一、引言

    用现代高新技术改造现有的油田采油设备是大势所趋。用现代自控技术和变频调速技术来为油田潜油电泵（以下简称潜泵）提供理想电源是这种技术改造过程中的一个重要组成部分。潜油电泵的电压等级多为1140V和2300V。潜泵按放在地平面以下1000～3000米处，工作环境极度恶劣（高温、强腐蚀等），传统的供电方式—全压、工频使它故障频繁，运行成本大增。潜泵损坏后提到地面上来修理，仅工程费一项就达5万元，价值10万元的电缆平均提上放下5次就须更换，潜泵平均每10个月就须维修一次，维修费用约8万元。传统供电方式危害甚多。例如：

    * 潜泵全速运转，当井下液量不富余时，容易抽空，甚至造成死井，一旦死井，则损失惨重。

    * 全压、工频工作启动电流大，冲击扭矩大，不但浪费了电，还对电机寿命有很大影响。

    * 油田供电电压常有波动，使电机欠激励或过激励，电机被烧时有发生。

    * 几千米的井下电缆带来了150V左右的线路损耗，由于这部分损耗无法补偿，从而影响了电机的正常工作。

    由上可看出，潜泵的传统供电方式必须改造，比较理想的供电设备应具备如下特性：

    ＊ 软启动

    ＊ 调速方便，即变频运行。启动时间和运行速度能根据工况任意设置。

    ＊ 不受供电电压波动的影响，并能补偿电缆的线路损耗。

    ＊ 电缆上传输的必须是正弦波，否则经电缆反射，电压脉冲叠加，容易烧毁电机。

    ＊ 各种保护功能齐全。

    ＊ 控制方便、操作简单、显示清楚。

    显而易见，满足这些要求非变频器莫属，但市场上容易买到的为风机、水泵服务的那些变频器不适合，因为电压等级不符、输出波形不是正弦、电缆的损耗电压无法补偿。我公司受油田委托成功地研制出了1140Ｖ、３０～１00KW潜泵专用变频器系列。现在又承担了2300V潜油电泵专用变频器的研制任务。

    二、专用变频器的研制

    潜泵虽有不同的电压等级，但在线运行的多为1140V和2300V。业内有用380V级变频器配合特制升压变压器的报导，本文认为这种高一低一高方案有先天不足，让升、降压变压器工作在低频下是很困难的，变压器的加入又增加了产品成本,现在的IGBT器件的耐压已经较高,3000V以下的变频器没有必要求助于变压器,本公司1140V潜油电泵已在几个油田正常运转,效果很好。本文主要介绍2300V潜油电泵专用变频器的性能和研制情况。

    该变频器的技术指标为：

    三相输入：2300V、50Hz

    三相输出：额定电压为2300V，容量110kW

    频率范围：2HZ～50HZ连续可调

    电缆上的电压损耗能够得到合适补偿。

    输出波形：正弦

    控制功能、保护功能同于普通变频器。

    本文仅对该变频系统的技术特点简述如下：（与380V级通用变频器相同部分不再赘述）。

    1、主电路与功率器件的选择

    在PWM电压型380V级变频器中，一般采用两电平电路。若用两电平电路实现2300V的输出势必要用昂贵的高压管，为了降低对功率器件的耐压要求和降低输出电压的谐波成分，本设计采用三电平电路。

    其中主电路部分采用三电平电路或称中心点钳位(NeturalPointClamped—Npc)方式,它不但能输出较高电压，而且能降低输出谐波和电压变化率（dv/dt），良好的波形正是本设计的目标之一。图中的功率开关器件选用西门子的双单元IGBT模块（1700V、200A），整流后由两组大电容器相串联组成滤波器，两组电容器的连接点即本电路的中心点（三电平的中间电平）。用三电平电路结构、3300V的IGBT模块正好可以实现2.3KV的逆变输出，但我们熟悉的供应商3300V的IGBT模块无现货，只可预定，因为任务紧，只好用1700V的双单元模块串联当一个单元来用了，这样成本还会低些，正好借此机会研究一下器件串联的动态均压问题．中的IGBT符号是双单元串联的简化表示。IGBT功率器件的直接串联主要解决均压问题，稳态均压比较容易，相串的两支管子是同一模块内的器件，制造工艺和环境温度都基本相同，因而不必采取过多的措施，应把主要精力放在动态均压上。经过实验筛选，均压电路由电阻R1、R2、电容C、二极管D组成。电阻R1起到静态均压的作用，R2、C、D与普通的缓冲电路形式相同，这里主要目的是起动态均压的作用。