高压变频器在油田注水系统中应用研究

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1、http://www.paper.edu.cn1高压变频器在油田注水系统中的应用研究123张成龙，刘杰，陈民1中国农业大学精细农业研究中心北京1000832中石化胜利油田有限公司山东东营2572003北京宏益联国际经贸有限公司北京100080E-mail：alone0008@sina.com摘要：本文对高压大功率变频器工作原理进行了简要阐述，本着建设节约型社会的原则，根据油田注水系统的实际节能状况，提出了在胜利油田孤东采油厂东一注水站利用高压变频器进行调压、稳流，实现全站节能减耗、优化运行的方案，并对其试

2、验结果进行了分析，取得了良好的节能效果，得出了注水站可以利用高压变频器进行调节供水，实现节能的结论。关键词：高压变频器注水节能1．引言随着电气传动技术，尤其是变频调速技术的发展，作为大容量传动的高压变频技术也得到了广泛的应用。利用高压变频器可以实现高压电动机的无级调速，满足大幅度节约能源、降低生产成本、满足生产工艺过程对电动机调速控制的要求，在电力、石化、水处理、冶金等领域都得到了广泛应用。但在我国油田注水系统，特别是在高压大功率注水机组的应用上起步较晚。胜利油田孤东采油厂东一注水站投产于1988年10月

3、，安装有DF300-150×9型注水泵2台，D300-150×9型泵4台，为D300-150×10型泵拆级改造后泵型，运行4台泵，平均泵压3314.8MPa，平均干压14.0MPa，平均单耗5.25kW.h/m，设计日供28800m注水量，实际日供3水量27040m。经过15年的满负荷运行，该站无论实在设备上还是在工艺流程上都存在一定的问题，影响该站的经济运行。主要表现在：机泵设备设施老化程度严重；流量调节是通过台数和阀门调节，造成了泵干压差大，增加了系统截流损失；泵型较大且为同一型号注水泵，流量调节范围

4、小。本文通过在注水泵上安装高压变频器，实现变频调速，有效的解决了泵干压差大的问题，既减少了截流损失，有实现了系统的优化运行。2．基本工作原理2.1电机调速的基本原理根据电机学的原理，三相交流异步电动机的转速为N=60*f*(1-s0)/p式中N为电机转子转速，f为电源频率，p为电机极对数，s0为转差率。对于一台固定电机，其极对数固定不变，只要改变电机的供电频率，就可以线性调整电机的转速，这就是变频调速的基本原理。1本课题得到了胜利油田有限公司和北京宏益联国际经贸有限公司的资助。-1-http://www.

5、paper.edu.cn2.2高压变频器的工作原理（本文以罗宾康品牌为例）罗宾康2200千瓦完美无谐波高压变频器为单元串联多电平变频器，由干式隔离变压器，18个功率模块，信号接口板和转换板，A/D转换板，奔腾处理器板，数字调制器板和光纤接口板组成（详见图1）。其控制模式包括开环矢量控制、开环测试模式控制、电压/频率控制及闭环控制模式。变频器工作时根据不同的控制模式采集控制面板、外部输入控制的控制信号，并通过微机板对控制信号进行处理，形成变频器工作控制指令，传达到数字调制板、光纤接口板，控制各功率单元的输出

6、，进而使变频器输出达到规定要求的电源，满足工况要求。同时各功率单元通过自身监测，产生工作状态信号，通过光纤接口板反馈给微机板，由系统处理器对这些信号进行处理，形成各种工作参数（如输出电压、电流、功率因数、电源频率等），反馈到人机界面，产生通知、报警等动作，与工作人员进行交流，以便使工作人员了解变频器工作状况，对其[8]图16000v变频器控制结构方框图工作状态进行了解、调整、控制。其主要参数如下：1、20～100%负载功率因数：>0.95；2、承受电网电压：6300＋10%～－30%；3、变频器自身效率：

7、>98％；4、调速范围：0～100％、频率精度：±0.5%；5、36脉冲输入符合IEE519－1992、GB/T14549-93电压、电流失真标准；6、加/减速时间0.1～3200秒任意设定；-2-http://www.paper.edu.cn7、4～20mA输入转速指令信号跟踪。3.变频器在东一注的控制设计方案根据东一注实际情况，采用一控二闭环控制，具体工作原理如下：在变频器中设定系统所需的压力，通过设在干管上的压力变送器检测压力的变化并反馈回变频器，通过变频器的PID控制器计算后，调整变频器的输出，以

8、达到恒压控制的目的。如图2所示：变频器为双电源切换的一拖二结构，选取注水站六台水泵中的两台由变频器进行控制，任何时候只有其中一台由变频器驱动，其余可为备用或工频运行。切换柜F1-F2与S3-S4之间的互锁由硬接线组成，不通过变频器或上级控制系统，以保证系统切换时的安全性。通过变频器的电源可以通过切换开关S3-S4给变频器及其控制的注水机组供电。在注水机组停止状态的情况下，可根据需要通过F1-F2手动切换控制柜切换选定需变频器运