变频潜油电泵变压器的计算与选择

[摘 要]在潜油电泵机组的选井选泵过程中，既要考虑保证潜油电泵机组的工作可靠性，又要考虑优化配套，节约成本，为用户取得最大的经济效益。本文简要了介绍潜油电泵选泵中变频机组变压器选择计算过程，并对应用中容易出现的错误问题分析，进一步指出选井选泵也要重视优选变压器。

[关键词]潜油电泵机组；变压器；选择

中图分类号：TE933.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0046-01

前言

随着油田开发进入高含水期，潜油电泵采油工艺以其优越的强采能力和排量大的特点得到广泛应用，但近年来由于油田由“产量型”向“经营型”的转变，如何降低成本、节能降耗逐步转变为工作的重点，潜油电泵常常被认为是“耗电大户”，如何提高电泵采油系统效率，降低电泵采油井耗电量，已成为当前降低电泵采油成本的一条重要途径。国外潜油电泵用户特别注意加强电泵井的远程管理，下入井下传感器，正确监测电泵以及电泵与油藏之间的相互关系，并加装变频调速控制装置，及时调整电泵机组各参数以适应油井的工况，以延长电泵的运行寿命，提高油井产量。目前国内也开始重视变频机组的应用，如何经济的选择变频机组和变压器，逐渐成为潜油电泵机组应用的关键，本文着重介绍变频机组变压器的计算选择。

1 变频机组变压器的计算规律

潜油电泵机组的变频控制允许机组转速在额定转速附近上下变化，从而使机组与油井工况最佳协调，达到稳定生产和系统节能的目的。由于离心泵变频参数满足相似定律，所以泵工作参数随频率变化而呈显著变化。为此，进行机组变频匹配选型时，应当遵循下列原则：离心泵的额定排量参数必须介于最小频率和最大频率各自对应的排量值之间。

采用变频装置后，考虑其变频电性能，应满足变频后最终频率机组轴功率要求。另外可能导致潜油电机发热量增加10%以上。因此变频机组电机选取应当适当放大。

当现场应用变频器，确定电机功率时，应首先确定最大频率下对应的电机功率，然后按一次方频率比折算到电机出厂功率，即50Hz下功率。

2 变频机组变压器的计算过程

潜油电泵机组选井选泵的计算过程比较复杂，以下按给定机组和变频范围来介绍变压器的计算过程，如给定用户需要排量50m3/d、扬程1500m的机组，变频范围为50～60Hz。此时选择泵系列为W50泵，计算如下：

（1）据50Hz下定频特性曲线查得单级扬程6.5m，泵级数=总扬程/单级扬程=1500/6.5=232级。

（2）电机功率的确定。50Hz下电机功率为：P泵轴50Hz=单级轴功率×级数=0.07×232=16kW。而电机为恒转矩调速，电机功率与频率成一次方关系，扬程与频率是2次方的关系，排量与频率是一次方的关系，因此当工作在60Hz时，P泵轴60Hz=P泵轴50Hz×（50/60）3。电机为恒转矩调速，电机功率与频率成一次方关系，电机参数均为50Hz下的数值，因此在50Hz时，P泵轴50Hz=P泵轴60Hz/（50/60）。

电机所需的功率为P电=（P泵轴50Hz+P保护器+P分离器），经计算后得功率为28kW。查电机参数表，选择合适的电机31kW，电压680V，电流39A。

（3）地面电压的确定。根据潜油电机工作电流和导体所处的井底温度进行潜油电缆的选择。本例确定所选动力电缆为4#电缆。假设动力电缆压降为154V，最高运行频率下地面所需电压的公式：

本例：地面所需电压=680×（60/50）+154=970V。

（4）变压器所需总容量计算

本例：所需总容量=（970×39×1.732）/1000=66kVA。

3 应用中容易出现的问题

3.1 观念方面

在油田现场潜油电泵应用中，大家都侧重于选井选泵，而对于变压器的选择相对忽视，认为是附件不重要，并对变压器的能量损耗认识不足，据统计电力系统中，变压器的总损耗约占总发电量的8%，变压器损耗是不能忽视的。

现场经常在配套下井时，仅注重资金投入，消化使用库存现有变压器，不注重变压器的更新和高效节能产品的选择。S11是目前推广应用的低损耗变压器，空载损耗降低20～35%，运行时的噪声水平降低到30～45dB，又保护了环境。以315kVA变压器为例，S9变压器与S11变压器相比，其空载损耗分别为0.68kW和0.48kW，变压器全年实际运行时间按8600h计算，则10a少损失电量为10×8600×（0.68-0.48）=17200kWh，节能效果非常显著。

3.2 变压器的选择计算方面

（1）计算地面电压时，简单利用所选电机的额定电压作为地面电压计算参考值。如上述计算过程中，地面所需电压计算为680+154=834V，这样计算后得到变压器的容量为56kVA，比实际需要的容量要小，这样选择现场选用的变压器工作容量就会小，而现场应用中短r间内往往都不会被发现。因为当变压器选用较小时，能照常工作，而代价只是损害其正常使用寿命或增加其绝缘的自然老化，由于变压器选择不当造成的变压器能量耗也往往不被人们所注意。

（2）在潜油电泵的选择中，电机为恒转矩调速，电机功率与频率成一次方关系，有人认为变压器的容量可以随频率变化，容量与频率成一次方关系。当工作在60Hz时，其容量就是乘上功率的系数，如上述计算过程中，变压器的容量为：56kVA×1.2=67kVA，这样当在60Hz下变压器的容量不会小，但是计算过程是错误的。对于一台定型的变压器，其阻抗电压是一定的，容量也是一定的，变压器输出功率不会随频率而变化。

4 结束语

为保证潜油电泵机组经济有效的运行，变压器选择需要考虑一下几点：①结合变频潜油电泵的机组现场情况和工作情况，应满足机组在最大频率下工作的容量，并尽量选用变压器工作在容量50%～70%利用率下。②变压器长期固定运行情况下优先考虑损耗较小的新型变压器。虽然新型变压器初期价格高，但是新型变压器和高能耗变压器价格差一般能在变压器2～3a的运行中得到弥补。

参考文献

[1] K.E.布朗主编.升举法采油工艺（卷一、卷二（上））[M].北京：石油工业出版社，1987：96～203.

[2] Centrilift a Baker Hughes Company， Submersible Pump Handbook， 1997：9～149.

[3] 潜油电泵装置的规格及选用（国标）（GB/T 17386-1998）.