英威騰變頻器CHF100A再油田上面的應用案例

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的CHF100A中頻變頻器在稠油加熱系統中的實際應用情況。通過集膚效應原理實現稠油井的空心抽油桿電加熱，稀釋稠油方便開采。本文詳細介紹了CHF100A中頻變頻器在此類應用中的優越性。

關鍵詞：中頻加熱   集膚效應  CHF100A 

一. 引言

在我國石油開采中，稠油井的比例相當大，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。目前國內外開采這類油井使用最廣泛、效果最好的工藝技術是稠油熱采技術，即采用空心桿電加熱工藝技術，使稠油變稀，可實現稠油的順利開采。

以前的空心桿加熱技術，采用工頻電源，因負載為特殊加熱電纜屬于單相負荷，需要獨立的變壓器，將三相輸入變為單相輸出，會造成電網的三相不平衡，功率因數低，電能浪費嚴重，對電網的污染加大。采用CHF100A中頻加熱電源裝置解決了上述問題，該設備輸出500~2000Hz頻率，實現輸出電壓、電流連續可調，進而實現輸出功率的連續可調，提升了加熱效果，同時利用中高頻的集膚效應，使得加熱效率大大提高，極大降低了采油生產的能源消耗。

本文主要結合深圳英威騰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用情況，對CHF100A變頻器在此類場合的應用特點和注意事項進行簡要介紹。

二. 應用環境分析

1. 中頻加熱原理

(a)集膚效應：當導體中有交流電或者交變電磁場時，導體內部的電流分布不均勻，且電流集中在導體的“皮膚”部分的一種現象。導線內部實際上電流變小，電流集中在導線外表的薄層。結果導線的電阻增加，使它的損耗功率也增加。這一現象稱為集膚效應。

(b)中頻加熱原理：中頻加熱是根據上述集膚效應原理，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生的熱量增多，提高加熱效率。

S=K(1/fc)0.5  S為集膚效應投入深度；K為修正系數；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，隨之產生的能量增加。

(c)控制原理：將380V/50Hz的三相交流電經整流后變成直流，再經逆變電路，變成500~2000Hz的單相電，再經中頻變壓器隔離升壓后輸送到加熱電纜。

2. 客戶現場情況

油田名稱：中石油大港某油田    配套抽油機系統：磕頭機   

3. 客戶要求

客戶要求此110KW電源加熱電流可達到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，即設定好運行時間和停止時間后，系統按照此設定運行，同時加入溫度控制、設定溫度上限和下限，高于溫度上限時停機，低于溫度下限時開機運行。系統長時間在惡劣環境下運行，要求穩定可靠。

三. 系統方案提出

1. 系統具體方案

該系統使用一臺CHF100A中頻變頻器，16點IVC1型號PLC，一塊4AD模數轉換模塊，一塊7寸VF觸摸屏構成。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4AD模塊送入PLC，PLC作為主控原件控制變頻器完成加熱作業。觸摸屏作為操作界面，將控制命令傳達到PLC，同時顯示相關運行參數，實時了解工作狀態。

輸出部分采用環形中頻變壓器，用于隔離輸入、輸出電壓，同時經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生的磁飽和，并可起到串聯諧振的作用。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。

注：串聯諧振原理：在電阻、電感及電容所組成的串聯電路內，當容抗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，電路呈現純電阻性，這種現象叫串聯諧振。當電路發生串聯諧振時電路的阻抗Z=√R^2 +(XC-XL)^2=R，電路中總阻抗最小，電流將達到最大值。因此在中頻加熱系統中，依據串聯諧振的原理可以使加熱效率提高到最大。

2. 系統調試

變頻器設置參數如下：

四. 系統改造后運行效果分析

根據輸出頻率高低不同，集膚效應程度不同，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，加熱電流可以達到120A左右。

五. 結束語

本文主要結合深圳英威騰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用情況，對CHF100A變頻器在此類場合的應用特點和注意事項進行了簡要的介紹?，F場應用表明，CHF100A運行穩定，加熱效果好，成為油田抽油桿電加熱應用高性能，高可靠性變頻器的理想選擇。