1、引言
  海洋平臺由于其環(huán)境的特殊性,對設(shè)備要求特別苛刻,因此在高壓變頻器的選用上非常謹(jǐn)慎,一直是國外產(chǎn)品的天下。2004年8月22日, HIVERT-Y06/077高壓變頻器在勝利油田海洋石油開發(fā)公司埕島中心1號平臺2#注水泵成功投運,穩(wěn)定運行至今,打破了洋品牌在海洋平臺上的壟斷局面,為國產(chǎn)高壓變頻器贏得了一份榮譽。下面就這個項目談?wù)剮c體會,拋">

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技術(shù)頻道

HIVERT-Y06/077高壓變頻器在海洋平臺上的應(yīng)用

1、引言
  海洋平臺由于其環(huán)境的特殊性,對設(shè)備要求特別苛刻,因此在高壓變頻器的選用上非常謹(jǐn)慎,一直是國外產(chǎn)品的天下。2004年8月22日, HIVERT-Y06/077高壓變頻器在勝利油田海洋石油開發(fā)公司埕島中心1號平臺2#注水泵成功投運,穩(wěn)定運行至今,打破了洋品牌在海洋平臺上的壟斷局面,為國產(chǎn)高壓變頻器贏得了一份榮譽。下面就這個項目談?wù)剮c體會,拋磚引玉,不要見笑。
  
注水泵的作用是向油層注水,提高油層壓力,從而保證石油開采的順利進行。為了保證較長時期內(nèi)滿足油田注水需求,在設(shè)計上注水泵的容量選型有較大的富余量,現(xiàn)在需要的壓力僅為10MPa,節(jié)能空間較大。
  中心1號平臺裝備發(fā)電機組2×3500kVA + 5×400kVA,總裝機容量9000kVA,為中心平臺及周邊10個衛(wèi)星平臺提供動力。2#注水泵是新增容設(shè)備,型號為VFJH80-140*11,揚程1500m,流量80m3/H,效率82%;配套電機為YA560M-2HW船用增安型三相異步電動機,電壓6kV,額定電流68.48A,功率630kW,功率因數(shù)0.93。電機直接啟動時,瞬時視在功率近5000kVA,壓降很大,可能導(dǎo)致其他運行設(shè)備欠壓保護,甚至使整個電網(wǎng)崩潰。為了確保水泵正常投運,并實現(xiàn)節(jié)能目的,采用了高壓變頻調(diào)速。
  
  2、可靠性
  海洋平臺遠(yuǎn)離陸地,運輸、吊裝費用高昂,因空間狹小,安裝也極不方便,必須確保變頻器一次投運成功,對可靠性要求極高,并要求故障后能迅速恢復(fù)運行。
  
  2.1原理上保證
  高壓變頻器還沒有象低壓變頻器那樣近乎統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從電壓等級上可分為高—低、高—低—高、高—高方式;從有無直流環(huán)節(jié)可分為交—交、交—直—交方式;從直流環(huán)節(jié)濾波元件上可分為電壓源型、電流源型。而高—高方式又可細(xì)分為三電平、器件直接串聯(lián)、功率單元串聯(lián)等方式。目前,在國產(chǎn)高壓變頻器中,功率單元串聯(lián)方式技術(shù)最成熟,產(chǎn)品運行可靠,性能優(yōu)越,已成為高壓變頻器發(fā)展的主流。
  HIVERT高壓變頻器屬直接高-高、交-直-交、電壓源型變頻器,采用功率單元串聯(lián)疊波技術(shù)、空間矢量控制的正弦波PWM調(diào)制方法。
 

 
  圖1 單元串聯(lián)示意圖
  
  6kV系列HIVERT變頻器每相有5個功率單元,功率單元的額定輸入、輸出電壓僅為690VAC,串聯(lián)后相電壓為3450VAC,通過星接為6kV電機供電。每個功率單元相當(dāng)于一個三相輸入,單相輸出的低壓變頻器,繼承了低壓變頻器的成熟技術(shù)和經(jīng)驗。

   
  
  圖2 功率單元示意圖
  2.2元器件保證
  為了保證變頻器的可靠性和使用壽命,主要元器件均采用國際知名廠家產(chǎn)品,并在使用前均通過嚴(yán)格測試,主要元器件清單見表。
  
  
  表1:主要元器件清單
  
  2.3單元旁路
  功率單元串聯(lián)方式高壓變頻器獨具單元旁路功能,進一步提高了系統(tǒng)運行可靠性。圖3中,K即為旁路開關(guān)。運行過程中,當(dāng)某個單元發(fā)生故障而不能繼續(xù)工作時,該單元及其另外兩相相應(yīng)位置上的單元將自動旁路,以保證變頻器連續(xù)工作,并發(fā)出旁路告警。發(fā)生單元旁路時,變頻器額定輸出受到影響,當(dāng)輸出能力達(dá)不到負(fù)載要求時,將自動降速。但對于該水泵負(fù)載,軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,且負(fù)載容量較小,單元旁路時生產(chǎn)不會受到任何影響。
  
