变频电源在油田井口加热的应用

1 引言

众所周知，中频电源在油田上的应用大部分用在井下稠油的加热，稠油经过加热变稀，有利于油的管道运输。而本文所介绍的加热电源主要针对油田井口原油的加热，同时对井口油温进行检测，以此控制变频电源的输出功率。

2 井口加热对变频电源的要求

油井井口加热要求油的温度大致稳定在60℃左右，油温不能过高也不能过低，且要求变频电源能根据油温调节输出，保证油的正常运输。同时要求电源要有简单的功能操作，良好的输出波形。在安全方面，要求电源具备短路保护、散热片过热保护等保护功能。
根据这些要求，变频电源的设计由三部分组成:
即电源部分主回路+温度检测部分+显示控制部分=整机

3 变频电源的设计

3.1 电源主回路部分
系统框图如图1所示。

图1 变频电源系统框图

由图1可以知道电源主回路部分充分考虑了用户要求和现场实际情况，加入了短路保护作用。每一步都有滤波，保证了良好的输出波形，消除了对油田电网的谐波污染。主控单元是整个控制系统的核心，它提供逆变部分的驱动信号，检测散热片的温度，适时动作保护，同时在面板上显示故障代码，给现场及维修人员提供故障信息。主控部分还包括简单的功能操作，由六个按键便可以解决所有功能设定问题。

3.2 温度检测电路
温度检测电路主要由热电阻式温度传感器组成，工业用热电阻一般为铜电阻，其测量范围为-50℃～150℃，热电阻测温电桥采用三线制接法，此电路消除了由于连接导线电阻随温度变化而造成的测量误差。热电阻测温电桥三线制电路接线，如图2所示。图中的可调电阻有时会造成测温电路零点不稳定，但误差很小。

图2 热电阻测温电路三线制电路接线图

由物理学可知，对于大多数的金属导体的电阻，都具有随温度变化的特性，其特性方程满足如下公式:

—热电阻在t时的温度(℃)
—热电阻在时的温度(℃)
α—热电阻的温度系数
热电阻式温度传感器性能稳定, 测量范围广、精度高，唯一的缺点是需要一组辅助电源。

3.3 油温显示及控制系统
温度传感器把检测到的信号送入xmt数显调节仪，数显调节仪显示出其温度数值，由上限值和下限值确定其输出状态。数显调节仪具有精度高、抗震性强、可靠性好等优点，其主要优点在于其读数清晰、无视差、可远距离观察。采用三位式调节方式，可用于-200℃～1600℃范围内的温度控制。调节原理及框图如图3所示。

图3 温度数显调节仪原理框图

仪表用两个继电器的触点组成“升温加热”、“保温加热”、“停止加热”三个状态。采用两组加热负载，当测量值低于下限设定值时, 上、下限继电器均动作，面板上绿灯亮，表示“升温加热”; 当测量值大于下限设定值，但小于上限设定值时，面板上红、绿灯均不亮，表示“保温加热”;当测量值大于上限设定值时，面板上红灯亮，表示“停止加热”。

4 整机的调试及注意事项

(1) 首先根据现场实际情况设定数显调节仪的上、下限值, 设定时注意, 要把设定值设在上、下限规定值的80%左右, 以适应温度变化慢、温度传感器反应平缓的特性;
(2) 数显调节仪与变频电源接线时要注意上、下限值对应的继电器及开、停机信号。调节仪上绿灯亮时，下限继电器吸合，接电源开机信号; 红灯亮时，上限继电器断开，接电源停机信号。此两种情况时主电源不断。

5 结束语

此变频电源接线简单，操作方便，使用安全可靠。其输出能根据井况自行调节，节能效果明显。同时对电网无谐波污染。适于油田各井口加热。

参考文献
[1] 单成祥. 传感器的理论与设计基础及其应用. 国防工业出版社，1999

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