瞄回墨瑾蕊圃丽２００８ Ｎ Ｏ．ＩＯ（ Ｉ＇）ｆ０ｇ ａｎｄ Ｐｒ０ｄ 工业技术 采油潜油电泵配电装置的设计选择 杨杰 （冀东油田勘察设计研究院，河北唐山０６３００４） 摘要：油田采油工程中，电潜泵是应用较多的采油设备之一，电潜泵配电装置设计合理与否，对油井安全生产至关重要。本文通过对潜油 电泵参数设计过程进行分析，结合配电设计要求，阐述潜油电泵配电设备电气参数的计算原则，探讨配电设计ｑ－经常遇到的一些实际问题。 关键词：潜油电泵；配电装置；变压器；变频器；参数：设计 １引占 率【ｌｊ。 在实际应用中，如何使油井的产能与潜油 电泵机组相匹配是一项系统工程。潜油电泵机 Ｎ＝ＱＨｐＬ／Ｓ８００ｒｌ 式中：Ｎ——泵的轴功率（ｋＷ）； 大于计算结果容量的变压器，考虑到运行时的 （１） 安全性，可根据经验对计算结果乘以工况系数 １．１—１．２。 组选择，要综合考虑所举升的液体性能、井底温 度等诸多因素，使得潜油电泵机组符合油井的 实际情况，最大限度地发挥油井的潜能。同时， 油井投产前的地质没计决定潜油电泵的设计与 选型，油井的产液量、泵挂深度等因素决定了潜 油电泵泵型的选择，潜油电泵设备的额定功率、 额定电压等参数的设计会随着油井参数而变 化，配电设备设计选型应能满足油井运行要求， 合理设计配电装置十分重要，否则会严重影响 油井投产及安全运行，因此探讨潜油电泵配电 系统设计与选型特点，掌握潜油电泵设备参数 的计算规律尤为重要。 ２潜油电泵系统及配电系统组成 潜油电泵系统组成。潜油电泵主要有三个 部分组成。一是井下机组部分：包括潜油泵、油 气分离器、保护器、潜油电机、潜油电缆；二是地 面设备：包括变压器、控制柜（工频或变频控制 柜）、接线盒等；三是 他辅助设备：包括扶正 器、井下传感器、单流阀，泄油阀、井口穿越器 等。 配电系统组成。配电系统是只潜油电泵系 统中的地面设备，电潜泵配电系统组成有两种 方案：～种方案是：变压器将供电系统电压调整 到井下潜油电泵机组所需电压，通过控制柜、接 线盒及动力电缆提供给井下机组，组成高高配 电方式，见图１。另一种方案是：通常先由降压变 压器将供电系统电压调整到３８０Ｖ，经低压变频 柜凋频、再经升压变压器将电压调整到井下机 组所需电压，经接线盒及动力电缆提供给井下 机组，组成高低高配电方式，见图２。 － ｌ １１¨ ０ ＿ ．一 “ 图１采用中压变频器的潜油电泵系统 （高高方案） ． 。 ¨＿ 一 ＿『 ＿ 、’ ’ Ｊ 、｝ １ １ ‘图２采用低压变频器的潜油电泵系统 （高低高方案） ３潜浦电泵配电系统设备的设计选择 潜油电泵配电设备容量和电压是由潜油电 （５）泵所需视在功率及电压来确定的，因此在设计 选择配电设备时，首先要确定潜油电泵所需功 率和电压。 ３．１潜油电泵参数的计算 潜油电泵所需功率的确定。油井地质设计 完成后，根据产能预测和总动压头（总扬程）计算 结果，确定潜油电泵的排量和扬程等主要参数， 选择合适的泵型。当多级离心泵的排量、扬程确 宗 定之后，通常可由以下两种方法计算泵的轴功 一１０７一 中国新技术新产品 Ｑ——离心泵额定排量（ｍＳ／ｄ）； 工频控制柜的选择。根据电机的额定电流 Ｈ——离心泵额定扬程（／／１）； 和变压器二次端电压，选用电压和电流合适的 ｐＩ —井液密度（ｋｇ／ｍ ）； 工频控制柜，常用工频控制柜电压为３０００ Ｖ， １１——泵效（％），由生产厂家提供或从电泵 电流为２００ Ａ，满足一般规格机组参数需求。 特性曲线中查出。 ３．２．２采用中压变频器时潜油电泵机组地面 潜油电机功率、额定电压、额定电流等参数 设备参数的确定 的确定。泵轴功率确定后，从厂家提供的产品系 中压变频器容量的选择是按照电机的功率 列中选择合适功率的潜油电机，潜油电机功率 和电流来确定的。