油田注水泵的变频改造

油田注水泵的变频控制Oil Field the Control of Frequency Conversion of Water Injecting Pump/bplw/55/55.htm作者：山东新风光电子科技发展有限公司周加胜马瑞芬摘要：本文叙述了青海油田一计注站注水泵的变频控制设计及调试过程，指出了采用变频控制的意义，展示了该类设备变频控制的前景。

英文摘要：This paper have narrated Qinghai oil field debug course and the control design of frequency conversion of a sum note station water injecting pump, have pointed out the prospect that has demonstrated this kind of equipment control of frequency conversion with the meaning of the control of frequency conversion.关键词：中压注水泵变频控制1 引言油田的油井注水是油田生产的关键环节。

在一些供液不足的油井，需要先向井内注入一定量的水，将油稀释，并将液面提升到一定高度，才易于开采。

为了节能降耗，往往几口井集中起来，用一台泵集中注水，这就是计注站的作用。

青海油田采油二厂跃西采油区计23站，就是一个集中注水站，分别向YX—52、YX—47、YX—35井注水，采用活塞式注水泵，排量为23m3/h,压力为12MPa,电机为中压1140V/132kW的电机。

为了实现恒压注水，以对管道实施有效的保护，油田公司在综合考虑各方面因素后，决定采用变频控制，通过压力传感器的变化自行调整电机的转速，压力低时转速升高，压力高时转速降低，使管道压力保持恒定，并设置压力报警，进口低压报警，超低压停机;出口高压报警，超高压停机功能，满足注水泵工况的需求。

变频调速技术在油田柱塞式往复注水泵上的节能与应用随着能源危机的逐渐加剧，节能和减排成为了全球普遍关注的问题。

油田作为能源开发的重要领域，对提高产品质量、节约生产成本、减少能源消耗等问题提出了更高的要求。

在油田上，水泵是必不可少的一种设备，而目前在油田上广泛应用的柱塞式往复注水泵，则因其结构简单、可靠性高、稳压精度高等特点，在特定的工况下被广泛应用，但其通用的外围设备存在多种限制因素，如能量消耗高、其高速运行易造成噪音污染等问题，严重影响生产效率。

而相比起传统的水泵调节方式，变频调速技术则是一种非常有效的解决方案。

变频调速技术可以使油田柱塞式往复注水泵在运行中根据实际负荷大小对给水量进行动态调整，以达到最佳工作状态。

因此，本文将阐述变频调速技术在油田柱塞式往复注水泵上的节能与应用。

一、变频调速技术介绍变频调速技术原为电力电子技术应用的一种技术，但由于其能够有效地解决机械系统中传动部件轻重负荷变化对动力输出影响的问题，因此在行业应用中也得到了广泛的发展。

变频调速技术主要是将传统伺服驱动技术和电机调速的技术结合起来达到对电机进行精确调速的目的。

利用传感器对传送带、风电机组和水泵电机进行实时监测，以达到负载减少、降低噪声和能源节约等的优效。

二、变频调速技术在油田水泵中的应用1.变频调速技术的优势相比传统水泵调节方式，变频调速技术的优势可以总结为以下三点：（1）更加节省能源：传统水泵在工作时，由于其不能够根据实际负荷进行自动调整，在操作过程中会出现流量过大、压力过低等浪费能量的情况。

