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[摘要]：随着电潜泵系统在煤矿开采中的重要性不断提高，变频装置的使用对电潜泵井越来越重要。本文章把电潜泵井进行变频优化设计，并以此为依据建立了一套电潜泵变频优化设计系统，保证了电潜泵井能够稳定的处于比较合理的状态， 显著地提高了电潜泵井的工作效率， 在很大程度上提高了电潜泵井的经济效益。
[关键词]：电潜泵井 变频控制 优化设计
中图分类号：N945.15 文献标识码：N 文章编号：1009-914X（2012）32- 0633-01
电潜泵井的工频系统能耗大、寿命短、启动电流比较大，对电潜泵井的变频控制进行优化研究成为当前迫切需要解决的问题。随着变频技术的发展，通过对电潜泵井进行变频控制优化设计，对电潜泵的使用起到了良好的控制和保护作用，有效的延长了电潜泵的使用寿命。
一、电潜泵井分析
1、电潜泵在煤矿中有风动涡轮潜水泵、隔爆型潜污水电泵、风动污水潜水泵、风动排沙排污潜水泵。电潜泵井在煤矿中主要通过潜水泵往上抽水中使用，对煤矿的开采具有很大的作用。
2.电潜泵井在煤气层井开采中主要是通过管道将潜水电泵机的装置深入到井下，通过变频器的控制，把电力通过变频器、变压器和电动机来带动离心泵高速旋转。使井中流体能经过多级旋转式的气体分离器、单流阀、多级离心泵、油管和采气树升到地面。
二、电潜泵井在煤矿中的使用
1.因为煤矿的潜水泵是通过水源井往上抽水，并且在水体下采煤和承压含水层中采煤应用比较广。在开采煤层的上面的地下水或地表水中采煤就是水体下采煤，一般分为疏水采煤、顶水采煤、输水与堵截水源结合、顶疏结合等采煤方式。一般通过潜水泵的抽水把承压水降到开采水平以下进行采煤。
2.因为煤层中含有大量的煤层气，煤层气的开发需要电潜泵井的使用，通过电潜泵将井中流体升至地面，随着流体的产出，环空的液面不断的下降，煤层的压力也在不断的下降，煤层的压力一旦低于煤气层的解吸压力，煤层中的吸附气就会大量的解吸出，这时管道排除的水气混合物在地面流程的计量分析分离后，煤层气体就开始进入输气管线集输，水就会流入处理站。煤层气产出，计量后在输气管道里集输。
三、变频优化设计的思路和方法
（一）变频节能分析
变频调速泵的工作特性随转速变化而变化，只有当调速泵的出口压力高于逆止阀关断压力是变频调速泵才可能出水，进而对电潜泵井的整体运行产生影响，电潜泵井空转时会消耗电能，但没有有效的机械能输出，电能转化为热能。这种空耗下不但耗费能量，而且空转发热严重時电潜泵井内液体高温有可能沸腾，会损坏电潜泵井的轴承和水封等电潜泵井内的机械部件。所以，电潜泵井的变频优化控制对于电潜泵井非常重要。
（二）变频调节
1.异步电动机转速正比于电源频率。改变电源频率就能够改变电动机的转速， 从而使电动机的转速具有很好的调节性。电潜泵井的各项性能和频率变化的关系可以总结为：①Q??=Q?（f??/f?）②H??=H?（f??/f?）?③P??=P?（f??/f?）?公式中，①f?，f??--工况下的频率，Hz；②Q?，Q??---频率f?，f??下的排量，m?/d；③ H?，H??--频率f?，f??下的扬程，m；④P?，P??---频率f?，f??下的功率，kw。
然而生产中，地层产出能力对泵的供液量有着重要的影响，电潜泵井的调节效果受多方面因素影响。
2.在煤层气的排采中要经常性的检测液面，使液面平稳的下降，进而平稳的降压，形成大幅度的降压范围，从而提高煤层气的采收率。电潜泵一般由工频和变频两种工况功能，其中变频的工况可以通过调整频率来满足同排量降压的需要，它的基本功能有欠压、过压、欠载、过载、失速和短路保护等，也可以自动的显示记录井下电机的运行电压、电流、频率等参数，工作性能稳定、可靠性较高。
（三）变频器的使用和应用
