电潜泵系统简介汇编

1、电潜泵系统简介1内容提要系统概述系统各组成部分简介变频原理简介深垂ICS变频控制系统简介深垂ICS变频控制系统故障代码表2系统概述1、为什么使用电潜泵系统？地层中驱动液体流动的力来自于地层中压缩液体内部所储藏的能量；在实际生产中将井液由地层举升至地面的力则取决于地层与地面之间的压差；如果此压差足够大，井液则由此能量输送至地面。在地层能量不足以将井液举升至地面或举升的量不足的情况下就要采取人工举升措施补充地层压力。采用电潜泵系统则是在不同井况下举升大量井液的一种经济、有效的措施。多年来，电潜泵制造厂商与各大石油公司紧密合作，在高密度、高含气及高温井的生产方面积累了丰富的经验；随着经验的积累和技术

2、上的不断创新，过去曾被认为无法用电泵开采的井如今都可以实现经济的泵采。3系统各组成部分简介2、电潜泵系统的组成电潜泵系统由几个主要部分组成，包括：三相电机、保护器、气体分离器、多级离心泵、动力电缆、马达控制器和变压器。其它辅助部分还包括井口、电缆绑带、单流阀、排气阀以及井下压力、温度传感器。4系统各组成部分简介一、潜油泵潜油泵属于多级离心泵，其中每一级包括一个固定的导轮和一个可转动的叶轮。叶轮的型号决定了泵的排量，而叶轮的级数决定了泵的扬程和电机所需的功率。叶轮有固定式和浮动式两种。浮动式叶轮可以轴向窜动，每级叶轮产生的轴向力被叶轮和导轮上的止推轴承承受。整节泵所产生的轴向推力由保护器中的止推

3、轴承承受。固定式叶轮固定在泵轴上，既不能轴向窜动，也不能靠在导轮的止推垫上。叶轮及压差所产生的全部推力，都由装在保护器内的止推轴承承受。 右图所示为潜油泵的结构剖视图潜油泵5系统各组成部分简介潜油泵的设计形式分为两大类。小排量泵通常采用径流式设计，如下图a所示，叶轮驱动流体沿径向流动；大排量的泵通常采用混流式设计，如下图b所示，叶轮驱动流体沿径向和轴向两个方向运动。a-径流式b-混流式6系统各组成部分简介在许多泵的设计中采用叶轮沿轴向在轴上浮动的形式，每级叶轮产生的推力由设计在导轮上的止推垫吸收，保护器中的推力轴承只承担泵轴所产生的推力，这种设计被称为浮动式设计。这种设计的好处就是在将泵进行组

4、合时不需要精密的对正，使用更加方便，从而使泵的级数可达数百级。叶轮采用封闭曲线构成的翅片式设计，最大效率由泵的设计形式和类型决定，工作效率则由泵工作排量占设计排量的百分比来决定。压头、排量、效率及制动功率间的关系式如下： 式中：Q：排量 H：压头7系统各组成部分简介在泵的工作过程中，叶轮同时受到流体向上和向下的合力作用，如下图所示：当泵在额定排量工作时，叶轮所受到的力上、下平衡，叶轮悬浮于流体，此时叶轮所受的摩擦力最小，寿命最长；当泵的排量超过额定排量的10%时，叶轮所受向上的力大于向下的力，产生上摩；反之，当排量低于额定排量的10%时，叶轮所受向下的力大于向下的力，产生下摩；排量超过额定排量

5、的百分比越大，上摩和下摩越严重；上摩和下摩都将影响泵的寿命，导致泵过早失效，在实际生产中应尽量使泵工作在额定排量附近，令其使用更加合理。8系统各组成部分简介下图是典型的潜油电泵工作特性曲线工作，潜油电泵的工作特性曲线是指泵的扬程、功率和效率同排量之间的关系曲线，它是选泵设计的重要依据。潜油电泵的工作特性曲线是使泵在一定转速下运转，对排出端进行以改变流量的办法试验测得的。试验介质一般是密度为 1000 、粘度为 1的清水。9系统各组成部分简介二、油气分离器自由气进入离心泵后，将使泵的排量、扬程和效率下降，工作不稳定，而且容易发生气蚀损害叶片。因此，常用气体分离器作为泵的吸入口，以便将气体分离出来

6、。按分离方式不同，分离器分可为沉降式和旋转式两种类型。沉降式分离器是靠重力分异进行油气分离的，其效果较差。当吸入口气液比小于10时分离效率最高只能达到37，而当吸入口气液比大于10时分离效率将会大大下降。因此，沉降式分离器适合于低气液比(10)的井。 右图所示为油气分离器的结构图油气分离器10系统各组成部分简介旋转式分离器是靠旋转时产生的离心力进行油气分离的，分离效果较好。它可在吸入口气液比低于30的范围内使用，其分离效率可达90以上。但是如果油井含砂，则砂子随液体在壳体内高速旋转，将使壳体内壁受到严重磨损，甚至将壳体磨穿而断裂，使机组掉入井下。因此，旋转式分离器可在含气较高的井中使用，但只适

