1、電潛泵系統(tǒng)簡介1內(nèi)容提要系統(tǒng)概述系統(tǒng)各組成部分簡介變頻原理簡介深垂ICS變頻控制系統(tǒng)簡介深垂ICS變頻控制系統(tǒng)故障代碼表2系統(tǒng)概述1、為什么使用電潛泵系統(tǒng)？地層中驅(qū)動液體流動的力來自于地層中壓縮液體內(nèi)部所儲藏的能量；在實際生產(chǎn)中將井液由地層舉升至地面的力則取決于地層與地面之間的壓差；如果此壓差足夠大，井液則由此能量輸送至地面。在地層能量不足以將井液舉升至地面或舉升的量不足的情況下就要采取人工舉升措施補(bǔ)充地層壓力。采用電潛泵系統(tǒng)則是在不同井況下舉升大量井液的一種經(jīng)濟(jì)、有效的措施。多年來，電潛泵制造廠商與各大石油公司緊密合作，在高密度、高含氣及高溫井的生產(chǎn)方面積累了豐富的經(jīng)驗；隨著經(jīng)驗的積累和技術(shù)

2、上的不斷創(chuàng)新，過去曾被認(rèn)為無法用電泵開采的井如今都可以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的泵采。3系統(tǒng)各組成部分簡介2、電潛泵系統(tǒng)的組成電潛泵系統(tǒng)由幾個主要部分組成，包括：三相電機(jī)、保護(hù)器、氣體分離器、多級離心泵、動力電纜、馬達(dá)控制器和變壓器。其它輔助部分還包括井口、電纜綁帶、單流閥、排氣閥以及井下壓力、溫度傳感器。4系統(tǒng)各組成部分簡介一、潛油泵潛油泵屬于多級離心泵，其中每一級包括一個固定的導(dǎo)輪和一個可轉(zhuǎn)動的葉輪。葉輪的型號決定了泵的排量，而葉輪的級數(shù)決定了泵的揚(yáng)程和電機(jī)所需的功率。葉輪有固定式和浮動式兩種。浮動式葉輪可以軸向竄動，每級葉輪產(chǎn)生的軸向力被葉輪和導(dǎo)輪上的止推軸承承受。整節(jié)泵所產(chǎn)生的軸向推力由保護(hù)器中的止推

3、軸承承受。固定式葉輪固定在泵軸上，既不能軸向竄動，也不能靠在導(dǎo)輪的止推墊上。葉輪及壓差所產(chǎn)生的全部推力，都由裝在保護(hù)器內(nèi)的止推軸承承受。 右圖所示為潛油泵的結(jié)構(gòu)剖視圖潛油泵5系統(tǒng)各組成部分簡介潛油泵的設(shè)計形式分為兩大類。小排量泵通常采用徑流式設(shè)計，如下圖a所示，葉輪驅(qū)動流體沿徑向流動；大排量的泵通常采用混流式設(shè)計，如下圖b所示，葉輪驅(qū)動流體沿徑向和軸向兩個方向運(yùn)動。a-徑流式b-混流式6系統(tǒng)各組成部分簡介在許多泵的設(shè)計中采用葉輪沿軸向在軸上浮動的形式，每級葉輪產(chǎn)生的推力由設(shè)計在導(dǎo)輪上的止推墊吸收，保護(hù)器中的推力軸承只承擔(dān)泵軸所產(chǎn)生的推力，這種設(shè)計被稱為浮動式設(shè)計。這種設(shè)計的好處就是在將泵進(jìn)行組

4、合時不需要精密的對正，使用更加方便，從而使泵的級數(shù)可達(dá)數(shù)百級。葉輪采用封閉曲線構(gòu)成的翅片式設(shè)計，最大效率由泵的設(shè)計形式和類型決定，工作效率則由泵工作排量占設(shè)計排量的百分比來決定。壓頭、排量、效率及制動功率間的關(guān)系式如下： 式中：Q：排量 H：壓頭7系統(tǒng)各組成部分簡介在泵的工作過程中，葉輪同時受到流體向上和向下的合力作用，如下圖所示：當(dāng)泵在額定排量工作時，葉輪所受到的力上、下平衡，葉輪懸浮于流體，此時葉輪所受的摩擦力最小，壽命最長；當(dāng)泵的排量超過額定排量的10%時，葉輪所受向上的力大于向下的力，產(chǎn)生上摩；反之，當(dāng)排量低于額定排量的10%時，葉輪所受向下的力大于向下的力，產(chǎn)生下摩；排量超過額定排量