  2.4嚴(yán)格測試
  所有功率單元在系統(tǒng)裝配前,均進行150%額定電流輸出試驗,整機通過144小時電機負(fù)載連續(xù)運行試驗。
  為進一步確保變頻器的可靠性,在變頻器運到海洋平臺前,于7月15日安裝在勝利油田河2注630kW水泵上滿載運行試驗。由于是臨時安裝,室內(nèi)無安裝位置,變頻器就安裝在露天用木板和塑料薄膜搭建的簡易棚內(nèi)。當(dāng)時正值雷雨季節(jié),經(jīng)常是雷雨交加,狂風(fēng)大作。變頻器自7月16日投運,一直穩(wěn)定運行到8月2日通過海洋石油開發(fā)公司的驗收為止。
  在此期間,變頻器經(jīng)過了惡劣運行環(huán)境的考驗,驗證了HIVERT變頻器的可靠性、負(fù)載能力、防雷電能力及柜體防滴能力。
  表2為變頻器在河2注運行時的實測數(shù)據(jù),為最大限度考核變頻器的負(fù)載能力,調(diào)試后,變頻器一直運行在50Hz,而通過閥門調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。
  


  表2:河2注運行參數(shù)
  
  3、結(jié)構(gòu)
  海洋平臺寸土寸金,要求變頻器越小越好,同時,平臺上鹽霧大,室內(nèi)屋頂上經(jīng)常有滴水,變頻器需要作防滴(防護等級IP31)和三防(防霉、防潮、防鹽霧)處理。
  
  3.1防滴
  HIVERT變頻器額定效率為96%,總共有4%(變壓器和功率單元約各占一半)通過發(fā)熱方式損耗掉,這些熱量由風(fēng)機排出柜外。因此在柜體設(shè)計時,既要考慮防滴的要求,還得滿足變頻器的通風(fēng)散熱。圖4為變頻器的外形圖,分別在柜體頂部和風(fēng)機頂部加設(shè)了防滴蓋,并確保柜門、蓋板等的密封。
  變頻器的柜體尺寸寬×高×深 = 3800×(2100+250)×1100(單位mm),括號中250為風(fēng)機高度。

    
  圖3 HIVERT-Y06/077外形圖
  
  3.2三防
  三防要求是全面的,包括柜體、連接件、電路板、電器等。
  ◎需表面處理的結(jié)構(gòu)件:涂三防漆
  ◎其余結(jié)構(gòu)件:不銹鋼材料
  ◎連接螺釘?shù)龋翰讳P鋼材料
  ◎電路板:噴三防漆
  ◎開關(guān)、按鈕、繼電器、指示燈等低壓電器:采用達(dá)到三防要求的國外品牌
  ◎變壓器:噴三防漆
  ◎外部高壓電纜:船用電纜
  
  該變頻器6月底通過中國船級社青島分社的檢驗,并頒發(fā)了船級社檢驗證書。
  
  4、運行分析
  高壓注水泵為多級離心泵,共有11級,因現(xiàn)在需要的壓力為10MPa,因此水泵僅安裝了9級,額定揚程為1500*9/11 = 1227m。
 

 
  圖4 注水管路示意圖
  
  原注水泵通過調(diào)節(jié)回水管閥門來調(diào)節(jié)供水壓力及供水量,改用變頻調(diào)速后,回水管閥門全開,而通過調(diào)速來實現(xiàn)水壓調(diào)節(jié),表3為變頻運行實測數(shù)據(jù)。
 

 
  表3:海洋平臺運行參數(shù)
  
  在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn),42-45Hz范圍內(nèi)運行時,水泵振動較大,通過跳轉(zhuǎn)頻率設(shè)置,避免了水泵在此區(qū)域內(nèi)運行。現(xiàn)在注水量比較穩(wěn)定,變頻器輸出頻率穩(wěn)定在45Hz,輸出壓力為10MPa。
  水泵額定軸功率為:1500*80/367/82% *9/11 = 326kW
  45Hz運行時理論軸功率:326*(45/50)3 = 237kW。
  45Hz時水泵理論揚程:1227*(45/50)2 = 994m
  這三個理論計算數(shù)據(jù)與實際運行參數(shù)(軸功率對應(yīng)變頻器輸出功率)非常接近。
  
  5、總結(jié)
  變頻器投運以來,運行穩(wěn)定,效果顯著:
  ◎?qū)崿F(xiàn)了電機軟啟動,啟動時未對電網(wǎng)造成任何沖擊
  ◎節(jié)能效果明顯,節(jié)約功率約321-239 = 82kW,節(jié)電率82/321=26%
  ◎提高了功率因數(shù),進而提高了整個供電系統(tǒng)運行效率
  ◎降低了運行噪音,改善了平臺生活環(huán)境
  ◎因功率單元串聯(lián)方式變頻器輸入、輸出諧波含量很小,未發(fā)現(xiàn)對其他設(shè)備產(chǎn)生影響。

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