浅析现阶段石油库国产电器设备与国外电源系统匹配问题

2022-11-27

近年来, 我国在石油设备的生产能力上已经超出了国内的实际需求数量。很多石油电器设备的制造企业都将销售方向转到了国际上, 而实际上, 我国在石油电器设备的出口品种上与出口数量上逐年增加。石油电器设备大至成套的钻机, 小至石油钻头, 都相继出口。综合看来, 我国石油电器设备的出口量还是不大。从大量数据分析显示, 我国现阶段石油电器设备的出口额不足行业产值7%, 目前的出口额和中国的第四大石油电器设备出口国这个地位并不相符。

一、国产石油库电器设备与国外电源系统匹配存在的问题

对于海外的石油库储运和辅助工程, 我国生产的电器设备都是根据国内的380V和50Hz用电标准进行技术配套, 而美国和加拿大等国电源系统的频率为60Hz, 而且电压的规格也分成了民用和小容量的工业用电, 将电压标准规定到208V/120V;钻井队属于中等容量电器设备用电, 将电压标准规定到460V[1]。

虽然电压标准可以由变压器完成变换, 但是, 转换之后电压即便可以适用用电设备, 在变频器频率转换时却容易产生很多问题。变频器是高端的电子设备, 造价高, 而且工作的可靠性不强, 输出波形并不是完整正弦波, 所以, 波形质量也不高, 这就为石油电器设备造成很多负面的影响, 所以, 通过变频器的变频方式将电源频率与用电设备频率保持一致并不科学。这就导致了我国生产的石油电器设备无法直接就应用于60Hz、208V/120V及460V的电网中开展正常工作[2]。

一定要按照设备自身属性与实际负载的性质, 通过技术的手段, 达到与国外电源系统的匹配。而匹配效果是否达到标准才是我国石油电器设备生产的标准, 这个标准包括电器设备的温升值达到规定范围, 实际工作的电流不能超出额定值负载达到平稳的运转。

石油储运和辅助工程技术在电器设备上可以分成两种, 一种是纯电阻性负载, 例如:照明应用的白炽灯等。另一种是感性负载, 使用硅钢片铁芯与线圈的设备, 例如:电磁线圈设备等[3]。

二、石油库国产电器设备与国外电源系统匹配的方案

1. 纯电阻性负载

纯电阻性负载中P=U2/R (P是功率、U是电压、R是电阻) 。只要考虑到电压因素就可以, 因为频率影响纯电阻负载很小, 是可以忽略不计的。一般生活用电是208V/120V、60Hz, 属于生活与工业的小容量用电, 一般电压低, 电流大, 可以将线电压提高到230V, 减小线路的压降影响, 这样就能符合我国标准相电的电压。所以, 220V、50Hz等纯电阻负载是可以直接接在208V/120V线电压完成工作的, 例如:不属于电子控制的电加热器和电饭锅及白炽灯泡等, 都属于纯电阻负载[4]。

应用开关电源电器设备可以分成两种, 一种为用电设备宽电压达到90~240V和50/60Hz, 这属于通用的, 不用考虑到电压和频率与设备是否匹配, 可以直接使用, 例如:手机充电器和笔记本电脑等。另一种是双电压的用电设备, 要选择电压开关在相应电压级别, 而开关电源对于频率并不敏感, 这就可以忽略不计它的影响, 例如:一些台式电脑。

2. 感性负载

感性负载根据50Hz的工作条件下, 当铁芯达到磁饱和临界点开展的设计, 当达到60Hz的工作条件下, 铁芯就进入到磁饱和区域内, 这时电流增大, 而且线圈与铁芯发热十分明显, 会把线圈烧坏, 可见, 感性负载的重点在于解决频率影响用电设备的问题。

(1) 感性单机负载

在感性单机负载上, 电压与纯电阻性负载十分类似, 所以, 也要考虑好频率的问题。应用单相负载的电器, 可以通过电源变压器与交流接触器线圈等器件的控制, 对于一些标注50/60Hz可以直接接在60Hz线电压使用。而50Hz以下的元器件, 就要把交流接触器和继电器转换为60Hz的线圈。把录音机和复读机及充电器等设备转换为60Hz电源变压器。

(2) 感性三相负载

感性三相负载指石油钻修井的现场, 应用最多就是三相异步电机, 而国产的三相异步电机普遍应用于60Hz和208V/120V或者460V的电网, 要考虑好电压与频率的问题。当电机进行改接之后, 要进行测试, 保证电流没有超出额定电流, 而且温升也不会明显提高, 当连续工作达到五年后, 没有出现故障的[5]。

三相异步电机的频率匹配方案:电机负载可以分成离心负载与非离心负载, 而频率的改变不会对离心类负载产生太大影响, 处于60Hz的电网应用中要考虑好电压的问题。离心类负载可以分成风机类负载与离心泵类负载。

一般国产的50Hz电机使用在60Hz环境下, 因为频率已经提高20%, 对应负载的转速也提高了20%, 所以离心类负载排量、排出的压力及电机的功率都会增大相应的倍数。

风机类的负载因为排出压力增大到1.44倍, 而风扇的扇叶压也会同等增大1.44倍, 会使扇叶折断, 造成散热器的损坏和通风道的堵塞, 导致散热功能丧失。同样, 因为功率增大到1.728倍, 这时的电机很容易由于过载被烧毁, 所以, 一定要重视风机类负载频率问题。应用于60Hz的电网时, 一定要采取一定的技术措施。

结束语

综上所述, 既要注意电源频率的升高, 也要注意单相和三相电机的发热量, 电机转速的升高, 也会增强冷却的效果。可见, 电机温度不会由于频率的升高而升高, 虽然电机转速升高, 轴承的寿命却会缩短, 进行国产石油电器设备与国外电源系统匹配问题分析时, 一定要格外注意。

摘要：世界生产石油国家有40多个, 能够生产石油设备的国家却非常少, 主要国家有美国、英国、中国、加拿大等。在中东和非洲等石油产区, 石油设备都是在国际市场进行设备采购的, 所以, 石油设备就具有国际化的特点。本文对中国生产的石油电器设备与国外电源系统匹配问题进行研究, 按照不同电器的负载类型, 提出有效的解决方法, 使石油电器设备更高效、更安全的使用, 仅供参考。

关键词：石油库电器设备,国外电源系统,匹配