1.变频器产业的飞速发展，日趋壮大了变频器的产业化规模，在电潜泵井中变频器的功用日益重要。交流变频器于20世纪60年代产生，在20实际80年代在西方国家广泛使用，而进入90年代以后，随着人们环保节能意识的增强，变频器越来越广泛的应用。变频器节能主要表现在水泵、电梯等大型机械工具的使用上。为了实现可靠性生产，生产机械进行动力驱动的设计时，都会留有一定富足量。电机不能在负荷过满或负荷过多情况下使用，如果超过了动力驱动要求，力矩过多会增加有效功率的消耗，进而造成动能的流失、电能的浪费， 变频器的作用有①提高产品质量②提高生产效率 ③节能④设备节省合理化，降低费用⑤改善环境
2、变频器的用途一般在风机、电梯、鼓风机、自动传送带、机床纸、空调机、钢板加工、纤维机械纸等方面。
3、变频器的关键： ①调速变频器，提高运行可靠性②提高变频器的可靠性，防止滑落，运行平稳③控制定位、调速力矩、平滑加减速④增速运行现有设备，统一控制多电机⑤提高可靠性，级联控制多电机⑥安全性、平滑加减速、防爆、减小噪音，
4.电泵采用变频调速控制系统的优点：①软启动明显，在低频率下启动，降低了启动时对泵系统和电力系统的高电流冲击，有利于延长井下机组的使用寿命②通过简单快速的调频可以改变电潜泵的排量，进而满足煤层气排采平稳的需求③节能效果比较明显，可以节能15%—30%，减少了启动时对电网的需求④通过变频调节控制，使工作频率设计能达到65Hz，提高了电泵生产能力的30%左右，提高了电潜泵的工作范围和效率，减少了对泵的投资⑤因为是在额定的频率范围内进行转速调节，具有恒定的工作力矩，对泵的扬程没有影响，大大提高了电潜泵系统的工作效率。
四、电潜泵井变频控制优化设计方法
在实际生产中，电潜泵井的变频调节控制是多方面因素相互制约相互影响的结果。所以，在实际中使用电潜泵井变频控制方法应考虑到电潜泵的调节特性等因素的影响。 （一）电潜泵井的变频优化设计
1.电潜泵的变频器对电动机转速的调节。电动机的转速和电源的频率是成正比的，方程式为：N=60f（1-s）/z。其中： f-电机频率；N—电动机的转速，r/min；z-电机定子绕组极对数；s-电动机转差率；由此来看，供电频率是和电动机转速成正比的，供电频率的变化会引起电动机转速的变化，所以，可以通过改变供电频率来改变电动机的转动速度。
2.变频器优化技术。通过对电潜泵井的各个因素进行优化分析、研究调查，形成科学有效的优化方法，使电潜泵井的运行和管理达到最优状态。进行电潜泵井变频优化控制的设计，在保证了电潜泵井工作的安全性前提下，提高了工作效率，在现实需求中，通过变频器的调节使电潜泵井在合理有效的范围内工作，有利于电潜泵井恒定压差生产或者稳定配产量，有利于电潜泵的工作效率的提高，这将直接关系到电潜泵的使用寿命。
3.电潜泵井变频控制优化设计方法优缺点①通过使用电潜泵井进行大量的强排水，对于高产水量的煤层气井来说缩短了排采时间，降低了排采的成本，加快了降压的速度，提高了产量。②因为电潜泵是一种高成本、高投入的排采方式，如果進行大规模的开发，有利于降低成本，提高经济效益。③电潜泵机组结构复杂，很难在现实条件下进行维护，应该配置备用设备，缩短维护电潜泵所需时间，以保证排采的连续性。
结语：
电潜泵井变频控制优化设计方法，是一种变频调节技术指导方法，是一种全方位的技术指导办法。电潜泵井变频控制优化设计，通过各种分析功能对当前煤矿的生产状况进行监控分析，用变频控制优化方法和计算机技术相结合，采取最有效的变频优化控制系统，有效的提高了电潜泵井的管理水平和经济效益，对电潜泵井的开发使用有着重大影响。
参考文献：
[1]李鹏. ZJ70D型钻机工作工况下结构静力分析[J] 石油矿场机械， 2009， 38（ 12） ： 53-56
[2] 李增亮，张来斌，娄晖.电潜单螺杆泵油井生产系统优化设计方法[J].石油大学学报，2008，27（5）：68～69.
