[发明专利]多绕组电机驱动系统、变频电驱系统、泵送系统及设备

说明书

本发明的多绕组电机驱动系统包括电机和功率单元。所述电机具有相互独立的多路绕组。所述功率单元包括整流单元和多个逆变单元，所述多个逆变单元在数量上与所述电机的所述多路绕组一一对应，各个所述逆变单元对所述电机的所述多路绕组之中的相应一者供电。本发明的泵送系统包括上述多绕组电机驱动系统和至少一台柱塞泵。所述柱塞泵与所述多绕组电机驱动系统集成安装在一起，且所述柱塞泵由所述电机驱动。所述柱塞泵的传动输入轴与所述电机的传动输出轴直接地机械连接，或者经由离合器或联轴器间接地机械连接。本发明的压裂设备或井场设备包括上述泵送系统、设置于柱塞泵的一侧处的上液管汇、以及设置于柱塞泵的一个或两个端部处的排出管汇等。

技术领域

本发明涉及油气田压裂领域，具体地，涉及多绕组电机驱动系统、变频电驱系统、泵送系统、压裂设备以及井场设备。

背景技术

鉴于全球的油气开发设备正朝着“低能耗、低噪音、低排放”的方向发展，以柴油发动机作为动力源的传统压裂设备已经被以电动机作为动力源的电驱压裂设备取代。在现有的电驱压裂设备或含有诸如压裂设备、泵送设备或固井设备等的井场设备中，使用变频器驱动电动机，电动机驱动柱塞泵进行工作以将诸如压裂液、水泥浆或泵送液体等加压后送入地下。针对电动机通常采用的驱动方案是：变频器中的功率器件(例如逆变单元、或者整流单元和逆变单元的组合)与电动机电气连接以向该电动机提供变频电流，从而实现驱动该电动机的目的。其问题在于，即使电动机有多路线圈绕组，也是针对电动机的多路线圈绕组而整体地提供变频电流的，因此，如果电动机中任意一路线圈绕组出现问题，那么整个电动机将无法正常工作，此外，由于变频器只有单一的功率器件(例如IGBT(Insulated GateBipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等)，一旦该功率器件出现问题，电动机也将无法正常工作。

另外，对于现有的电驱压裂设备等，目前的供电设施的输出电压通常不低于10kV(例如在中国，配电网的供电电压主要是10kV/50Hz；在美国等地方，常见的发电机电压是13.8kV/60Hz)，而电驱压裂设备等的常规变频器中的功率器件(例如IGBT、IGCT(Integrated Gate Commutated Transistor：集成栅级换流晶体管)、二极管、SCR(SiliconControlled Rectifier：可控硅整流器)、GTR(Giant Transistor：电力晶体管)、GTO(GateTurn-Off Transistor：栅级可关断晶体管)、IEGT(Injection Enhanced GateTransistor：注入增强栅极晶体管)等)的耐受电压和耐受电流有限，无法承受来自供电设施的高电压大电流的输出，即，无法直接连接到供电设施进行使用。于是，需要经过变压器来调整电压。即，如图1中的(B)所示，常规变频器需要利用变压器而间接地连接到供电设施，通过该变压器将供电设施的高输出电压(10KV以上)降低至常规变频器的低输入电压(6.6KV以下)，然后常规变频器中的功率器件与电动机电气连接以驱动该电动机。进一步地，如图1中的(A)所示，现有的电驱压裂设备(电驱压裂设备(1)、电驱压裂设备(2)、电驱压裂设备(3)、......)经由变频器橇(变频器橇(1)、变频器橇(2)、......)电气连接至供电设施，每个变频器橇上设置有至少一个变频器，所述至少一个变频器可以与由该变频器橇驱动的多个电驱压裂设备在数量上一致。通常由于变频器包含变压器，体积及重量都较大，因此变频器需要与电驱压裂设备中的电动机分开而单独放置着。所带来的问题是：变频器和电动机相隔一定距离，电动机和变频器之间有较多的接线需要整机生产厂家或者现场作业人员进行连接。而且，谐波污染导致接线大量发热，热量会传导至电动机；另外，谐波污染也会直接导致电动机的附加功率损耗和发热。这都会导致电动机的绝缘材料老化，电动机寿命缩短，以及电动机的散热能力不足，使得电动机容易损坏。较多的接线也导致了占地面积的扩大化以及设备生产或井场布置的复杂化。

现有技术中，也存在有将变压器设置于变频器之外的情况，此时变频器橇可以包含变压器和变频器两大部分。此外，现有技术中还存在有让多个变频器共用变压器和/或整流单元的情况。这些情况也都存在着因为含有变压器而带来的问题。

发明内容