李 帥，孫 健，周 勇

（渤海石油裝備（天津）中成機(jī)械制造有限公司，天津 300280）

0 引言

在傳統(tǒng)的潛油電泵應(yīng)用過程中，應(yīng)用的運(yùn)行模式為全壓工頻恒壓模式，其啟動(dòng)形式以直接啟動(dòng)為主，在啟動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生極大的電流沖擊，嚴(yán)重影響潛油電泵機(jī)組的應(yīng)用期限，在此過程中，也會(huì)影響油井的正常生產(chǎn)和開采，導(dǎo)致資源浪費(fèi)情況的發(fā)生，因此需要對(duì)潛油電泵變頻調(diào)速系統(tǒng)問題進(jìn)行分析，以保障潛油電泵的廣泛應(yīng)用。

1 輸出du/dt 對(duì)電泵機(jī)組的影響

普通變壓源變頻器應(yīng)用過程中，電壓輸出過程中會(huì)產(chǎn)生電壓跳變，且電壓跳變的幅度比較大，以電壓輸出過程之中相電壓的跳變幅度分析，可實(shí)現(xiàn)直流電母線最大電壓值的供應(yīng)，此時(shí)需要逆變器功率元件提升開關(guān)的應(yīng)用速度。在此過程中，電壓的變化率會(huì)隨之增加，也就是表明此情況下du/dt 的值也會(huì)隨之升高。在du/dt 比值超過規(guī)定數(shù)據(jù)以后，會(huì)對(duì)電機(jī)泵組的絕緣性能產(chǎn)生不利影響，對(duì)軸承的應(yīng)用壽命產(chǎn)生負(fù)面作用，在潛油電泵機(jī)組應(yīng)用過程中，線路中會(huì)存在分布電容和電感，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組應(yīng)用過程中產(chǎn)生反射效應(yīng)，放大du/dt 的比值，尤其是在電極端子位置部位，du/dt 的比值會(huì)增加一倍以上。

1.1 行波衍射原理及絕緣影響

潛油電泵機(jī)組動(dòng)力電纜在應(yīng)用過程中，絕緣性能良好，具有較強(qiáng)的電纜強(qiáng)度，其對(duì)井下高溫環(huán)境具有良好的耐受性，屬于特種作業(yè)的一種電纜。在潛油電泵實(shí)際運(yùn)行過程中，其會(huì)向傳輸線路中傳輸，在發(fā)生反射波與入射波的共同效用以后，會(huì)形成電流及電壓，從實(shí)際電壓波分布情況及電流波傳輸線分布情況分析，電壓可依靠反射波及傳輸線沿線的電壓入射波向疊加的結(jié)果進(jìn)行分析。而實(shí)際應(yīng)用中，也可依靠電流的反射波與電流入射波相減形成。在此基礎(chǔ)上，可清晰表明，在電纜長度不斷增加的情況下，會(huì)受到行波衍射作用影響，可無限放大du/dt的數(shù)值。而依據(jù)脈沖電流與電機(jī)繞組的等效寄生電容之間的內(nèi)容，可見其輸出du/dt 數(shù)值與之存在極大相關(guān)性。因此相對(duì)于電機(jī)繞組等效寄生電容分析，對(duì)其直流母線電壓及直流母線功率元件最低的導(dǎo)通時(shí)間比值之間均存在相關(guān)性。在電泵機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)受到寄生電容的影響，在開展高頻次的通斷操作之中，相關(guān)功率元件會(huì)產(chǎn)生極大的電應(yīng)力。在此情況下，電泵機(jī)組的電纜絕緣也會(huì)受到影響，若電纜長期處于電應(yīng)力的影響下，將加速絕緣的老化，將加劇對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣性損傷。在電應(yīng)力影響加大的情況下，將導(dǎo)致絕緣被擊穿，若是絕緣被擊穿，潛油電泵的應(yīng)用壽命也會(huì)隨之受到影響[1]。

1.2 du/dt 對(duì)電機(jī)軸承產(chǎn)生的影響

對(duì)潛油電泵電機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行分析，由于電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承、轉(zhuǎn)子之間、電機(jī)殼及轉(zhuǎn)子之間會(huì)產(chǎn)生較大的寄生電容，所以會(huì)導(dǎo)致脈沖充電電流產(chǎn)生，寄生電容在應(yīng)用過程中，會(huì)產(chǎn)生累加效果，電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓會(huì)不斷上升，這兩種因素的存在會(huì)對(duì)脈沖充電電流產(chǎn)生影響，一旦寄生電容運(yùn)行過程中發(fā)生累加效果，也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓水平的提升，會(huì)直接會(huì)導(dǎo)致電機(jī)軸承潤滑油膜產(chǎn)生擊穿效果，產(chǎn)生電火花，影響電機(jī)軸承的應(yīng)用，甚至?xí)p壞軸承。

