水泵成了油田生產的重要設備，它的正常運轉和工作效率關系到整個油田的經濟效益。注水泵如果直接用電網驅動，即工頻、全壓工作，啟動電流大、電機沖擊嚴重、油田電網電壓波動大、電機轉速無法根據油井具體情況進行調整，這些因素影響了注水泵正常運轉，結果是故障多、維護費用高、運行效率低。注水泵變頻改造勢在必行。注水泵電壓高，容量大，工作環境惡劣，由于長期連續工作而對可靠性要求苛刻。所以選擇變頻器要慎之又慎。2004年8月遼河油田分公司錦州采油廠老三聯2＃注水泵電機安裝了山東風光電子公司生產的6000V、1800KW變頻器。經過4個月的試運行，已經取得很好的效果，現把變頻器有關技術問題和安裝前后運行情況的對比提供給讀者，愿與同行交流。 二 變頻器的設計及制造 客戶要求的主要技術指標是： 6000V，1800KW，額定電流為230A，負載為沈陽防爆機廠生產的YB1800S2-2注水泵電機。 變頻器采用功率單元串連結構，其優點是輸出電平數多，波形好，能適合普通異步電動機，且不必降額使用；雖然所需IGBT數量大，但對耐壓要求不高；輸入整流電路的脈沖數大，對電網污染小，功率因數高。 每相8個單元，三相共24個單元，如圖1所示。所選單元數大是因為考慮到容量大、電壓高，單元內的干擾較強，適當降低單元母線電壓可減小單元內的干擾，對提高可靠性有利。線電壓6000V，相電壓為3464V，8個單元串聯，每個單元輸出433V，母線電壓612V，采用優化SPWM設計，可將母線電壓降低為約530V，變壓器付邊各繞組電壓應為375V。考慮到變壓器阻抗壓降5～6％，變壓器付邊繞組輸出采用395V，單元的母線電壓空載約為560V，選1200V的IGBT模塊為開關器件能滿足耐壓要求。 為變壓器繞制不過于繁雜，采用18脈沖整流，輸入端的諧波幅度已能滿足國標規定。變壓器付邊的移相角度只有三種：－20°、0°、＋20°。變壓器與各功率單元的聯接如圖2所示。 為降低整機功耗，選用低飽和壓降400A的兩只IGBT并聯工作，可有足夠的電流余量。單元電路的主電路如圖3所示。旁路支路采用IGBT模塊取代原先采用的晶閘管。這樣驅動電路簡單，有利于提高可靠性。 [ALIGN=CENTER] 圖1 24個功率單元串聯圖 圖2 變壓器繞組與功率單元的聯接 圖3 單元電路主電路[/ALIGN] 整個變頻器的總體結構如圖4所示。 [ALIGN=CENTER] 圖4 總體結構圖[/ALIGN] 該變頻器控制系統有一套獨立的電源子系統。當主電路有故障時，控制系統供電依然正常，能保證IGBT開關次序不亂；主電路不加電、不加載的情況下，可以對整機進行調試，此時各點波形與主電路加電、加載時完全一樣，只是輸出電壓幅度小。這對設備調試、檢修和操作人員的培訓十分方便；主電路高壓突然斷電時，電解電容及變壓器繞組電感的儲能不會給IGBT管構成威脅，因為控制電源還在正常工作，整個控制系統都在正常工作。 該變頻器采用的是準優化SPWM調制技術，調制信號不是純正弦信號，而是基波和三次諧波的疊加。其電壓利用率接近1。三次諧波在三相平衡輸出中會自動相互抵消，不會增加輸出的失真度。 該變頻器中采用了載波移相技術，大大抑制了輸出電壓的諧波成分，保證了輸出波形是“完美”正弦波。 該變頻器中采用光纖傳輸控制信號，大大提高了設備的抗干擾能力。 　　 該變頻器的用戶操作監控系統界面十分友好和完善。系統包括上位機（商用PC機）、下位機（工控機）、單片機。其中單片機給用戶提供一個4位LED數碼屏和一個12鍵的小鍵盤操作平臺，可對變頻器進行全部操作，包括參數設置和各種運行指令。工控機用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺，其功能更齊全，包括參數設定、功能設定、運行操作、運行數據打印、故障查詢等等。上位機（商用PC機）放在總控室，可對多臺變頻器進行遙測、遙控。若只有一臺變頻器，上位機可省，或讓客戶自定。 三．運行情況 設備安裝線路如圖5所示。變頻供電、工頻供電切換方便。 [ALIGN=CENTER] 圖5 設備安裝線路[/ALIGN] 該設備所有配件都安裝在機柜內，不需要另外的電抗器、濾波器、補償電容、啟動設備等外部裝置，所以結構緊湊，安裝簡單，現場配線少，跳水方便；電機始終運行平穩，溫升正常；電機啟動時的噪音和電流非常小；在電機調速范圍內，轉子軸瓦的最高溫升允許65°C，而實測只有10°C。現場測試三相輸出的電壓波形、電流波形都非常標準，諧波含量極小，效率高于97％。自投運以來，設備管理人員對輸入變壓器的溫升、功率單元的溫升進行定期巡檢，檢查結果完全正常。 現把變頻調速器安裝前后耗電情況分別列于表1和表2中。 [ALIGN=CENTER]表1: 2004年 5月使用變頻調速器前的耗電 表2: 2004年 8月使用變頻器后的耗電情況 [/ALIGN] 由表1和表2可以看出，2＃注水電機安裝變頻調速器前后的注水單耗從6.79 Kw?h/ m3下降到5.38Kw?h/ m3，耗電從1244246 Kw?h/ m3 下降到698215 Kw?h/ m3，不考慮其它方面的影響： 節電率＝[（安裝前耗電－安裝后耗電）/安裝前耗電]＊100％ 　　　＝[（1244246-698215）/1244246]＊100％ 　　　＝43.88％ 四．結論 設備經受住了四個月的考驗。客戶說，該設備運行平穩，性能可靠，簡便實用，節能效果顯著；改善了工作人員的工作環境，降低了值班人員的工作強度；變頻調速器對電機具有軟啟動功能，啟動時無沖擊電流，減少了對電網的污染；方便了機組的保養，大大降低了維修費用，延長了機組的使用壽命，值得推廣。 生產單位和使用單位將對設備進行更長時間的考查，希望變頻器在注水泵類負載的應用中有更好的表現，得到更大范圍的推廣。 參考文獻 1.．萬伏變頻器的研制 山東科學 2003年第3 期P91 李瑞來、尹鵬飛、韓文昭 2．高壓大功率變頻器的研制及應用 變頻器世界 P50 周加勝 劉學成 作者簡介：尹彭飛　男　工程師　１９９８年畢業于東北大學，現從事于電力電子方面的研究。 現任山東風光電子公司技術科長。