中压潜油电动机起动与保护技术研究

【摘要】： 当今的石油工业中,由于油井自身条件限制,仅依靠自然井喷已不能够满足开采要求,因此借助潜油电泵等设备进行人工举升已经成为油田开采的重要方法。潜油电泵机组诸多组成部分中,潜油电动机是一个重要组成部分。由于异步电动机制造简单、容量高、运行可靠、维护性好,以及可以在恶劣条件下长时间稳定工作等诸多优点,目前潜油电动机也均选用三相异步电动机。由于潜油电机工作于数千米深的地下,供电电缆压降较大,电机起动时端电压较低,无法满足额定负载条件下的正常起动要求。并且,直接起动时电机电流会达到额定值的4~7倍甚至更高,对电网和电泵机组系统本身都会造成损害。 本文针对目前中压潜油电动机系统的工作特点,对中压潜油电动机的起动、停车过程以及运行过程中的保护方法进行了较为深入研究,主要包括如下几方面内容: 首先,对电机起动装置的工作原理以及起动过程中转速无传感器测量方法进行了较为全面的分析,给出了通过测量晶闸管两端电压实现对转速进行连续测量的方法。 其次,对中压潜油电机起动装置的控制器进行了硬件设计与调试,针对高压晶闸管构成起动装置成本较高的问题,提出采用多个低压晶闸管串联构成单相晶闸管阀组,给出了串联阀组动态与静态均压问题的解决方法,设计了基于交变电流源工作模式的触发方式,解决了中压系统中主回路与触发回路之间的隔离问题。 第三,针对潜油电泵机组的工作特点,对软起动和软停车过程控制策略进行深入研究。通过分析电机起动过程中功率因数角的变化规律和引起电磁转矩及电流振荡的原因,提出把异步电动机的功率因数角作为参数构成反馈系统,给出了功率因数角的闭环控制方式,解决了起动末期电流与转矩的振荡问题。 第四,对电机运行过程中的保护问题进行分析,针对潜油电机的工作特点,给出了相应的保护算法,设计了基于DSP LF2407的起动与保护程序,并在实验平台上进行了验证。 最后,对直接转矩控制理论在异步电动机软起动中的应用进行了探讨,并且对控制策略进行了仿真验证。