7、用于低含砂井。 右图所示为旋转式油气分离器的结构剖视图 井液进入分离器内空部的旋转离心腔室，在腔室中，高比重的液体在离环心力的作用下被甩向腔室的外壁，气体则仍留在中心。分离出来的气体被排出到中，聚集在上部，液体则直接进入泵的吸入口，由泵输送到地面生产设施。旋转式分离器结构图11系统各组成部分简介二、保护器保护器是电泵机组正常运转不可缺少的重要部件之一。根据结构和作用原理不同，可将其分为连通式、沉降式和胶囊式三种类型。虽然不同类型保护器的结构和工作原理不同，但其作用是基本相同的，主要为：密封电机轴的动力输出端，防止井液进入电机。在电泵机组启、停过程中，为电机油的热胀冷缩提供一个补偿油的储藏空间。

8、由于保护器的充油部分与一定允许压力的井液相连通，故可平衡电机内外腔压力。当开机温度升高时，由保护器接纳电机油；当停机温度降低，电机油收缩或工作损耗时，则由保护器补充电机油。 右图所示为油气分离器的结构图保护器12系统各组成部分简介通过连接电机驱动轴与泵轴，起传递扭矩的作用。保护器内的止推轴承可承受泵的轴向力。 下图所示为保护器的结构剖视图保护器结构图13系统各组成部分简介二、潜油电机潜油电机是三相感应鼠笼异步电动机，极数为2极。在电机的内部充满了具有高绝缘性能的矿物油，工作电压由230V直到5000V，工作电流由12A直到200A，输出功率的增加可由增加马达的长度或直径来获得。电机由固定在轴上

9、，12-18英寸长的转子和位于钢制壳体上的定子组成；较大的电机长度可达33英尺，功率达到400匹；而串联在一起的马达长度可达90英尺，功率可达750匹； 右图所示为潜油电机的结构图潜油电机14系统各组成部分简介定子由一组布置成空心圆柱形的电磁铁构成，每个电磁铁都有一个极朝向中心。由于定子本身不会产生物理运动，因此当改变电磁铁的极性时，它们所形成的电磁场就产生了旋转。转子是一组封闭的线圈，当受到旋转磁场切割时，线圈中便有电流流过，同样在旋转磁场的作用下，线圈受力产生转距，带动转子旋转，转向跟随同步磁场的旋转方向。因此只要改变同步磁场的转向便可改变转子的转向。 右图所示为保护器的结构剖视图15系统

10、各组成部分简介同步磁场的转速可通过下式计算： 式中：N = 每分钟转数 f =电源频率. P = 电机磁极对数磁极对数由厂家在制造时确定，在实际使用中无法改变，要改变马达的转速最切实可行的办法就是改变电源的频率；转子总是试图跟随同步磁场的转速，但由于转子线圈内部阻抗作用，转子的转速总是滞后同步磁场的转速，这种滞后就是所谓的滑差；不同厂家生产的马达，滑差也不尽相同，大约在同步转速的3%内变动。16系统各组成部分简介下图是典型的潜油电机负载合成特性曲线，图中的曲线由实际动态输出数据绘制而成，而非计算值。17系统各组成部分简介下图表示的是在不同的电压下电机转速、效率、功率因数、电流以及输入功率的变化

11、情况。可见，低电压会产生低转速和大电流；高电压时随着功率因数的降低，对电流和功率产生影响。因此在实际应用中，地面供电电压最好控制在额定电压的2%内。18系统各组成部分简介下图表示的是马达温升相对于流体流速的变化情况。图中有两条马达在100%负载下的温升曲线，一种流体为水（比热容为1），一种流体为原油（比热容为0.4）。19变频原理简介一、变频原理三相异步电动机发明于19世纪80年代，其转速由下式确定： N=60f/P(1-S) 由于磁极对数由厂家在制造时确定，因此在实际应用中无法改变，要改变电机 的转速，最简单、最直接的办法就是改变电源的频率，也就是我们通常提到的变频调速。要实现变频调速必须解

12、决以下的问题：电动机的主磁通不能改变；主磁通减小的结果：任何电动机的电磁转矩都是磁通和电流相互作用的结果。 电动机的电流大小要受到温升的制约，是不允许超过其额定值的。所以，如果主磁通减小了，会影响输出转矩的大小；主磁通增大的结果：主磁通是由励磁电流产生的，两者之间的关系由磁化特性决定。主磁通增大了，会使电动机的磁路饱和，并导致历次电流发生畸变。20变频原理简介保持主磁通不变的准确方法：在三相交流异步电动机中，主磁通的大小与每相定子绕组的反电动势E及频率f有关，如下式： =E/4.44KfN 式中：K-比例常数 N-每相绕组的匝数 由上式可以看出：保持磁通不变的准确方法就是使反电动势E与频率F同