5、的百分比越大，上摩和下摩越嚴(yán)重；上摩和下摩都將影響泵的壽命，導(dǎo)致泵過早失效，在實際生產(chǎn)中應(yīng)盡量使泵工作在額定排量附近，令其使用更加合理。8系統(tǒng)各組成部分簡介下圖是典型的潛油電泵工作特性曲線工作，潛油電泵的工作特性曲線是指泵的揚(yáng)程、功率和效率同排量之間的關(guān)系曲線，它是選泵設(shè)計的重要依據(jù)。潛油電泵的工作特性曲線是使泵在一定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，對排出端進(jìn)行以改變流量的辦法試驗測得的。試驗介質(zhì)一般是密度為 1000 、粘度為 1的清水。9系統(tǒng)各組成部分簡介二、油氣分離器自由氣進(jìn)入離心泵后，將使泵的排量、揚(yáng)程和效率下降，工作不穩(wěn)定，而且容易發(fā)生氣蝕損害葉片。因此，常用氣體分離器作為泵的吸入口，以便將氣體分離出來

6、。按分離方式不同，分離器分可為沉降式和旋轉(zhuǎn)式兩種類型。沉降式分離器是靠重力分異進(jìn)行油氣分離的，其效果較差。當(dāng)吸入口氣液比小于10時分離效率最高只能達(dá)到37，而當(dāng)吸入口氣液比大于10時分離效率將會大大下降。因此，沉降式分離器適合于低氣液比(10)的井。 右圖所示為油氣分離器的結(jié)構(gòu)圖油氣分離器10系統(tǒng)各組成部分簡介旋轉(zhuǎn)式分離器是靠旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力進(jìn)行油氣分離的，分離效果較好。它可在吸入口氣液比低于30的范圍內(nèi)使用，其分離效率可達(dá)90以上。但是如果油井含砂，則砂子隨液體在殼體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，將使殼體內(nèi)壁受到嚴(yán)重磨損，甚至將殼體磨穿而斷裂，使機(jī)組掉入井下。因此，旋轉(zhuǎn)式分離器可在含氣較高的井中使用，但只適

7、用于低含砂井。 右圖所示為旋轉(zhuǎn)式油氣分離器的結(jié)構(gòu)剖視圖 井液進(jìn)入分離器內(nèi)空部的旋轉(zhuǎn)離心腔室，在腔室中，高比重的液體在離環(huán)心力的作用下被甩向腔室的外壁，氣體則仍留在中心。分離出來的氣體被排出到中，聚集在上部，液體則直接進(jìn)入泵的吸入口，由泵輸送到地面生產(chǎn)設(shè)施。旋轉(zhuǎn)式分離器結(jié)構(gòu)圖11系統(tǒng)各組成部分簡介二、保護(hù)器保護(hù)器是電泵機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)不可缺少的重要部件之一。根據(jù)結(jié)構(gòu)和作用原理不同，可將其分為連通式、沉降式和膠囊式三種類型。雖然不同類型保護(hù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理不同，但其作用是基本相同的，主要為：密封電機(jī)軸的動力輸出端，防止井液進(jìn)入電機(jī)。在電泵機(jī)組啟、停過程中，為電機(jī)油的熱脹冷縮提供一個補(bǔ)償油的儲藏空間。

