一、前言
注水采油是很多油田保持高產穩產的常用措施。原理就是把采油區地層中散布的油集中到油井附近，再提取上來。對于斷裂區塊油田，由于每個區塊注水范圍相對小，注水量隨開采時間的延長地下油層狀況的變化，要經常調整。油田注水由于壓力高、水量大，注水電機大多是大功率電動機，電動機長期處于高耗能狀態運行。而實際上注水泵站在建設時都存在額定流量與實際流量不相匹配的問題。針對以上情況，我們認為采用變頻調速裝置對油田注水泵用電動機實行變轉速調節，實現注水泵變水量控制是一項非常有效的節能措施。
二、可行性分析
1、原注水泵站的工作方式
老油田在建廠時很多都建有注水泵站，采用高壓注水方式供水，流量的大小和壓力的高低采用閘板閥門實現控制。根據工藝要求，不允許長時間小排量運行，否則注水泵會因溫度升高造成汽蝕和機件燒毀等問題，因此被迫采用大回流方法降低溫升，這樣就造成電力的大量消耗，給油田造成了大量的能源損失，增加了企業的生產成本。
在原設計系統工況中，常采用兩臺注水泵進行系統注水。該工況的注水系統能耗損失主要在控制閥節流上。通過我們的分析，只要通過結合采油工藝所須的配注量，降低水壓，減少各注水井的閥門控制壓差，應該能達到節能降耗的目的。
2、變頻供水控制原理
由于注水泵的實際流量肯定小于或等于泵的額定流量，因此有一定的節電潛力。變頻供水系統注水泵的注水控制是由變頻器通過壓力變送器的回饋壓力值，與預設在變頻器中的壓力值進行比較，通過變頻器中的pid調節器根據差值進行運算調節，從而控制變頻器變頻調速運行；同時，變頻器的運行參數可以通過變頻器所帶的通訊接口和通訊協議傳輸至計算機工作站；在計算機上可以隨時檢測和控制系統運行壓力、電動機轉速、輸入/輸出電壓、輸入/輸出電流等參數，達到系統自動節能運行的目的。
3、變頻方案的選擇：
油田作業區供水泵站常共有三臺同一型號立式注水泵，二用一備。如勝利油田一個注水泵站：電動機額定功率75kw，額定電壓380v，額定電流140a左右，額定轉速2900轉／分鐘，額定頻率50hz，絕緣等級f級。針對注水泵二臺工作一臺備用的實際工況，采用變頻器調速進行恒壓供水時存在著一個用一臺變頻器還是用二臺變頻器的問題。下面我們針對使用一臺變頻器還是使用兩臺變頻器不同情況下的工作狀態進行分析：
3.1使用一臺變頻器：
這是應用得較為普遍的方案，其控制過程是：用水量少時由變頻器控制1號泵，進行恒壓供水控制．當用水量逐漸增加1號泵的工作頻率達到接近50hz時，將其電動機切換成工頻電源供電．同時將變頻器切換到2號泵上，由2號泵進行補充供水．反之，當用水量逐漸減少，即使2號泵的工作頻率已降為下限頻率，而供水壓力仍偏大時，則關掉1號泵，同時迅速升高2號泵的工作頻率．并進行恒壓控制．此方案的主要特點是只用一臺變頻器，故設備投資少，但如果用水量恰巧在一臺泵全速供水量上下變動時，將會出現供水系統來回切換的狀態。為了避免這種現象的發生，我們將將供水壓力設定一個范圍，此方法適用于控制精度要求不是很高的場合。此方案取用電功率的計算如下：
假設電機的空載損耗為：10%
泵的額定供水流量：qn
拖動電動機容量為pm
每天的平均總供水流量為 160% qn
75kw的拖動電動機容量為pmn=75kw,
1號泵為全速，其平均取用功率為pm1=75kw
2號泵的平均轉速的60%，其平均取用功率為pm2=(7.5+0.63*75)kw=23.7kw
兩臺泵取用的總平均功率為 75+23.7=98.7kw
3.2使用二臺變頻調速器的節電效果
用二臺變頻器分別控制二臺電動機，一次設備投資費用較高，但運行時的節能效果如何？計算如下：每天的平均總供水流量還為160%qn,供水流量可由二臺水泵平均分擔，則每臺的平均供水流量為80％qn。
每臺電動機的取用電功率為pm1=(7.5+0.83*75)kw=45.9kw。
二臺水泵共用功率為2*45.9=91.8 kw
由以上數據可以看出來采用二臺變頻器方案比采用一臺變頻方案還節約電量6.9kw。
3.3如果假設每天的平均總供水流量為 140% qn，其他工況不變，我們再測算此種情況的電耗量：
1號泵為全速，其平均取用功率為pm1= pm=75kw
2號的平均轉速的40%，其平均取用功率為pm2=(7.5+0.43*75)kw=12.3kw
兩臺泵取用的總平均功率為 75+12.3=87.3