2 輸出諧波對(duì)電泵產(chǎn)生的影響

運(yùn)行潛油電泵的過程中，會(huì)導(dǎo)致輸出諧波內(nèi)容的存在，所以在電機(jī)應(yīng)用過程中，導(dǎo)熱現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，升溫問題時(shí)常存在，所以電機(jī)大都必須應(yīng)用降額方式應(yīng)用。除此以外，諧波存在會(huì)導(dǎo)致波形輸出異常情況，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)狀況，加劇電機(jī)噪聲。

2.1 諧波電流產(chǎn)生附加銅損

在運(yùn)行潛油電泵的過程中，諧波電流一旦經(jīng)過電機(jī)，將誘發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子套組銅損問題的出現(xiàn)，若是需要對(duì)實(shí)際集膚效應(yīng)進(jìn)行考量，必須增加銅損問題發(fā)生率。

2.2 諧波電流產(chǎn)生附加鐵損

諧波電流會(huì)導(dǎo)致磁場的產(chǎn)生，這一磁場相對(duì)于普通電磁場來說，磁場倍數(shù)會(huì)與同步電機(jī)定子存在差異性，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的同步速度與之存在差異性，其在此過程中會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子鐵芯產(chǎn)生一定損傷，但是其整體上與之存在相似性，二者之間存在不相似的旋轉(zhuǎn)速度，但是其整體上存在相似性，隨著諧波次數(shù)的增加，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度也會(huì)隨之提升[2]。從轉(zhuǎn)子鐵損、定子與諧波關(guān)系進(jìn)行分析，電機(jī)中通過諧波電流過程中，也會(huì)在轉(zhuǎn)子及電機(jī)定子中生成附加鐵損，其應(yīng)用中與峰值諧波電壓分量平方存在聯(lián)系，且聯(lián)系成正比，其也與諧波次數(shù)呈反比聯(lián)系。因此若想促進(jìn)調(diào)制頻率的提升，若是電壓諧波分量中幅值的增長，會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)頻率不斷增加，此情況下不斷縮減諧波導(dǎo)致鐵損問題。諧波電流在通過轉(zhuǎn)子繞組、定子的過程中會(huì)增大鐵損，導(dǎo)致電機(jī)加速升溫。此外，其還會(huì)影響電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效率，電機(jī)在運(yùn)行工況不同的情況下，供電方式也會(huì)存在差異性，其下降的程度也存在差異性，在一般情況下，電機(jī)效率會(huì)受到諧波電流的影響，其下降幅度一般在2 %左右。

3 解決方法

電壓開關(guān)方式在潛油電泵變頻器的應(yīng)用，其硬性開關(guān)屬于電路開關(guān)的類型，在電路處于高電壓情況下，功率器件會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)通現(xiàn)象，電路電流較大的情況下，電路會(huì)關(guān)斷，整體電路開關(guān)應(yīng)用過程中，屬于強(qiáng)制開關(guān)的主要形式。功率器件在高電壓狀態(tài)情況下運(yùn)行，電路導(dǎo)通會(huì)產(chǎn)生du/dt，其屬于高幅值產(chǎn)生的最主要因素。從這一狀況出發(fā)，諧振軟性開關(guān)對(duì)電路進(jìn)行逆變，其在變頻器中的應(yīng)用，可對(duì)du/dt 輸出所產(chǎn)生的高幅值問題進(jìn)行改善。運(yùn)行諧振軟性開關(guān)電路過程中，功率開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通情況，會(huì)導(dǎo)致其處于零電壓狀態(tài)下，可對(duì)功率元件導(dǎo)通電路產(chǎn)生狀況下的電壓突變狀況進(jìn)行改善，以此對(duì)高幅值du/dt 情況進(jìn)行避免。此外，必須不斷對(duì)潛油電泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可對(duì)繞組連接形式及電機(jī)定子槽數(shù)進(jìn)行改善，并依據(jù)電機(jī)定子槽對(duì)尺寸進(jìn)行適度增加。

4 結(jié)束語

綜上所述，在原油開采作業(yè)開展過程中，潛油電泵屬于必不可少的重要器械，其運(yùn)行原理為，將潛油電泵機(jī)組整體向井下移動(dòng)至一定深度。在一般狀況下，潛油電泵入井的深度在1～2.5 km，潛油電泵機(jī)組的供電大都依靠扁平電纜開展，在電纜應(yīng)用過程中，必須保障其油井溫度在120 ℃以下，電機(jī)在供電完成以后，會(huì)帶動(dòng)多級(jí)離心泵，使之高速旋轉(zhuǎn)，以此生成多級(jí)增壓離心泵，以對(duì)油液形成多級(jí)增壓。所以必須分析潛油電泵變頻調(diào)速系統(tǒng)問題，并不斷對(duì)其優(yōu)化，以提升油田企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營效益。