8、由于保護(hù)器的充油部分與一定允許壓力的井液相連通，故可平衡電機(jī)內(nèi)外腔壓力。當(dāng)開機(jī)溫度升高時，由保護(hù)器接納電機(jī)油；當(dāng)停機(jī)溫度降低，電機(jī)油收縮或工作損耗時，則由保護(hù)器補(bǔ)充電機(jī)油。 右圖所示為油氣分離器的結(jié)構(gòu)圖保護(hù)器12系統(tǒng)各組成部分簡介通過連接電機(jī)驅(qū)動軸與泵軸，起傳遞扭矩的作用。保護(hù)器內(nèi)的止推軸承可承受泵的軸向力。 下圖所示為保護(hù)器的結(jié)構(gòu)剖視圖保護(hù)器結(jié)構(gòu)圖13系統(tǒng)各組成部分簡介二、潛油電機(jī)潛油電機(jī)是三相感應(yīng)鼠籠異步電動機(jī)，極數(shù)為2極。在電機(jī)的內(nèi)部充滿了具有高絕緣性能的礦物油，工作電壓由230V直到5000V，工作電流由12A直到200A，輸出功率的增加可由增加馬達(dá)的長度或直徑來獲得。電機(jī)由固定在軸上

9、，12-18英寸長的轉(zhuǎn)子和位于鋼制殼體上的定子組成；較大的電機(jī)長度可達(dá)33英尺，功率達(dá)到400匹；而串聯(lián)在一起的馬達(dá)長度可達(dá)90英尺，功率可達(dá)750匹； 右圖所示為潛油電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖潛油電機(jī)14系統(tǒng)各組成部分簡介定子由一組布置成空心圓柱形的電磁鐵構(gòu)成，每個電磁鐵都有一個極朝向中心。由于定子本身不會產(chǎn)生物理運(yùn)動，因此當(dāng)改變電磁鐵的極性時，它們所形成的電磁場就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子是一組封閉的線圈，當(dāng)受到旋轉(zhuǎn)磁場切割時，線圈中便有電流流過，同樣在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，線圈受力產(chǎn)生轉(zhuǎn)距，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向跟隨同步磁場的旋轉(zhuǎn)方向。因此只要改變同步磁場的轉(zhuǎn)向便可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。 右圖所示為保護(hù)器的結(jié)構(gòu)剖視圖15系統(tǒng)

10、各組成部分簡介同步磁場的轉(zhuǎn)速可通過下式計算： 式中：N = 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) f =電源頻率. P = 電機(jī)磁極對數(shù)磁極對數(shù)由廠家在制造時確定，在實際使用中無法改變，要改變馬達(dá)的轉(zhuǎn)速最切實可行的辦法就是改變電源的頻率；轉(zhuǎn)子總是試圖跟隨同步磁場的轉(zhuǎn)速，但由于轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)部阻抗作用，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是滯后同步磁場的轉(zhuǎn)速，這種滯后就是所謂的滑差；不同廠家生產(chǎn)的馬達(dá)，滑差也不盡相同，大約在同步轉(zhuǎn)速的3%內(nèi)變動。16系統(tǒng)各組成部分簡介下圖是典型的潛油電機(jī)負(fù)載合成特性曲線，圖中的曲線由實際動態(tài)輸出數(shù)據(jù)繪制而成，而非計算值。17系統(tǒng)各組成部分簡介下圖表示的是在不同的電壓下電機(jī)轉(zhuǎn)速、效率、功率因數(shù)、電流以及輸入功率的變化

11、情況?？梢?，低電壓會產(chǎn)生低轉(zhuǎn)速和大電流；高電壓時隨著功率因數(shù)的降低，對電流和功率產(chǎn)生影響。因此在實際應(yīng)用中，地面供電電壓最好控制在額定電壓的2%內(nèi)。18系統(tǒng)各組成部分簡介下圖表示的是馬達(dá)溫升相對于流體流速的變化情況。圖中有兩條馬達(dá)在100%負(fù)載下的溫升曲線，一種流體為水（比熱容為1），一種流體為原油（比熱容為0.4）。19變頻原理簡介一、變頻原理三相異步電動機(jī)發(fā)明于19世紀(jì)80年代，其轉(zhuǎn)速由下式確定： N=60f/P(1-S) 由于磁極對數(shù)由廠家在制造時確定，因此在實際應(yīng)用中無法改變，要改變電機(jī) 的轉(zhuǎn)速，最簡單、最直接的辦法就是改變電源的頻率，也就是我們通常提到的變頻調(diào)速。要實現(xiàn)變頻調(diào)速必須解