而变频调速技术则可以通过控制电源频率使水泵按照实际负荷进行自动调整，从而有效地减少了能量的浪费，降低了油田运行成本。

（2）减少机械传动部件的损耗和出现故障的概率：机械传动部件(transmission)包括电机、减速器、联轴器、离合器等部分。

由于变频调速技术可以使水泵匹配不同负荷下的运行状态，在运转过程中不会超载，也不会出现瞬间高负荷和空载的情况，因此坏掉的风险大大降低。

变频控制技术在注水泵节能改造中的应用摘要：注水泵是满足油田注水，保证地层压力的源设备。

注水耗电占生产用电的百分比呈逐年上升趋势。

开发油田注水系统节能技术和装备一直是节能工作的重点之一。

安装高压变频调速装置后，依据注水管网需要的压力进行参数设定，自动调节注水量，既可节约大量电能又能降低机泵的损耗，对降本增效有十分积极的意义。

关键词：变频调速技术注水泵节能改造1 变频调速的基本控制方式根据异步电动机转速表达式：由上式可知，当转差率变化不大时，电动机转速基本上与电源频率成正比。

因此，连续地改变供电电源频率，就可以平滑地调节异步电动机的运行速度。

在电动机调速时，一个重要的因素是希望保持每极磁通量为定值不变。

磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；若要增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。

三相异步电动机定子每相电动势的有效值：只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通Фm的目的，对此，需要考虑基频以下和基频以上两种情况。

（1）基频以下调速（2）基频以上调速2 频调速的基本原理（以GD3000E变频器为例）2.1 电路结构上图为变频器电路结构图，由三个部分组成。

输入整流电桥：一个全波三相二极管电桥，将三相交流输入转变成直流输出到DC直连；DC直连：将输入整流桥和输出逆变器相连接，它包括一个减少谐波用的电抗器和电容器，DC直连的正负端可连外部动力制动单元；输出逆变器电桥：在正常的工作时提供了一个可变电压和范围在0～200HZ可变频率的三相电。

IGBT作为自关断器件提供了必要的高速功率开关。

最大输出电压等于变频器端子的输入线电压。

2.2 主电路上图用可分成三部分，左侧为整流部分，中间为DC直连，右侧为逆变部分。

整流部分由六只不可控二极管整流，整流电路输出波形较好的直流电压；DC直连由电抗器L和电容器C组成；逆变部分由Tr1-Tr6六支大功率晶体管组成逆变电路，使通过控制各管的开关频率来达到输出频率可调的交流电压，其中D1-D6为续流二极管，以保护晶体管。

高压变频器在大功率注水泵上的解决方案一、引言注水是油田开发中稳油增产的重要措施之一。

它有效地补充了地层的能量，保持了地层的压力，对提高采油速度和原油采收率，确保油田高产、稳产起到了积极作用。

一直以来，大庆油田大功率注水电机所用的高压大功率变频器为国外品牌所垄断。

2007年8月，九洲电气自已研发的热管散热系统完美的解决了（>200A）大功率高压变频器的散热技术瓶颈后，第一套2500KVA/6KV高压大功率高压变频器在山东康达水泥投运成功，连续运行一年无故障。

2008年9月份，九洲电气高压大功率高压变频器一举中标大庆油田大功率注水电机节能改造用橇装式高压大功率变频器4台，分别为大庆油田杏V-2注水站注水泵6KV-2500KW，杏V-1注水站注水泵6KV-2240KW，聚南二十四注水站注水泵6KV-2240KW，聚南二十五注水站注水泵6KV-2000KW。

打破了国外品牌在大庆油田大功率注水电机所用的高压大功率变频器的一统天一的垄断地位，为高压大功率高压变频器国产品牌的在大庆油田大功率注水电机的应用开了先河。

二、采油五厂杏南区注水系统现状及存在的问题。

1．现状2008年6月底，杏南开发区建成注水井1822口，其中开井数1511 口，注水站9座，注水泵25台，装机功率总计49140KW，设计注水能力11.60×104m3/d ,实际负荷8.24×104m3/d,负荷率71%。

纯油田区采用单干管单井配水流程，过渡带采用单干管多井配水流程。

2．存在问题现注水系统按水质分为普通污水注入系统，三次加密井注入系统，含聚污水注入系统。

由于没有调节措施，在注水方案变动和钻井关井时，只能通过调整注水泵运行的台数和型号来调整注水泵出口水量，调节效率低，适应性差，注水系统多处于压力较高的状态下运行，钻关水量平均在5000 m3/d左右，注水系统单耗较正常运行时单耗高出0.15kwh/m3以上，最高时高出0.4kwh/m3,严重时由于注水量偏低，注水泵无法正常开启。