3.4用二臺變頻調速器的節電效果
用二臺變頻器分別控制二臺電動機，一次設備投資費用較高，但運行時的節能效果如何？計算如下：每天的平均總供水流量還為140%qn,供水流量可由二臺水泵平均分擔，則每臺的平均供水流量為70％qn。
每臺電動機的取用電功率為pm1=(7.5+0.73*75)kw=33.23kw。
二臺水泵共用功率為2*33.23=66.46 kw
由以上數據可以看出來采用二臺變頻器方案比采用一臺變頻方案還節約屯量20.84kw
由此可見： 只要總的供水流量不是總的額定流量，用兩臺變頻器節電效果比一拖二要好，而且總流量越小越明顯： 總流量140%時有20.84kwh； 160%時只有6.9kwh。
三、電氣方案的設計：
通過以上的分析，我們可以針對客戶的現場情況來設計，通常有以下兩種方案：
1、當總流量為單泵流量的150% qn以下時，建議用戶采用兩臺變頻分別拖動兩臺泵的方案：
兩臺變頻器分別閉環控制1號和2號注水泵、3號注水泵為備用泵、用軟啟動器（采用hfr1075）控制起停，正常運行的注水泵如遇故障或檢修，估計在短時間內即可排除故障或檢修完畢，在這期間可啟用備用泵．在二次控制線路上注水泵壓力給定量由電位器（an1—gnd通道）給定。壓力反饋可以通過壓力變送器以直流4—20ma的形式反饋回變頻器的控制單元（通過an2—gnd通道）。變頻器的兩路模擬輸出端子im，fm可以分別外接0—10v模擬量儀表對變頻器的輸出運行情況實施監控，變頻器輔助端子ta，tb，tc可以外接聲光報警器，當變頻器有故障時提供報警。（附 參考控制電氣原理）
相關參數量的選用：（f1500—p）
f106：上限頻率
f107：下限頻率
f109：加速時間
f110：減速時間
f200：運行控制方式：端子指令
f219：op6功能設定：fwd
f220：op7功能設定：rev
f301：轉矩補償方式（選擇調整）
f404：pi調節給定通道選擇 an1通道給定
f408：pi調節反饋通道選擇 an2通道給定
2、當實際流量在150%qn以上時，建議用戶對注水泵1，注水泵2 采用一拖二控制模式，這樣有利于減少設備初期投資。
該方案與原有控制系統的比較
1）采用變頻控制方式，其操作方便，無須手動調節進水閥門，極大的減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率。
2）啟動噪音低，在啟動過程中電機從低頻開始緩慢加速，經20秒后達到設定頻率，由于啟動電流很小，減小了對電網的沖擊，保護了用電設備，延長了電動機的使用壽命，提高了電機的效率，節約維修成本。
3）系統采用一拖一或一拖二控制方式，采用壓力變送器反饋電流信號（4—20ma）至變頻器中央處理器(cpu),經pid控制組成閉環控制系統。其輸出頻率的大小由作用處理器控制，使電機的轉速自動增加或降低；保持工作水壓恒定。這樣不但減小了電動機的無功功率，而且提高了水泵的工作效率，節約了能源。
4）普通的工頻控制方式（原有的控制方式）則不能實現這樣的目的，其啟動和停止需要人工操作，還需要調節進水的閥門開關來滿足工況要求，即費時又費力，且容易出現人為因素操作失誤，造成不必要的損失。工頻運行控制方式的電機的轉速是不可調節的，并且啟動電流大，當供水壓力超過所需的壓力值時需人工調節進水閥門的大小來滿足供水壓力。這時電機仍以滿負荷運行，多余的功率就消耗在閥門上，能源浪費很大。
通過對以上實際工況的分析，采用變頻調速的方式完全能滿足生產的需要，使得注水泵既可大流量，也可小流量，既可高壓力，也可低壓力運行。利用壓力閉環或流量閉環控制注水的壓力或流量，在注入站工況改變時，變頻器可以使注水泵自動調節注水壓力或流量。此時，泵的出口閥門全開，使泵的壓差減至為零。這樣，既節約了電能，又減少了閥門的維護量與此同時還提高了系統的自動化水平，降低了系統的噪音，改善了工作的環境，減輕了工人的勞動強度。因此采用變頻調速來獲得實際需要的水流量，不但節約了電能，提高系統自動化運行程度；變頻器自動根據需求量調節轉速，而且平滑穩定，減少了人員的勞動強度；水泵的運行參數得以改進，系統效率大為提高。
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