[3]任源峰， 吕卫东， 冯义堂煤层气井电泵排采工艺技术的研究及应用 [ J] 中国煤层气， 2008， 3 （ 1） ： 34- 36
[4]崔晓霖， 刑海燕等 潜油电泵变频技术的研究与应用 [J] 石油矿场机械， 2009 （5） ： 57- 59
[5]李振智， 唐周怀等 变频器在潜油电泵井上的应用 [ J] 钻采工艺， 2011， 24 （3） ： 45- 47
[关键词]：电潜泵井 变频控制 优化设计
中图分类号：N945.15 文献标识码：N 文章编号：1009-914X（2012）32- 0633-01
电潜泵井的工频系统能耗大、寿命短、启动电流比较大，对电潜泵井的变频控制进行优化研究成为当前迫切需要解决的问题。随着变频技术的发展，通过对电潜泵井进行变频控制优化设计，对电潜泵的使用起到了良好的控制和保护作用，有效的延长了电潜泵的使用寿命。
一、电潜泵井分析
1、电潜泵在煤矿中有风动涡轮潜水泵、隔爆型潜污水电泵、风动污水潜水泵、风动排沙排污潜水泵。电潜泵井在煤矿中主要通过潜水泵往上抽水中使用，对煤矿的开采具有很大的作用。
2.电潜泵井在煤气层井开采中主要是通过管道将潜水电泵机的装置深入到井下，通过变频器的控制，把电力通过变频器、变压器和电动机来带动离心泵高速旋转。使井中流体能经过多级旋转式的气体分离器、单流阀、多级离心泵、油管和采气树升到地面。
二、电潜泵井在煤矿中的使用
1.因为煤矿的潜水泵是通过水源井往上抽水，并且在水体下采煤和承压含水层中采煤应用比较广。在开采煤层的上面的地下水或地表水中采煤就是水体下采煤，一般分为疏水采煤、顶水采煤、输水与堵截水源结合、顶疏结合等采煤方式。一般通过潜水泵的抽水把承压水降到开采水平以下进行采煤。
2.因为煤层中含有大量的煤层气，煤层气的开发需要电潜泵井的使用，通过电潜泵将井中流体升至地面，随着流体的产出，环空的液面不断的下降，煤层的压力也在不断的下降，煤层的压力一旦低于煤气层的解吸压力，煤层中的吸附气就会大量的解吸出，这时管道排除的水气混合物在地面流程的计量分析分离后，煤层气体就开始进入输气管线集输，水就会流入处理站。煤层气产出，计量后在输气管道里集输。
三、变频优化设计的思路和方法
（一）变频节能分析
变频调速泵的工作特性随转速变化而变化，只有当调速泵的出口压力高于逆止阀关断压力是变频调速泵才可能出水，进而对电潜泵井的整体运行产生影响，电潜泵井空转时会消耗电能，但没有有效的机械能输出，电能转化为热能。这种空耗下不但耗费能量，而且空转发热严重時电潜泵井内液体高温有可能沸腾，会损坏电潜泵井的轴承和水封等电潜泵井内的机械部件。所以，电潜泵井的变频优化控制对于电潜泵井非常重要。
（二）变频调节
1.异步电动机转速正比于电源频率。改变电源频率就能够改变电动机的转速， 从而使电动机的转速具有很好的调节性。电潜泵井的各项性能和频率变化的关系可以总结为：①Q??=Q?（f??/f?）②H??=H?（f??/f?）?③P??=P?（f??/f?）?公式中，①f?，f??--工况下的频率，Hz；②Q?，Q??---频率f?，f??下的排量，m?/d；③ H?，H??--频率f?，f??下的扬程，m；④P?，P??---频率f?，f??下的功率，kw。
然而生产中，地层产出能力对泵的供液量有着重要的影响，电潜泵井的调节效果受多方面因素影响。
2.在煤层气的排采中要经常性的检测液面，使液面平稳的下降，进而平稳的降压，形成大幅度的降压范围，从而提高煤层气的采收率。电潜泵一般由工频和变频两种工况功能，其中变频的工况可以通过调整频率来满足同排量降压的需要，它的基本功能有欠压、过压、欠载、过载、失速和短路保护等，也可以自动的显示记录井下电机的运行电压、电流、频率等参数，工作性能稳定、可靠性较高。
（三）变频器的使用和应用
