摘要：本文主要介紹了深圳市英威騰電氣股份有限公司研發(fā)的CHF100A中頻變頻器在稠油加熱系統(tǒng)中的實際應(yīng)用情況。通過集膚效應(yīng)原理實現(xiàn)稠油井的空心抽油桿電加熱，稀釋稠油方便開采。本文詳細(xì)介紹了CHF100A中頻變頻器在此類應(yīng)用中的優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：中頻加熱 集膚效應(yīng) CHF100A
一、引言
在我國石油開采中，稠油井的比例相當(dāng)大，這類油井原油粘度高、凝固點高、密度大、含蠟量高、特別是東北部油田天氣寒冷，原油稠度不高流動性不強，難以開采。目前國內(nèi)外開采這類油井使用最廣泛、效果最好的工藝技術(shù)是稠油熱采技術(shù)，即采用空心桿電加熱工藝技術(shù)，使稠油變稀，可實現(xiàn)稠油的順利開采。
以前的空心桿加熱技術(shù)，采用工頻電源，因負(fù)載為特殊加熱電纜屬于單相負(fù)荷，需要獨立的變壓器，將三相輸入變?yōu)閱蜗噍敵觯瑫斐呻娋W(wǎng)的三相不平衡，功率因數(shù)低，電能浪費嚴(yán)重，對電網(wǎng)的污染加大。采用CHF100A中頻加熱電源裝置解決了上述問題，該設(shè)備輸出500~2000Hz頻率，實現(xiàn)輸出電壓、電流連續(xù)可調(diào)，進(jìn)而實現(xiàn)輸出功率的連續(xù)可調(diào)，提升了加熱效果，同時利用中高頻的集膚效應(yīng)，使得加熱效率大大提高，極大降低了采油生產(chǎn)的能源消耗。
本文主要結(jié)合深圳英威騰CHF100A系列中頻變頻器在某油田的一臺加熱抽油桿上的實際應(yīng)用情況，對CHF100A變頻器在此類場合的應(yīng)用特點和注意事項進(jìn)行簡要介紹。
二、應(yīng)用環(huán)境分析
1、 中頻加熱原理
集膚效應(yīng)：當(dāng)導(dǎo)體中有交流電或者交變電磁場時，導(dǎo)體內(nèi)部的電流分布不均勻，且電流集中在導(dǎo)體的“皮膚”部分的一種現(xiàn)象。導(dǎo)線內(nèi)部實際上電流變小，電流集中在導(dǎo)線外表的薄層。結(jié)果導(dǎo)線的電阻增加，使它的損耗功率也增加。這一現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。
中頻加熱原理：中頻加熱是根據(jù)上述集膚效應(yīng)原理，即頻率增大時，集膚深度越深，交流阻抗增大，從而在相同電流作用下產(chǎn)生的熱量增多，提高加熱效率。S=K(1/fc)0.5 S為集膚效應(yīng)投入深度;K為修正系數(shù);fc為頻率;由式中得出，fc增大時，S變小，即集膚深度越深，交流阻抗Z=KZ(fc)0.5也變大，隨之產(chǎn)生的能量增加。
控制原理：將380V/50Hz的三相交流電經(jīng)整流后變成直流，再經(jīng)逆變電路變成500~2000Hz的單相電，再經(jīng)中頻變壓器隔離升壓后輸送到加熱電纜。
2、 客戶現(xiàn)場情況
油田名稱：中石油大港某油田
配套抽油機系統(tǒng)：磕頭機
圖1 ：油田磕頭機
圖2： 加熱電纜
3、客戶要求
客戶要求此110KW電源加熱電流可達(dá)到100A左右，確保抽油機運行時不堵塞，加熱控制為時間和溫度雙控，即設(shè)定好運行時間和停止時間后，系統(tǒng)按照此設(shè)定運行，同時加入溫度控制、設(shè)定溫度上限和下限，高于溫度上限時停機，低于溫度下限時開機運行。系統(tǒng)長時間在惡劣環(huán)境下運行，要求穩(wěn)定可靠。
三、系統(tǒng)方案提出
1、 系統(tǒng)具體方案
該系統(tǒng)使用一臺CHF100A中頻變頻器，16點IVC1型號PLC，一塊4AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，一塊7寸VF觸摸屏構(gòu)成。其中變頻器作為加熱電源，外部溫度檢測信號和互感器檢測電流、電壓信號經(jīng)4AD模塊送入PLC， PLC作為主控原件控制變頻器完成加熱作業(yè)。觸摸屏作為操作界面，將控制命令傳達(dá)到PLC，同時顯示相關(guān)運行參數(shù)，實時了解工作狀態(tài)。
輸出部分采用環(huán)形中頻變壓器，用于隔離輸入、輸出電壓，同時經(jīng)電容組與控制柜輸出相連接，起到隔直作用，防止由于直流偏磁或過勵磁產(chǎn)生的磁飽和，并可起到串聯(lián)諧振的作用。中頻變壓器輸出電壓多檔位可選，工作頻率高，自身能量損耗極低，整機效率提高。
圖3 ：系統(tǒng)框圖
圖4：電控柜 圖5：電容及變壓器
注：串聯(lián)諧振原理：在電阻、電感及電容所組成的串聯(lián)電路內(nèi)，當(dāng)容抗XC與感抗XL相等時，即XC=XL，電路中的電壓U與電流I的相位相同，電路呈現(xiàn)純電阻性，這種現(xiàn)象叫串聯(lián)諧振。當(dāng)電路發(fā)生串聯(lián)諧振時電路的阻抗Z=√R^2 +(XC-XL)^2=R，電路中總阻抗最小，電流將達(dá)到最大值。因此在中頻加熱系統(tǒng)中，依據(jù)串聯(lián)諧振的原理可以使加熱效率提高到最大。
2、系統(tǒng)調(diào)試
變頻器設(shè)置參數(shù)如下：
四、系統(tǒng)改造后運行效果分析
根據(jù)輸出頻率高低不同，集膚效應(yīng)程度不同，高頻率加熱效果較好，但電流會小一些;同時變壓器接高電壓檔相比接低電壓檔，由于負(fù)荷不變，電流得到提升。該110KW變頻器，在額定輸出情況下，加熱電流可以達(dá)到120A左右。
圖6：設(shè)備運行圖片
五、結(jié)束語
本文主要結(jié)合深圳英威騰CHF100A系列中頻變頻器在大港某油田電加熱抽油桿上的實際應(yīng)用情況，對CHF100A變頻器在此類場合的應(yīng)用特點和注意事項進(jìn)行了簡要的介紹?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，CHF100A運行穩(wěn)定，加熱效果好，成為油田抽油桿電加熱應(yīng)用高性能，高可靠性變頻器的理想選擇。
（轉(zhuǎn)載）
