InductivePowerTransfer—AsSortofNewTechnologyfortheWiderApplicationforeground
inthePetrol-way
Abstract:Thepaperintroducescomposingfornon-contactinductivepowertransfer,anddiscussestheapplicationinthepetroleumindustry.
Keywords：Inductivepowertransferthepetroleumindustryapplicationdiscuss

1引言
自從1840年電磁感應(yīng)現(xiàn)象及導(dǎo)線可以傳輸電能被人類發(fā)現(xiàn)至今，電能的傳輸主要由導(dǎo)線直接接觸進(jìn)行輸送，也就是說(shuō)一般采用埋電纜或架裸線的方式向用電負(fù)載輸送電能，這就造成接觸火花，碳積和不安全暴露等局限，石油行業(yè)是不允許有接觸火花的，往往很小的接觸火花都會(huì)引起火災(zāi)甚至爆炸，感應(yīng)電能傳輸技術(shù)IPT(InductivePowerTransfer)就是為了彌補(bǔ)這一不足而發(fā)明的一種新技術(shù)，本文先探討石油行業(yè)煉、采、貯現(xiàn)場(chǎng)用電的特殊性，進(jìn)而簡(jiǎn)介感應(yīng)電能傳輸技術(shù)，最后探討IPT技術(shù)在石油行業(yè)中的應(yīng)用。
2石油行業(yè)采用電能有線傳輸?shù)谋锥?br/>由于石油及其副產(chǎn)品、天然氣等均為易燃物質(zhì)，所以在有石油及副產(chǎn)品的場(chǎng)所嚴(yán)禁火花，往往很小的火花將引起重大的事故，石油行業(yè)因供電火花引發(fā)的事故已使人類觸目驚心，而有線輸電導(dǎo)線的絕緣皮磨損，接觸不良等都會(huì)引起火花，這是其一；其二，在石油行業(yè)采油廠各采油井之間相對(duì)距離較遠(yuǎn)，電能傳輸現(xiàn)多是以架空裸線的方法進(jìn)行，這就造成架線工作量很大，對(duì)有些海上油田或地形十分復(fù)雜(比如油井與供電網(wǎng)之間有江河相隔或山脈相隔的地域)架線及栽電桿成為一大難題；第三，潛井泵是油田的多用設(shè)備，給潛井泵拖動(dòng)電機(jī)供電現(xiàn)用的方法是朝抽油井輔井下電纜的方法，這就造成了成本的大幅度上升，更應(yīng)看到電纜絕緣皮的磨損老化斷線亦給其長(zhǎng)期使用性帶來(lái)了很大的因難，若電纜中間出現(xiàn)斷線絕緣皮磨損，極易引起火花而發(fā)生爆炸等嚴(yán)重事故，更何況更換一次電纜，電纜的提升和下放工作量都是十分巨大的；第四，在石油行業(yè)野外探測(cè)使用的工程車(chē)，供電因野外作業(yè)遠(yuǎn)離電源，一般采用蓄電池直流供電，并將蓄電池的電能逆變?yōu)榻涣鞴┙o儀器儀表，有時(shí)不得不借助燃油發(fā)電機(jī)，往往正在作業(yè)時(shí)，因蓄電池的電能或燃油發(fā)電機(jī)的油料用盡不得不再往返回基地進(jìn)行充電或加油，影響了工作效率的提高，更何況蓄電池或發(fā)電機(jī)的重量制約了工程車(chē)供電效率的提高使車(chē)體龐大、笨重。
有線電能傳輸在石油行業(yè)使用的弊端還有很多方面，此處不再一一列舉，正因?yàn)檫@些原因，有線電能傳輸在石油行業(yè)中的部分特殊領(lǐng)域使用，確實(shí)存在很大的限制和不便之處，感應(yīng)電能傳輸技術(shù)(IPT)由于可在一定的距離內(nèi)無(wú)線輸送電能，因而可在石油行業(yè)的上述領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
3感應(yīng)電能傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介
感應(yīng)電力傳輸技術(shù)(IPT)首先由新西蘭奧克蘭大學(xué)包邇斯(Prof.Boys)教授為首的課題組發(fā)明，該技術(shù)利用現(xiàn)代電力電子能量變換技術(shù)、磁場(chǎng)耦合技術(shù)，借助于現(xiàn)代控制理論和手段實(shí)現(xiàn)能量從靜止設(shè)備向靜止設(shè)備或從靜止設(shè)備向可運(yùn)動(dòng)設(shè)備的非接觸傳遞。
典型的IPT系統(tǒng)由附圖所示的四大部分組成：大功率能量變換裝置、高頻載流線圈或電纜、接收線圈和能量調(diào)節(jié)裝置。前兩部分構(gòu)成原邊一次側(cè)能量發(fā)射系統(tǒng)，后兩部分構(gòu)成二次側(cè)能量接收和調(diào)解系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立但又存在磁場(chǎng)間的耦合，一般一個(gè)原邊發(fā)射電源可供多個(gè)副邊接收，從而為多個(gè)負(fù)載(如拖動(dòng)電機(jī)和照明燈具)同時(shí)供電。

附圖感應(yīng)電力傳輸?shù)臉?gòu)成原理圖

4IPT的國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀
感應(yīng)電能傳輸技術(shù)(IPT)首先由新西蘭奧克蘭大學(xué)電子與電氣工程系功率電子學(xué)研究中心從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始研究。經(jīng)過(guò)十多年的努力，該技術(shù)在理論和實(shí)踐上已獲得重大突破，先后獲有關(guān)發(fā)明專利11項(xiàng)。其項(xiàng)目發(fā)起和主要負(fù)責(zé)人包邇斯教授(Prof.Boys)因此獲得皇家學(xué)會(huì)勛章1枚以表彰他在該領(lǐng)域世界水平的突出貢獻(xiàn)。除新西蘭外，目前該技術(shù)已被成功地推廣到日本、德國(guó)、美國(guó)等地，其典型的商業(yè)化產(chǎn)品包括如下幾種。
(1)日本大阪達(dá)富庫(kù)(DAIFUKU)公司的單軌行車(chē)和無(wú)電平自動(dòng)運(yùn)貨車(chē)。這些設(shè)備當(dāng)前已成功地用于許多材料運(yùn)輸系統(tǒng)中，特別是在一些惡劣的環(huán)境下，如噴漆車(chē)間等。
(2)德國(guó)奧姆富爾(WAMPELER)公司的200kW載人電動(dòng)火車(chē)已試車(chē)成功。該公司還成功地將感應(yīng)電能傳輸技術(shù)用于電動(dòng)游船的水下驅(qū)動(dòng)。
(3)新西蘭奧克蘭大學(xué)所屬奇思(UNISERVICES)公司