1.变频器产业的飞速发展，日趋壮大了变频器的产业化规模，在电潜泵井中变频器的功用日益重要。交流变频器于20世纪60年代产生，在20实际80年代在西方国家广泛使用，而进入90年代以后，随着人们环保节能意识的增强，变频器越来越广泛的应用。变频器节能主要表现在水泵、电梯等大型机械工具的使用上。为了实现可靠性生产，生产机械进行动力驱动的设计时，都会留有一定富足量。电机不能在负荷过满或负荷过多情况下使用，如果超过了动力驱动要求，力矩过多会增加有效功率的消耗，进而造成动能的流失、电能的浪费， 变频器的作用有①提高产品质量②提高生产效率 ③节能④设备节省合理化，降低费用⑤改善环境
2、变频器的用途一般在风机、电梯、鼓风机、自动传送带、机床纸、空调机、钢板加工、纤维机械纸等方面。
3、变频器的关键： ①调速变频器，提高运行可靠性②提高变频器的可靠性，防止滑落，运行平稳③控制定位、调速力矩、平滑加减速④增速运行现有设备，统一控制多电机⑤提高可靠性，级联控制多电机⑥安全性、平滑加减速、防爆、减小噪音，
4.电泵采用变频调速控制系统的优点：①软启动明显，在低频率下启动，降低了启动时对泵系统和电力系统的高电流冲击，有利于延长井下机组的使用寿命②通过简单快速的调频可以改变电潜泵的排量，进而满足煤层气排采平稳的需求③节能效果比较明显，可以节能15%—30%，减少了启动时对电网的需求④通过变频调节控制，使工作频率设计能达到65Hz，提高了电泵生产能力的30%左右，提高了电潜泵的工作范围和效率，减少了对泵的投资⑤因为是在额定的频率范围内进行转速调节，具有恒定的工作力矩，对泵的扬程没有影响，大大提高了电潜泵系统的工作效率。
四、电潜泵井变频控制优化设计方法
在实际生产中，电潜泵井的变频调节控制是多方面因素相互制约相互影响的结果。所以，在实际中使用电潜泵井变频控制方法应考虑到电潜泵的调节特性等因素的影响。 （一）电潜泵井的变频优化设计
1.电潜泵的变频器对电动机转速的调节。电动机的转速和电源的频率是成正比的，方程式为：N=60f（1-s）/z。其中： f-电机频率；N—电动机的转速，r/min；z-电机定子绕组极对数；s-电动机转差率；由此来看，供电频率是和电动机转速成正比的，供电频率的变化会引起电动机转速的变化，所以，可以通过改变供电频率来改变电动机的转动速度。
2.变频器优化技术。通过对电潜泵井的各个因素进行优化分析、研究调查，形成科学有效的优化方法，使电潜泵井的运行和管理达到最优状态。进行电潜泵井变频优化控制的设计，在保证了电潜泵井工作的安全性前提下，提高了工作效率，在现实需求中，通过变频器的调节使电潜泵井在合理有效的范围内工作，有利于电潜泵井恒定压差生产或者稳定配产量，有利于电潜泵的工作效率的提高，这将直接关系到电潜泵的使用寿命。
3.电潜泵井变频控制优化设计方法优缺点①通过使用电潜泵井进行大量的强排水，对于高产水量的煤层气井来说缩短了排采时间，降低了排采的成本，加快了降压的速度，提高了产量。②因为电潜泵是一种高成本、高投入的排采方式，如果進行大规模的开发，有利于降低成本，提高经济效益。③电潜泵机组结构复杂，很难在现实条件下进行维护，应该配置备用设备，缩短维护电潜泵所需时间，以保证排采的连续性。
结语：
电潜泵井变频控制优化设计方法，是一种变频调节技术指导方法，是一种全方位的技术指导办法。电潜泵井变频控制优化设计，通过各种分析功能对当前煤矿的生产状况进行监控分析，用变频控制优化方法和计算机技术相结合，采取最有效的变频优化控制系统，有效的提高了电潜泵井的管理水平和经济效益，对电潜泵井的开发使用有着重大影响。
参考文献：
[1]李鹏. ZJ70D型钻机工作工况下结构静力分析[J] 石油矿场机械， 2009， 38（ 12） ： 53-56
[2] 李增亮，张来斌，娄晖.电潜单螺杆泵油井生产系统优化设计方法[J].石油大学学报，2008，27（5）：68～69.
[3]任源峰， 吕卫东， 冯义堂煤层气井电泵排采工艺技术的研究及应用 [ J] 中国煤层气， 2008， 3 （ 1） ： 34- 36
[4]崔晓霖， 刑海燕等 潜油电泵变频技术的研究与应用 [J] 石油矿场机械， 2009 （5） ： 57- 59
[5]李振智， 唐周怀等 变频器在潜油电泵井上的应用 [ J] 钻采工艺， 2011， 24 （3） ： 45- 47