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,且當線間分布電容與電動機的漏磁電感接近諧振點時,電動機的輸入側(cè)電壓會提高,電動機的使用壽命會大打折扣。文章將詳細列出電纜長電纜傳輸時可能對電機造成的各種不利影響,并通過對現(xiàn)場實驗結(jié)果進行分析,簡述長電纜傳輸對電機造成的實際影響。

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)動井下機組,主要出現(xiàn)的問題在于:(1)啟動:長電纜造成電機阻抗分量低,導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(BM540sT/100HP/1450V/44A/120@60Hz)。

可預期達到的實驗?zāi)康挠?

(1)驗證長電纜拖帶電機情況下,變頻器電纜壓降動態(tài)補償功能:

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

2實驗過程

2.1電機啟動

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%步長進行機組負載調(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)負載情況調(diào)整啟動頻率和力矩補償,使啟動電流控制在額定電流范圍內(nèi),并防止電機端過壓。

2.2正常運行

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%步長進行機組負載調(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)電壓損耗自動進行電壓補償防止過欠壓。

3測試結(jié)果

3.1電纜動壓補償

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

3.2諧波反射

由于諧波反射,電機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,提出了電纜動壓補償和諧波反射兩個長電纜傳輸過程中亟待解決的問題。