13、步变化，即满足： E/f=常数保持不变的实际方法：由于E的大小无法从外部加以控制，又因为在额定频率时，定子绕组的阻抗压降所占的比例很小，可以忽略不计。所以，在电动机内部，电动势主要与电源相电压相平衡。因此，作为一种替代手段，保持主磁通不变的实际方法是，使电压U与频率f同步变化，也就是变频的同时必须变压，这就是变频器常被简称为VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）的原因 21深垂ICS变频控制系统简介一、深垂4000系列变频柜概述深垂ICS系统在分类上属于可变电压型逆变器（VVI）。采用六脉冲可控硅整流元件将交流电源变为可变直流电源。串联在直流母线上的

14、电抗器和并联的电容用于滤除整流后残余的交流纹波。逆变器采用六个电子开关合成三相准正弦输出电压。深垂ICS系统独一无二的特性就是采用了达林顿双极型晶体管作为逆变单元的功率器件，其稳定性大大优于SCR。在VVI设计中，逆变功率器件具有零电流的开关特性，相比脉冲宽度调制（PWM）具有更高的效率和稳定性。现代交流逆变器的设计可以满足任何需要变频电源场合的需要，直接使用460/380V，3P，50/60HZ电源；最新的微机处理技术使得系统的设定、操作和诊断更加容易，减少的线路板的数量，具有更高的稳定性和灵活性。操作者无须在E-Prom中进行预编程，只须简单设定即可投入使用。22深垂ICS变频控制系统简介

15、右图所示为深垂4000系列变频柜的内部布置图，其主要功能器件有包括：CONVERTER，INVERTER，DC BUS，和DIGITAL CONTROL BOARD，以下将就部分功能作简要介绍。23深垂ICS变频控制系统简介二、各部分功能简介1、整流器（SCR） 整流器由六个SCR组成了全桥整流电路，SCR调节输入电源，同时调节直流母线电压，SCR直接安装在散热板上，由整流控制板控制其导通、关断。 其内部接线图如右图所指示2、整流控制板（CCB） 整流控制板的功能如下： 1）提供SCR的导通信号； 2）检测输入电压； 3）检测直流母线电压； 4）接收散若器上的温度开关信号； 5）将DCB送来的

16、电压进行调节供自身使用。SCR内部接线图CONVERTER CONTROL BOARD24深垂ICS变频控制系统简介3、直流母线（DC LINK） 直流母线由电抗器、母线电容及辅助电容组成，其主要作用就是滤除整流后残余的交流纹波。4、逆变器晶体管（TRANSISTOR） 逆变器晶体管采用模块化设计，每个模块包括两个三极型达林顿晶体管和两个反并联的二极管。 其内部接线见右图5、逆变器控制板（ICB） 逆变控制板的功能如下： 1）逆变信号 2）比例基极驱动 3）晶体管过流故障检测 TRANSISTOR内部接线图INVERTER CONTROL BOARD25深垂ICS变频控制系统简介 4）输出电流

17、检测 5）接受ICB和DCB提供的电源6、数字控制板（DCB） 数字控制板是控制线路的基本控制单元，其基本功能就是控制控制变频操作，它直接与CCB和ICB相连，为整流SCR和逆变达林顿晶体管提供触发和关断的时序信号。DCB直接与人机界面进行通讯，接收设定参数和操作命令以及传输状态、故障等信号，并将上述信号直接显示在人机界面上。DIGITAL CONTROL BOARD26深垂ICS变频控制系统简介7、人机接口板 人机接口板是操作者与ICS系统进行交流的唯一接口，其作用就是 接受操作者的指令，并将其传达到DCB和ICB；显示系统的各项运行参数，方便操作者对系统状态进行监控。OPERATOR IN

18、TERFACE BOARD27深垂ICS变频控制系统简介7、键盘 其主要作用就是接受操作者的各种参数设定，将参数传送到DIB进行处理；接受DIB的各类系统状态数据，并在液晶屏上显示出来；OPERATOR INTERFACE KEYPAD28深垂ICS变频控制系统简介三、ICS参数简介OVERLOAD PARAMETER 用于设定马达的过载参数，包括过载值和过载时间两部分，两者之间的由一个模拟马达温升的常数I2t联系；在一个典型的潜油电机过载设定中，过载值为150%，过载时间为2秒，则I2t=（1.5）2X2=4.5，如果电流达到200%，则脱扣时间为4.5/（2.0）2=1.125秒， 在典型

19、的潜油电机过载设定时，过载时间通常设定为25秒；而对于普通电机，其过载时间可设定为3045秒。（深垂推荐值） W12-1油田变频柜过载值设定为120%，过载时间设定为5秒。VOLTS AT 60HZ 设定电压与频率的比值。按一下“VOLT AT 60HZ/START FREQUENCY”，显示“VOLT AT 60HZ”，对于额定频率为60HZ的马达，直接输入铭牌电压即可；而对于额定频率为50HZ的马达，将铭牌电压乘以1.2再输入；当使用变频变压器时，先将马达的铭牌电压除以变压器的变比再按照上述步骤处理即可。有时算得的数值会超过变频器的最大输入电压，此时应牢记：此参数设定的只是电压与频率的比值，变频器的实际