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技術(shù)文章
變頻加熱電源在稠油井抽油系統(tǒng)上的應(yīng)用
閱讀次數(shù):8711 發(fā)布時間:2015/7/6 9:09:12
以前的空心桿加熱技術(shù),采用工頻加熱,因負載為單相,需要有一個獨立的變壓器,將三相輸入變?yōu)閱蜗噍敵觯斐扇嚯娋W(wǎng)的不平衡,功率因數(shù)低,電能消耗大,對電網(wǎng)的污染大,加熱效果不明顯,造成電能的極大浪費。因此,需要探討一種的加熱方式,以提高功效,增強加熱效果。
經(jīng)過多方試驗,采用我們現(xiàn)已掌握的較成熟的變頻技術(shù),為該加熱裝置提供一種電源,這就是我們公司與油田共同研發(fā)的中頻加熱電源。該設(shè)備可提供250——1000HZ的頻率,實現(xiàn)了輸出電壓、電流的連續(xù)可調(diào),以達到輸出功率連續(xù)可調(diào)的目的,提高了加熱效果,目前已在勝利油田、遼河油田應(yīng)用上百臺,很受油田采油工的歡迎。
一、變頻加熱電源的基本原理:
1、集膚效應(yīng)原理:在加熱理論中,有一個集膚效應(yīng)原理,即:
S=K(1/FC)1/2
式中:S — 集膚效應(yīng)深度
K — 修正系數(shù)
FC — 頻率
由此可以看出,當(dāng)FC增大時,S變小,則集膚深度越深,同時其交流阻抗
Z = KZC(FC)1/2
也變大,因此在相同數(shù)值的電流作用下,負載所獲得的能量也越高,而電流及線路損耗相應(yīng)地也會變小,從而提高了加熱效率,同時還可起到節(jié)約電能的目的。變頻加熱電源正是基于這一原理做成的,利用變頻技術(shù),可將運行頻率提高到工頻的數(shù)倍,加熱效果會明顯提高。
2、整機原理框圖如圖一示。
首先將380V/50HZ的三相交流電經(jīng)整流、濾波成直流電,經(jīng)逆變電路變成頻率連續(xù)可調(diào)的單相電,再經(jīng)中頻變壓器隔離后,輸送到加熱電纜給油層加熱。
其主功率器件采用的是德國西門子公司的第三代大功率器件IGBT,控制器件為單片機,是8位工業(yè)專用微處理機AT89C51,它具有很強的環(huán)境自適應(yīng)能力和抗干擾能力,工作可靠,壽命長等優(yōu)點。
二、變頻加熱電源的特點:
1、采用了的移相控制技術(shù)和軟起動技術(shù),使工作更可靠。
2、人機對話的顯示界面,可通過鍵盤的選擇顯示工作頻率及電流,輸出脈沖的占空比、電流變比等,并可顯示故障狀態(tài)及原因,使顯示更直觀,更易于操作。顯示與主控板共用一個線路板,排列更緊湊,避免了信號傳輸過程中的干擾,工作更穩(wěn)定。
3、輸出部分采用環(huán)形中頻變壓器,用于隔離輸入、輸出電壓,同時經(jīng)電容組與控制柜輸出相連接,起到隔直作用,防止由于直流偏磁或過勵磁產(chǎn)生的磁飽和,同時可起到串聯(lián)諧振的作用。
中頻變壓器為非晶鈦材料,導(dǎo)磁率高,工作頻率高,自身能量損耗極低,整機效率提高。若頻率再提高,其體積可做得更小,工作效率更高。
4、保護功能齊全。
設(shè)置了過流、短路、機內(nèi)溫升過高及過、欠壓保護,功能更齊全,工作更可靠,避免了由于各種不正常因素而造成的損壞。
三、應(yīng)用效果。
我們在勝利油田濱南采油廠、遼河油田曙光采油廠等幾個稠油井分布的區(qū)域內(nèi)上百口井運用了該技術(shù),通過現(xiàn)場調(diào)整,結(jié)合加熱電纜及功率,一般將頻率調(diào)至500HZ左右,比工頻提高了10倍,根據(jù)功率調(diào)整電流,一般75KW的在80A左右,90KW的在100A左右,其加熱效果十分明顯,較之工頻加熱:
(1)功率因數(shù)明顯提高,原工頻加熱,功率因數(shù)約在0、7左右,而用變頻加熱,經(jīng)測試都在0.95以上。
(2)減少了對電網(wǎng)的污染。原工頻加熱,需三相變二相,造成變壓器輸入三相電壓嚴(yán)重不平衡,對電網(wǎng)污染嚴(yán)重。應(yīng)用變頻器以后,功率因數(shù)提高,諧波含量明顯減少,減輕了對電網(wǎng)的污染。
(3)加熱效果明顯。根據(jù)集膚效應(yīng),頻率提高后,負載所獲得的能量提高,線路損耗也相應(yīng)減少從而提高了加熱效果。據(jù)測試,變頻加熱可比工頻加熱提前1—2小時達到欲定效果,而且溫度也要高。
(4)保護功能齊全。原工頻柜因無單片機控制,其保護功能差,往往由于負載的短路、斷路及電壓的不穩(wěn)定,造成變壓器燒毀、工作不穩(wěn)定。而變頻柜由于單片機的控制,其保護功能齊全,避免了由于電網(wǎng)及負載的故障引起的問題,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
(5)節(jié)能效果明顯。據(jù)測試,每臺變頻柜比相應(yīng)的工頻柜節(jié)電都在20%左右,有力的節(jié)約了電能,提高了工作效率,保證了加熱系統(tǒng)的效果。
總之,變頻加熱是稠油熱采的一次革命,我國的稠油資源相當(dāng)豐富,我們推廣該技術(shù),是可以為我國的采油事業(yè)作出一定貢獻的。
原創(chuàng)作者:深圳市賽德力檢測設(shè)備有限公司
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