12、決以下的問題：電動機(jī)的主磁通不能改變；主磁通減小的結(jié)果：任何電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是磁通和電流相互作用的結(jié)果。 電動機(jī)的電流大小要受到溫升的制約，是不允許超過其額定值的。所以，如果主磁通減小了，會影響輸出轉(zhuǎn)矩的大?。恢鞔磐ㄔ龃蟮慕Y(jié)果：主磁通是由勵磁電流產(chǎn)生的，兩者之間的關(guān)系由磁化特性決定。主磁通增大了，會使電動機(jī)的磁路飽和，并導(dǎo)致歷次電流發(fā)生畸變。20變頻原理簡介保持主磁通不變的準(zhǔn)確方法：在三相交流異步電動機(jī)中，主磁通的大小與每相定子繞組的反電動勢E及頻率f有關(guān)，如下式： =E/4.44KfN 式中：K-比例常數(shù) N-每相繞組的匝數(shù) 由上式可以看出：保持磁通不變的準(zhǔn)確方法就是使反電動勢E與頻率F同

13、步變化，即滿足： E/f=常數(shù)保持不變的實際方法：由于E的大小無法從外部加以控制，又因為在額定頻率時，定子繞組的阻抗壓降所占的比例很小，可以忽略不計。所以，在電動機(jī)內(nèi)部，電動勢主要與電源相電壓相平衡。因此，作為一種替代手段，保持主磁通不變的實際方法是，使電壓U與頻率f同步變化，也就是變頻的同時必須變壓，這就是變頻器常被簡稱為VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）的原因 21深垂ICS變頻控制系統(tǒng)簡介一、深垂4000系列變頻柜概述深垂ICS系統(tǒng)在分類上屬于可變電壓型逆變器（VVI）。采用六脈沖可控硅整流元件將交流電源變?yōu)榭勺冎绷麟娫?。串?lián)在直流母線上的

14、電抗器和并聯(lián)的電容用于濾除整流后殘余的交流紋波。逆變器采用六個電子開關(guān)合成三相準(zhǔn)正弦輸出電壓。深垂ICS系統(tǒng)獨(dú)一無二的特性就是采用了達(dá)林頓雙極型晶體管作為逆變單元的功率器件，其穩(wěn)定性大大優(yōu)于SCR。在VVI設(shè)計中，逆變功率器件具有零電流的開關(guān)特性，相比脈沖寬度調(diào)制（PWM）具有更高的效率和穩(wěn)定性?，F(xiàn)代交流逆變器的設(shè)計可以滿足任何需要變頻電源場合的需要，直接使用460/380V，3P，50/60HZ電源；最新的微機(jī)處理技術(shù)使得系統(tǒng)的設(shè)定、操作和診斷更加容易，減少的線路板的數(shù)量，具有更高的穩(wěn)定性和靈活性。操作者無須在E-Prom中進(jìn)行預(yù)編程，只須簡單設(shè)定即可投入使用。22深垂ICS變頻控制系統(tǒng)簡介

15、右圖所示為深垂4000系列變頻柜的內(nèi)部布置圖，其主要功能器件有包括：CONVERTER，INVERTER，DC BUS，和DIGITAL CONTROL BOARD，以下將就部分功能作簡要介紹。23深垂ICS變頻控制系統(tǒng)簡介二、各部分功能簡介1、整流器（SCR） 整流器由六個SCR組成了全橋整流電路，SCR調(diào)節(jié)輸入電源，同時調(diào)節(jié)直流母線電壓，SCR直接安裝在散熱板上，由整流控制板控制其導(dǎo)通、關(guān)斷。 其內(nèi)部接線圖如右圖所指示2、整流控制板（CCB） 整流控制板的功能如下： 1）提供SCR的導(dǎo)通信號； 2）檢測輸入電壓； 3）檢測直流母線電壓； 4）接收散若器上的溫度開關(guān)信號； 5）將DCB送來的