首先，计算出变频器的最高工 通常应满足下述公式要求： 作电流。然后，根据计算出的电流对照所给出的 Ｐ≥Ｎ＋△Ｎ （３） 变频器参数选择 变频器的容量和规格。 式中：ｌ一电机功率（ｋＷ）； 可用下述公式进行计算Ｈ。 Ｎ——泵的轴功率（ｋＷ）； Ｕ２＝Ｕ，・ｆ２／ｆｌ （６） △Ｎ——保护器、分离器消耗的功率（ｋＷ）。 Ｉ２＝Ｉｔ。（Ｕ２＋△Ｕ），Ｕ （７） 选择潜油电机的功率时，要考虑离心泵负 Ｉ ≤０．９１ Ｉ （８） 荷特点，工况负荷波动较大（如反复启停的间断 式中：Ｕ ——在额定频率下电机的额定电 工作，出砂、结垢等造成的泵负荷波动较大等情 压．Ｖ： 况）或有上调频率要求时，在确定潜油电机功率 ｕ广调到预定最高频率时的电机工作电 时应予以考虑。工况负荷波动较大时，如反复启 压，Ｖ： 停、油井有出砂、结垢情况倾向时，可适当增大 Ｉｌ——在额定频率下电机的额定电流，Ａ； 所选潜油电机功率，使机组具有更好的过载能 Ｉ厂调到预定频率ｆ时的变频器工作电 力。 流，Ａ； 潜油电机选择需要校核电机能否正常启动 Ｉ——变频器额定电流，Ａ； ｝：电机电压需要满足以下公式： ｕ——升压变压器一次端电压，Ｖ； Ｕ 一Ｕ ｘＫ≥Ｕｍｘ５０％ （４） △ｕ——电缆压降损失，Ｖ； 式中：ｕ 电机端电压（工作电压）（Ｖ）； ｆ ——额定频率，Ｈｚ； ｕ 一电缆压降（Ｖ），与电机电流、电缆型 ｆ厂—一预定调整的最高频率，Ｈｚ。 号、井温有关（参见［２］第７页）； 根据以上公式，在选择变频器时，其最高运 Ｋ——启动电压降系数，根据经验通常取４。 行电流不超过额定电流的９１％。如果变频器运 尤其是当选择的电机功率接近满载时，为 行环境温度低于４０＂１２，才可考虑高于９１％接近 保证电机可靠启动，必须满足（４）式关系。 变频器额定电流运行。但当运行电流低于额定 选择潜油电机功率时，需从一次性投资和 电流的９１％，变频器在６０ｓ的时间内，具有额定 长期运行费用角度分析，适当选择大功率电机， 电流１３６％的过载能力。 通常在负载率为Ｏ．７５左右时电机效率最高，并 采用中压变频器时，如果变频器前端没有 且在负载率为０．５～１．０时其效率变化很小。因此 滤波器，应增大前端的变压器容量。建议计算结 选用潜油电机的最佳功率值为潜油电泵机组所 果乘以工况系数１．２～ｌ－３。 需功率的Ｉ ２０％～ｌ ３０％为宜 。 ３．２＿３采用低压变频器（高低高方案）时潜油‘ 潜油电泵所需视在功率的计算。潜油电泵 电泵机组地面设备参数的确定 供电容量应能保证潜油电机在最大负荷下的顺 低压变频器容量的确定。采用高低高方案 利启动，并能使潜油电机在井下长期稳定运行。 时，低压变频器容量可由下式确定： 供电的容量可由下列公式计算： Ｐ＝Ｐｒ，Ｏ－ＰⅧ＿十Ｐ ＝Ｐ￣／ｒｌＭ＋△Ｕ‘、／３’Ｉ＋、／３ ｓ：、／丁（ｕ１＋△ｕ）Ｉ； ・Ｕｌ・Ｉ・（１— Ｔ） （９） 式中：Ｐ＿—＿ｆ氐压变频器所需功率，ｋＷ； 式中：ｓ——视在功率（ｋＶＡ）； Ｐｈ厂～电机额定频率下的额定功率，ｋＷ； ｕ ——电机的额定电压（ｋＶ）； Ｐ ＿电机额定频率下的损耗，ｋＷ； △ｕ——电缆压降损失（ｋＡ）； Ｐ ＿动力电缆额定频率下的损耗，ｋＷ； Ｉ——电机的额定电流（Ａ）。 Ｐ 一变压器额定频率下的损耗，ｋＷ； ３．２潜油电泵配电设备电气参数的计算与 １１ 一电机效率； 确定 △ｕ——电缆压降损失，Ｖ； ３．２．１普通潜油电泵机组地面设备参数的确 Ｉ——电机额定电流，Ａ； ｕ ——在额定频率下变压器原边的额定电 变压器的选择。可按公式（５）计算结果选择 压．Ｖ： ２００８ＮＯｉｔ）（ｐ）Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ．一工业技术 瞄回墨 墨阉一一譬ｌ ｌ Ｉ ￡Ｊｌ■ ；－ 浅谈真空开关事故及处理 李柳松 李豪天 （１、江门台山供电局变电部，广东江门５２９２００ ２、江门恩平供电局调度中心继保班，广东江门５２９２００） 摘要：现在１０ｋＶ断路器一般使用真空开关，而真空开关的真空度在运行中基本没有信息可以给运行人员参考，所以当真空开关的真空度 遭到破坏、出现事故时，运行人员稍有不慎，就容易造成安全事故，甚至还可能造成运行设备损坏、人身伤亡。本文以一起真实的有关真空断 路器真空度破坏后造成的事故为例，对其发生的原因及处理方法进行分析，以期对真空开关的安全使用、事故处理进行有效的探讨研究，减 少此类事故的危险度。 关键词：真空开关；真空度；事故处理 、 １引言 真空断路器是以真空作为绝缘和灭弧手段 事故的重点在于电容器组的爆炸，处于热备用 的电容器组为何发生爆炸是一关键问题，运行 会显示有电流（电流大小根据情况不同）。出现 这种情况时，运行人员就应意识到真空开关出 的断路器，由于真空断路器具有熄弧能力强、机 人员判断为电容器组真空断路器真空度破坏发 现问题，应立即隔离处理。 械寿命长、适宜频繁操作和快速切断、环境污染 生间隙放电，连续的间隙放电造成电容器组过 在江门地区，现有１０ｋＶ系统多用封闭式组 小等特点，近十几年来得到了迅速的发展，广泛 电压直至发生爆炸着火。 合开关柜。这种新型开关柜设计有带电显示器， 应用与１０ｋＶ配电系统。目前，其电压等级已达 运行人员在记录了相关信息后迅速向调度 是从线路电流互感器引出。当真空开关在热备 到３５ｋＶ，开断能力已达１００ｋＡ。 汇报了故障情况，并汇报了值班人员分析得出 用情况下，带电显示器没有显示。如果出现真空 真空灭弧室是真空断路器的主体，它实际 的故障原因。调度分析后认同故障原因，并下令 断路器真空度降低发生放电，带电显示器就会 是一个抽真空后密封的外壳，外壳中部通过可 进行故障隔离。此时不能直接拉开故障真空断 显示带电。巡视人员在巡视设备或处理事故时 伐合金环焊接成一个整体。灭弧室内部通常抽 路器两端的隔离开关，因为此时真空断路器是 可以结合开关位置观察带电显示器，从而准确 成约Ｐａ的高真空。灭弧室真空度在运行中是一 导通带电接地，强行拉开隔离开关就是带负荷 的判断真空开关的情况、有效的处理事故。 个非常重要的参数，它直接决定真空断路器是 拉刀闸，就会扩大事故范围甚至造成设备损坏 总结 否能够安全运行、可靠操作的关键性指标。但在 及人员伤亡事故。为了安全可靠的隔离故障真 真空断路器有其自身的优点，因此得到广 实际运行中，运行人员对灭弧室的真空度无法 空断路器，调度下令首先断开１０ｋＶ Ｉ母线上所 泛应用，但真空断路器一般是封闭式，开关内部 进行监视。这就给运行人员对真空断路器的运 有线路开关、拉开Ｉ母线ＰＴ刀闸，然后断开１ 情况不易观察，而对真空度又没有有效的监视 行维护带来隐患，在事故处理过程中，还可能因 号主变１０ｋＶ侧５０１开关，在检查１０ｋＶ Ｉ母线 装置，给运行人员的１３常巡视维护带来困难和 为信息的缺乏而造成误判断扩大事故范围及造 上所有正常开关都在分闸位置后，拉开故障真 挑战。另外１０ｋＶ线路线路侧一般没有电压抽取 成伤亡事故。 空断路器两侧的隔离开关，将故障真空断路器 装置，因此当真空开关是在故障情况下导通时 本文以一起真实的有关真空断路器真空度 隔离，然后恢复１０ｋＶ Ｉ母线运行，恢复Ｉ母线上 没有直接可靠的信号给运行人员参考。现在二 破坏后造成的事故为例，并对其发生的原因及 所有线路运行。