趙軍偉（大慶油田管理局力神泵業(yè)有限公司）

1 概述

潛油電泵中壓變頻器撬裝系統(tǒng)目前廣泛用于伊拉克綠洲油田石油開采中。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，伊拉克在每年四月中旬至十月中下旬，日間平均氣溫在38℃以上，午間最高室外溫度達(dá)近52℃，夜間7點至次日10點之間，夜平均氣溫低于35℃，且十月中下旬至次年四月中旬氣溫較低，全天平均氣溫在30℃以下。變頻器撬裝房內(nèi)制冷空調(diào)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，室外壓縮機及室內(nèi)機損壞較多，因空調(diào)壓縮機過熱保護(hù)停止工作，造成撬裝房內(nèi)變頻器溫升過高保護(hù)停機，嚴(yán)重影響油井產(chǎn)量。根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗，該類型變頻器在室外溫度低于35℃以下時，可采取強迫風(fēng)冷模式；在氣溫高于此經(jīng)驗值時采取空調(diào)制冷模式；負(fù)壓風(fēng)扇與制冷空調(diào)根據(jù)室外氣溫環(huán)境，采取間歇或混合模式工作。最大限度保障潛油電泵變頻器連續(xù)運轉(zhuǎn)，減小過熱停機概率，在保證石油產(chǎn)量的同時有效延長空調(diào)整體壽命，減小電能損耗。其系統(tǒng)原理如圖1所示。

2 電路硬件設(shè)計

整個電路由工作電源調(diào)理、溫度采樣、設(shè)定顯示、數(shù)字輸出驅(qū)動四大部分構(gòu)成。

2.1 電路電源

采用金升陽開關(guān)電源LH05-10D0505-1。該模塊具有輸出紋波小、效率高、低功耗、高電磁兼容性[1]的性能，高隔離電壓可達(dá)3000 V，廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域。采用該模塊可以減小電路元器件個數(shù)，減小電路體積。輸入采用前置濾波，濾波穩(wěn)壓后輸出兩路隔離+5 V電源，一路供單片機和運放芯片使用，另一路供繼電器等負(fù)載使用（圖2）。

圖1 中壓變頻器撬裝房散熱系統(tǒng)原理

2.2 溫度采樣電路

溫度采樣調(diào)理電路如圖3所示。溫度采樣電路采用LM35DZ（防水型）作為溫度傳感器，可直接線性校正，每升高1℃，輸出電壓增大10 mV，測量范圍-55～150℃；標(biāo)定在25℃時輸出電壓為0 V，誤差小于0.5℃，非線性度僅±1/4℃[2]。采樣電路應(yīng)用HCNR201作為隔離器件，將LM35輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，經(jīng)HCNR201實現(xiàn)負(fù)反饋[3]，同時進(jìn)行隔離輸出。該方案的優(yōu)點是采用反相輸入可有效降低共模干擾，缺點是輸入阻抗減小，但經(jīng)線性光耦隔離后，可有效提高抗干擾性[4]。設(shè)計采樣最高溫度為100℃，LM35相應(yīng)輸出1 V電壓。傳輸特性如式（1）所示，AD采樣參考電壓5 V，可將信號放大5倍，單片機AD為10位，因此溫度分辨率可達(dá)0.5℃。

圖2 電源調(diào)理電路

圖3 溫度采樣電路

圖4 交互電路設(shè)計

式中：Vo——調(diào)理后輸出溫度測量信號，V；

R1c——LM35輸出電壓轉(zhuǎn)為電流后限流電阻，Ω；

R4c——電流轉(zhuǎn)電壓采樣電阻，Ω；

R5c——采樣電壓微調(diào)電阻，Ω；

Vi——輸入信號，V。

2.3 交互顯示電路

圖5 風(fēng)機、空調(diào)控制流程

采用4位數(shù)碼管作為顯示，用兩個74HC595作為鎖存器，一個作為段驅(qū)動輸出，一個作為位選信號，數(shù)碼管驅(qū)動串入電阻，控制亮度均勻，采用動態(tài)刷新模式[5]。三極管增大驅(qū)動電流作用[6]，一次輸出12位數(shù)據(jù)，其中高4位為位選信號，低8位為段驅(qū)動信號。采用兩個按鍵設(shè)定風(fēng)機啟動溫度、空調(diào)運行、風(fēng)機運行（圖4）。

3 軟件設(shè)計

風(fēng)機、空調(diào)控制流程如圖5所示。測量室內(nèi)溫度、室外溫度、變頻器溫度，當(dāng)室外溫度低于設(shè)定的最低溫度時，啟動風(fēng)機并關(guān)閉空調(diào)，或者判斷室內(nèi)溫度與外部溫度的關(guān)系，結(jié)合變頻器溫度，在最短的時間內(nèi)空調(diào)和風(fēng)機同時作用以降低室內(nèi)溫度；當(dāng)室內(nèi)溫度與室外溫度接近時，風(fēng)機停機，空調(diào)制冷，在為變頻器降溫的同時達(dá)到節(jié)能的目的。

4 結(jié)論

通過在AD2-4-3和ADM4-5兩口井上實際應(yīng)用，該系統(tǒng)可有效降低因天氣炎熱造成的變頻器停機次數(shù)，可快速降低變頻器撬裝房內(nèi)溫度；同時一年時間內(nèi)，空調(diào)的運轉(zhuǎn)時間減少三分之一以上，從而延長了空調(diào)的使用壽命，也降低了空調(diào)的維修保養(yǎng)成本。由于風(fēng)機的功率在180 W左右，相比1.5P空調(diào)在單位時間內(nèi)可節(jié)電1 kWh，全年可累計節(jié)電2880 kWh以上，節(jié)能效果明顯。