16、電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)供自身使用。SCR內(nèi)部接線圖CONVERTER CONTROL BOARD24深垂ICS變頻控制系統(tǒng)簡介3、直流母線（DC LINK） 直流母線由電抗器、母線電容及輔助電容組成，其主要作用就是濾除整流后殘余的交流紋波。4、逆變器晶體管（TRANSISTOR） 逆變器晶體管采用模塊化設(shè)計，每個模塊包括兩個三極型達(dá)林頓晶體管和兩個反并聯(lián)的二極管。 其內(nèi)部接線見右圖5、逆變器控制板（ICB） 逆變控制板的功能如下： 1）逆變信號 2）比例基極驅(qū)動 3）晶體管過流故障檢測 TRANSISTOR內(nèi)部接線圖INVERTER CONTROL BOARD25深垂ICS變頻控制系統(tǒng)簡介 4）輸出電流

17、檢測 5）接受ICB和DCB提供的電源6、數(shù)字控制板（DCB） 數(shù)字控制板是控制線路的基本控制單元，其基本功能就是控制控制變頻操作，它直接與CCB和ICB相連，為整流SCR和逆變達(dá)林頓晶體管提供觸發(fā)和關(guān)斷的時序信號。DCB直接與人機(jī)界面進(jìn)行通訊，接收設(shè)定參數(shù)和操作命令以及傳輸狀態(tài)、故障等信號，并將上述信號直接顯示在人機(jī)界面上。DIGITAL CONTROL BOARD26深垂ICS變頻控制系統(tǒng)簡介7、人機(jī)接口板 人機(jī)接口板是操作者與ICS系統(tǒng)進(jìn)行交流的唯一接口，其作用就是 接受操作者的指令，并將其傳達(dá)到DCB和ICB；顯示系統(tǒng)的各項運(yùn)行參數(shù)，方便操作者對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。OPERATOR IN

18、TERFACE BOARD27深垂ICS變頻控制系統(tǒng)簡介7、鍵盤 其主要作用就是接受操作者的各種參數(shù)設(shè)定，將參數(shù)傳送到DIB進(jìn)行處理；接受DIB的各類系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并在液晶屏上顯示出來；OPERATOR INTERFACE KEYPAD28深垂ICS變頻控制系統(tǒng)簡介三、ICS參數(shù)簡介OVERLOAD PARAMETER 用于設(shè)定馬達(dá)的過載參數(shù)，包括過載值和過載時間兩部分，兩者之間的由一個模擬馬達(dá)溫升的常數(shù)I2t聯(lián)系；在一個典型的潛油電機(jī)過載設(shè)定中，過載值為150%，過載時間為2秒，則I2t=（1.5）2X2=4.5，如果電流達(dá)到200%，則脫扣時間為4.5/（2.0）2=1.125秒， 在典型

19、的潛油電機(jī)過載設(shè)定時，過載時間通常設(shè)定為25秒；而對于普通電機(jī)，其過載時間可設(shè)定為3045秒。（深垂推薦值） W12-1油田變頻柜過載值設(shè)定為120%，過載時間設(shè)定為5秒。VOLTS AT 60HZ 設(shè)定電壓與頻率的比值。按一下“VOLT AT 60HZ/START FREQUENCY”，顯示“VOLT AT 60HZ”，對于額定頻率為60HZ的馬達(dá)，直接輸入銘牌電壓即可；而對于額定頻率為50HZ的馬達(dá)，將銘牌電壓乘以1.2再輸入；當(dāng)使用變頻變壓器時，先將馬達(dá)的銘牌電壓除以變壓器的變比再按照上述步驟處理即可。有時算得的數(shù)值會超過變頻器的最大輸入電壓，此時應(yīng)牢記：此參數(shù)設(shè)定的只是電壓與頻率的比值，變頻器的實際