在进行故障隔离的同时，值班人 次保护装置都采用微机保护，我们可以考虑在 处理方法进行分析，抛砖引玉，以期引起对此类 员拨打１１９汇报火情，值班人员也穿上绝缘鞋， 微机保护中增加“开关分闸，线路有流”预告信 事故的探讨研究，尽量将事故影响和损失降到 在距离电容器组４米开外对其进行喷射灭火 号，有助于提醒运行人员真空开关可能出现故 最低，最大限度地保护国家以及人民财产安全。 剂，防止火势蔓延。 障。这个信号可以采用“与”的逻辑关系，一个条 ２事故现象及处理： 故障处理完后，高试班对第一组电容器组 件取自开关辅助节点，另一条件判断线路是否 电容器组爆炸事故： 的真空开关进行了试验，实验数据表明真空开 存在电流（如图１）。 运行方式：１０ｋＶ系统分列运行，１号主变 关Ａ相真空度已降低，不能再投人运行。 １０ｋＶ侧５０１开关接１０ｋＶ Ｉ母运行，２号主变 扩展分析：这是一起典型的真空断路器真 １０ｋＶ侧５０１开关接１０ｋＶＩＩ母运行，１０ｋＶ母联 空度降低引起的事故。事故现象虽然简单但故 开关分位 线路有流 开关故障 ５００开关在分闸位置。 障原因不易查明，如果这时盲目进行操作，就可 事故现象：预告信号铃响，光子牌显示 能进一步扩大事故甚至造成人身伤亡。由于缺 “１０ｋＶ Ｉ母线接地”、检查ｌＯｋＶ Ｉ母线电压表发 乏对真空断路器真空度直接监视的工具，运行 图１ 现Ａ相电压指示针大幅度振荡，电容器室传来 值班人员在平时巡视设备或事故处理时，应结 作为运行人员在平时应该提高警惕，保持高度 爆炸声，检查发现第一组电容器组发生爆炸并 合有关信息进行综合判断。在设备巡视或事故 的警觉，并且经常演练事故发生时处理程序，发 着火。 处理过程中，笔者认为运行人员应该注意以下 生事故时应该保持冷静，不能盲目操作，收集各 分析及处理：当时第一组电容器组处于热 两个方面： 种信息进行判断后，果断采取行动，使事故后果 备用状态（开关断开时间超过１５分钟），使用的 真空开关在热备用的情况下，巡视人员应 降到最低。 是运行了十几年的真空断路器；１０ｋＶ Ｉ母线Ａ 检查所在线路的电流指示是否为零。正常情况 相接地情况并非一般的接地情况，从现象判断 下当真空开关热备用电流指示为零，而真空断 可能是系统发生振荡或出现间隙放电点。这起 路器真空度降低发生放电的时候，电流指示就 １１广变压器效率； 结论 算依据，供参考。 可按公式（９）计算结果选择合适容量的变 采油潜油电泵配电装置的设计选择，首先 参考文献 频器。 应在油井地质设计完成后，完成潜油电泵参数 『１１罗英俊，万仁傅．”采油技术手册”．北京：石油 升压变压器容量的确定。变频柜后端的升 设计，根据已知的潜油电泵工作电压和泵功率， 工业出版社．２００５． 压变压器设计上应能适应在降频条件下可靠运 确定配电装置的设计选择。 『２ＪＧＢ／Ｔ１７３８６—１９９８”潜油电泵装置的规格及选 行。同时，考虑到运行时的安全性，变频柜后端 潜油电泵配电装置设计过程是在一定的理 用” 的变压器容量可根据公式（９）计算结果（或变频 论基础上，经过实践检验产生出来，能够为潜油 ［３】刘新岩，李瑞云，付明森．”潜油电机功率选择 器容量）乘以工况系数１．４～１．５选择。 电泵配电装置设计选择提供参考依据。实际设 初探”．《石油矿场机械》，２００７年３６卷２期６９～ 变频前端变压器容量的确定。变频前端变 计中应注意本地区的油井地质及采油工况，合 ７２页 压器容量的确定，可根据公式（９）计算结果（或 理设计潜油电泵地面设备，同时配电装置的其 （４】梅思杰，邵永实，刘军，师士刚．”潜油电泵技 变频器容量）乘以工况系数１．２５—１．３选择前端 它参数应满足现行国家规范标准要求。 术”．北京：石油工业出版社．２００４． 变压器容量。 本文给出了潜油电泵地面设备参数选择计 中国新技术新产品 一１０８—
