引言

隨著我國對海上石油資源的不斷開采,對更深、更難以勘探油藏的不斷探求,我們對海洋石油工業(yè)水平的要求也愈來愈高。隨著對海洋石油勘探開采水平的要求不斷提升,在海上平臺潛油電泵使用中,經(jīng)常遇到長電纜傳輸?shù)那闆r,以中海油公司在海上流花作業(yè)區(qū)的采油平臺LH16-2、LH20-2、LH21-2為例,其應(yīng)用的電纜長度分別為27km、15km和5km(表1),驅(qū)動潛油電泵的變頻器為高壓脈沖輸出。變頻器與電動機(jī)之間連接的電纜過長時,由于電纜分布電感和線間分布電容的影響,傳輸效果會有一定的折扣,且當(dāng)線間分布電容與電動機(jī)的漏磁電感接近諧振點時,電動機(jī)的輸入側(cè)電壓會提高,電動機(jī)的使用壽命會大打折扣。文章將詳細(xì)列出電纜長電纜傳輸時可能對電機(jī)造成的各種不利影響,并通過對現(xiàn)場實驗結(jié)果進(jìn)行分析,簡述長電纜傳輸對電機(jī)造成的實際影響。

1中壓變頻器長距離送電出現(xiàn)的問題及實驗方案

中壓變頻器通過長電纜驅(qū)動井下機(jī)組,主要出現(xiàn)的問題在于:(1)啟動:長電纜造成電機(jī)阻抗分量低,導(dǎo)致電潛泵啟動扭矩低,啟動困難:(2)長距離變頻控制要求:對變頻器的電壓動態(tài)補(bǔ)償性能提出更高的要求:(3)諧波過電壓:長電纜對諧波反射產(chǎn)生放大效應(yīng),會在末端引起兩倍的過電壓。

為了通過實驗驗證中壓變頻器長電纜送電出現(xiàn)的問題,制定了如下實驗方案:采用3.3kV電壓等級電潛泵變頻控制系統(tǒng):變頻器輸入0.38kV、輸出0~3.3kV、額定輸出電流90A,并加裝濾波器降低輸出電壓諧波:選用540系列潛油電機(jī)(BM540sT/100HP/1450V/44A/120@60Hz)。

可預(yù)期達(dá)到的實驗?zāi)康挠?

(1)驗證長電纜拖帶電機(jī)情況下,變頻器電纜壓降動態(tài)補(bǔ)償功能:

(2)驗證長電纜變頻驅(qū)動時,長電纜對變頻控制系統(tǒng)及電機(jī)負(fù)載特性的影響,評估長電纜變頻驅(qū)動電機(jī)的影響。

2實驗過程

2.1電機(jī)啟動

接入不同長度電纜(0km、約5km、約10km、約15km、約20km、約30km,根據(jù)實際測量結(jié)果調(diào)整測試距離)。從30%額定排量向上按照20%步長進(jìn)行機(jī)組負(fù)載調(diào)節(jié)直至100%額定排量。在變頻器啟井過程中,長距離電纜的感抗特性表現(xiàn)尤為突出,根據(jù)負(fù)載情況調(diào)整啟動頻率和力矩補(bǔ)償,使啟動電流控制在額定電流范圍內(nèi),并防止電機(jī)端過壓。

2.2正常運(yùn)行

接入不同長度電纜(0km、約5km、約10km、約15km、約20km、約30km,根據(jù)實際測量結(jié)果調(diào)整測試距離)。從30%額定排量向上按照20%步長進(jìn)行機(jī)組負(fù)載調(diào)節(jié)直至100%額定排量,變頻器輸出頻率以5Hz的步長從30~60Hz連續(xù)調(diào)節(jié)。變頻器需根據(jù)系統(tǒng)電壓損耗自動進(jìn)行電壓補(bǔ)償防止過欠壓。

3測試結(jié)果

3.1電纜動壓補(bǔ)償

通過實驗完成了電纜壓降實時監(jiān)測及變頻器動態(tài)補(bǔ)償功能:重載情況下(電流為53.93A),變頻器端電壓為3345.8V,電機(jī)端電壓為1586.4V。輕載情況下(電流為40.07A),變頻器端電壓為2906.2V,電機(jī)端電壓為1601.9V。變頻器可跟隨不同負(fù)載電纜壓降進(jìn)行有效補(bǔ)償(圖1)。

3.2諧波反射

由于諧波反射,電機(jī)端諧波含量升高并產(chǎn)生尖峰電壓,變頻器輸出諧波含量越高尖峰值也越高(圖2),需要有效控制變頻器輸出諧波。

4結(jié)語

本文說明了現(xiàn)代海洋石油工業(yè)遇到的長電纜傳輸工況,詳細(xì)列出了中壓變頻器長距離送電出現(xiàn)的問題及實驗方案,并基于現(xiàn)場實驗過程及現(xiàn)場測試結(jié)果,提出了電纜動壓補(bǔ)償和諧波反射兩個長電纜傳輸過程中亟待解決的問題。