天津华云自控股份有限公司 300402
摘要：本文介绍了一种在海上油田采油平台使用的由一台中压变频对三台电泵进行拖带的自动控制技术。通过系统内部的PLC控制单元，系统可以分别实现对三台电泵的变频启动及工频同步切换运行；或在任意两台泵切换至工频运行后，对第三台泵进行变频拖动；或在变频器故障时对三台泵直接进行工频启停操作。
关键词：变频器；一拖三；PLC；同步切换
1引言
目前，变频启动和变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向 [1]。变频器在油田生产中也得到了广泛应用，油田利用变频器拖带电潜泵，使之由以前的硬启动变为软启动，增加了电潜泵的使用寿命[2]。尤其在海上油田中，油井集中，使得电潜泵的集中控制更加方便和必要。海上平台一般集中有20~30台电潜泵，全部使用变频器一对一拖带的话，投入资金较多。早期传统的方法是采用“一变多控”进行控制，其利用一台变频器对平台全部电潜泵进行控制。因各电泵电压参数不同，“一变多控”系统一般使用低压变频器，再配套整流变压器、多抽头升压变压器、高压切换柜以及中央控制柜等设备。系统配置复杂，且全部电潜泵（20~30台）中只能有一台可以长期由变频器拖带，不能满足井况复杂的电潜泵长期变频拖带的使用要求。“中压变频一拖三”系统相比传统的“一变多控”系统更加简化，使用更加灵活，不需要额外的配套设备。在整个电潜泵控制系统中，使用多套“中压变频一拖三”系统，既可以保证所有油井都可以变频启动，又保证了有多台电泵可以长期处于变频拖带状态。而且相比于一对一变频拖动，又能节省一多半的资金，是各方面都可以兼顾的一种变频应用方案，比较适合海上油田采油平台的实际使用情况。
2系统结构和工作原理
“中压变频器一拖三”系统使用一台中压变频对三台电泵进行拖带，系统由一台中压变频柜及三台独立的工频控制柜组成，每台工频控制柜中有单独的控制电源及保护单元，这样的布置有利于在故障后实现单台泵控制系统的检修。
系统的结构图如下图1所示：
图2 工频柜结构图
系统的工作原理如下：
变频器及各工频柜进线直接采用平台原升压变压器输出电源（例如1260V）。G1、G2为隔离开关，K1、K2为真空接触器，PCC为电潜泵综合保护仪。
电潜泵启动时，来自变频器的电源通过G2、K2驱动电潜泵，启动过程中由变频器对电潜泵进行保护。启动完成后，断开K2，闭合K1，将网电接入，转入工频运行。在变频运行时，由变频柜对电潜泵进行保护；工频运行时由PCC对电潜泵进行保护。
3控制回路设计
“中压变频器一拖三”系统对控制回路的要求比较高。除了要求运行稳定外，还要求具有完善的连锁控制功能、数据采集上传功能、有效的防误操作功能等。
为了达到以上要求，考虑到系统操作的简便性和可靠性，在系统控制回路中加入了PLC进行控制。变频柜及三台工频柜中各加入一个PLC，通过PLC强大的逻辑控制功能组成网络控制系统，对多台电机进行启、停控制和变频—工频的自动切换控制。
系统的逻辑框图如下图3所示：
图4 通讯网络图
4系统的变频-工频切换
“中压变频器一拖三”系统的主要功能是实现对三台泵的变频启动及工频切换。运行中实现泵的变频至工频切换要求变频器的输出及工频电源的相位同步，这是切换的前提。
变频器输出电源及工频电源是否同步是由专门的相位同步装置来检测、判断的。
本次系统的变频至工频切换方式为相位追踪准同步切换。
其基本过程是：变频器启动达到工频频率（在实际使用中一般是52Hz左右），这时监测变频器输出相位和工频相位，当两者相位相同时，进行切换操作。
切换过程如下：停止变频器输出→切断变频输出接触器→接通工频旁路接触器。
正常情况下，系统变频启动到切换工频运行的操作顺序为：
1）检测变频柜、工频柜是否正常。
2）检测变频器的准备状态——正常待机。
3）检测工频柜的准备状态——隔离开关合、工频电源正常。
4）变频接触器合。
5）启动变频器。
6）变频器达到切换频率并检测变频电源与工频电源的相位一致。
7）停止变频器（注意此时停机方式应为自用停车）。
8）断开变频接触器、接通工频接触器，完成一台电潜泵的启动。
5结束语
本系统应用于胜利油田海洋采油厂海上平台，采用PLC控制进行变频启动和工频切换，经较长时间的可靠运行证明该系统的功能比较完善，已符合海上平台的控制要求，能够有效地对电潜泵进行拖动和保护。
参考文献
[1]卓传金.“一变多控”变频控制技术在海上油田的应用[J].变频器世界，2012（11）：88-90.
[2]谢巍，李鑫，敬蜀蓉.海上采油平台电潜泵“一变多控”系统[J].微计算机信息，2003（07）：33-34.
论文作者:路兆旭
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第16期
论文发表时间:2017/11/20
标签：变频器论文; 系统论文; 接触器论文; 相位论文; 海上论文; 油田论文; 电源论文; 《建筑学研究前沿》2017年第16期论文;