樊冰

（中海油能源发展装备技术有限公司， 天津 300451）

1 引言

渤海某无人平台原有两口油井，通过2根海底电缆进行电潜泵开采。后期为满足增产需求增加两口油井，对4口油井同时进行电潜泵开采。平台现有油井开采配套设备（主要包括电潜泵变频器）已无法满足生产需要，需要在原有的“一拖一”（即一台变频器拖带一口电泵）的基础上，升级增加设备，拓展成“一拖二”（即一台变频器同时拖带两口电泵），从而实现两台变频器同时拖带控制四口油井电泵的功能。

2 变频器在海洋平台上的应用优势

海洋平台上的电网基本为独立电网，各种不同等级的用户在同一个电网下工作，如强电与弱电、生活与公用、通讯与常规等，相互影响大，平台整体的容量小。大功率电动机用工频电源启动时，起动转矩能够达到额定转矩的125%以上，起动电流能够达到额定电流的5～6倍，不仅对电机产生很大的过电流冲击[1]，而且对电网会产生很大的影响，甚至会拉黑整个电网，使其他设备不能正常工作。

如果采用变频器运转，随着电机的加速相应地缓慢提高频率和电压，起动电流就能被限制在150%额定电流以下（根据机型不同，一般为125%～200%）。采用变频器传动可以使启动时间变长，从而平滑地启动，不对电网产生较大的冲击。起动电流基本上为额定电流的1.2～1.5倍，起动转矩为70%～120%额定转矩。尤其是对于带有转矩自动增强相应功能的变频器，它的起动转矩为100%以上，可以直接带全负载起动。

3 变频器在海洋平台上使用的选型原则

纵观海洋平台使用变频器的情况，就海洋石油生产的特点可归纳以下几点：

（1）选择变频器时应以电机实际电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外应能够充分考虑变频器的会输出高次谐波，造成电动机的功率因数和效率都会降低。因此，启动方式采用变频器与采用工频电网相比较，电动机的额定电流要增加10%并且温升要增加20%左右。因此选择电动机和变频器时，应考虑这些情况，适当留有裕量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。像压缩机等转矩波动大的设备，像油压泵等有峰值负载的设备，若按照电动机的额定电流或者额定功率来选择变频器，就有发生因电流峰值过高而使过电流保护动作的可能。因此，根据设备工频运行情况，应选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。

（2）由于整个海洋平台划分为不同的区域，因此在选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的环境条件相匹配，否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。并且在驱动防爆电动机时，如果变频器未选择防爆构造，就应将变频器设置在平台危险区外[2]。

（3）变频器如果需要长电缆运行时，在这种情况下，应采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器的出力不够。将变频器放大一档进行选型或在变频器的输出端安装输出电抗器。

（4）变频器如果需要控制并联的几台电机，一定要考虑变频器到电动机的电缆长度等参数能够在变频器的容许范围内，如果超过相应的规定值，就必须放大一档或两档来选择变频器。另外在此种情况下，由于要适应多台不同规格的电动机，如果变频器的保护参数设定得较宽松，容易导致保护无法作用到保护电机的情况，此时需在每台电动机上加熔断器来实现相应的保护[3]。

4 电潜泵变频器“一拖二”在工程项目中的实际应用

渤海某无人平台原有两口油井，电潜泵控制方式为由变频器“一拖一”进行控制。该两口油井的变频器安装在距离此平台3公里外的带配电间的EP平台，通过2根海底电缆进行电潜泵开采。该无人井口平台后期要再增加两口油井，对4口油井同时用电泵进行开采。依据原有资源，已无法满足生产需要，如果继续采用变频器“一拖一”控制方式，EP平台无新增变频器的位置，需要新增电潜泵控制间，另外需要再新增敷设两根海缆，投资量巨大，经济效益不高。

结合海上油田的实际情况，在EP平台电泵控制间拆除原有“一拖一”变频器的输入输出相应电缆及部件后，将柜体整体移除；将一套“一拖二”变频器和变压器就位，并列安装于原变频器位置。在无人井口平台，安装一套控制柜，两套防爆分线柜以及两个井口接线箱供新增两口油井电潜泵使用。

图1 实现电潜泵“一拖二”后，整体配电系统电气单线图

经过现场调试，满足“一拖二”变频控制系统，变频器实现在30～60Hz内任一频率上对电潜泵进行变频拖动，具备电潜泵机组所要求的各种保护功能，实现两台变频器同时拖带控制四口油井电泵的功能，包括短路、缺相、欠载、电流不平衡等，而且变频器输出电压谐波满足国家电力部门规定要求。

变频器装置具备适配平台潜油电泵机组长距离电缆传输的能力（海缆约3000m，井下电缆约2000m），并对已有的海底电缆进行了校核。

表1 实现电潜泵“一拖二”后，原有海底电缆参数校核结果

5 结论

在海洋工程中，对于海上无人井口采油平台，特别是通过海缆对电潜泵进行供电的类型，如在进行产能扩大或者开发新井的情况下，利用原有海底电缆，采用“一拖二”的变频控制之类的控制方式，在满足各项基本要求及相关校核的前提下，可实现对无人平台设备运行的远程监控，提高油田生产管理的数字化水平[4]，能够大幅度降低施工改造成本，提高油田产能，达到降本增效的目的。

在海洋石油开发过程中，除了大片集中油田的开采，仍有边际油田等小区域油井亟待开发与提升产能。因此，电潜泵变频技术“一拖二”甚至“一拖N”的扩展对于海洋石油工业发展前景将很有帮助。

◆参考文献

[1] 原魁，刘伟强. 变频器基础及应用[M].北京：冶金工业出版社，1997.

[2] 中国船级社. 海上移动平台入级与建造规范[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3] 谢巍，李鑫，敬蜀蓉，等. 海上采油平台电潜泵“一变多控”系统[J].微计算机信息，2003，19(7)：33-35.

[4] 邹军华. 边际油田变频一拖二系统设计[J].科技展望，2015，(16)：105-106.