变频器在改造油水泵中的应用[摘要]对总装车间油水泵的变频调速进行了简要的综述，详细说明了变频调速的原理、实施和重大作用，并强调说明变频调速已在我厂大功率油水泵中得到推广。

[序言]变频调速已经在我厂升降电梯和机床简单数控系统中得到了较为广泛的应用，但由于大都是控制小功率的电机，数量少，因此所需费用低；大功率的电机（50kw以上）所配变频器在5年前费用都很高，大概一台在5万左右，因此我厂总装南北厂房辅机房内油水泵在建设时均未考虑变频调速方式。

随着变频技术的快速发展（体积小、重量轻、价格低、性能稳定），我厂新建海水泵站和60米加长辅机房内大功率电机均采用了变频技术。

[初步尝试]我厂在大功率变频器方面的尝试始于总装车间北厂辅机室的改造。

为了满足我厂生产的8k90mc-c柴油机的要求，我厂对北方工厂的辅助设备进行了改造。

总装车间北辅机室内的油水泵用于手动调节旁通阀，改变输出油水压力。

由于采用手动调节，存在压力调节缓慢、压力调节不稳定、控制困难等缺点。

对于操作人员来说，操作非常不方便，这将影响我厂船用柴油机的漏水和漏油。

辅机油泵启动时满负荷运行，启动电流大。

此时，所有旁通阀打开，大部分油水和其他输出介子旁通并返回油水箱，一小部分油水和其他输出介子连接到柴油机。

油水泵的利用率很低。

油水泵从启动到稳定运行浪费大量电能，大部分油水在油箱和泵之间循环。

变频调速就是改变这种工作模式，通过改变电机的工作频率，从而改变电机的转速，达到调节压力的目的。

在变频器工作过程中，旁通阀完全关闭。

这次总装车间北厂房辅机房改造中所采用的变频器是法国施耐德公司的altivar38，altivar61产品。

施耐德公司的产品在我厂的使用是头一次，本着先试为主的原则，先在总装车间南厂房辅机房安装了2台55kw的变频器，用于控制2台汽缸水泵的调压。

总装车间南车间辅机室采用Altivar 61变频器，具有中文界面，适合普通中文操作人员使用。

在运行变频器时，应设置变频器的内部参数，使变频器内的控制参数与受控油水泵电机的参数一致。

变频调速控制系统在采油注水泵站的应用变频调速技术是现代电机电泵使用当中最为常见的主流技术，其不仅能够保证用户对油、水的正常使用，而且还能够降低使用过程中的能耗和设备磨损，并且实现了电力设备的自动化改造。

本文即是对变频调速控制系统在采油注水泵站中的应用进行研究，探讨了泵站当中变频调速技术的相关概念，并说明了这项技术的工作原理，最终以大庆油厂某泵站的改造方案作为案例说明了这一技术的应用。

标签：变频调速；采油注水泵站；原理；应用在石油采集工程当中，由于地下的原油被不断地抽到地面之上，导致地下岩层所承受的压力逐渐减小，这样既会对原油抽取时的压力产生影响，降低原油采集效率；又会对地下岩层的稳定性造成应影响。

因此通常采用高压注水维持地下压力的方法，所需要的水流压力应保持在30MPa以上，这就大大增加了泵站设备的能耗的磨损，加之传统水泵所产生的压力不够稳定，因此应利用现代变频调速技术进行更换和完善。

1 采油注水泵站变频调速技术的含义目前我国变频调速技术的应用已经非常深入，各地采油注水泵站内所使用的均为恒压供水技术，其利用现代智能化的变频调速技术对水泵的输出频率进行有规律的改变，可以调节水泵的运转速率，进而保障注水水压能够有效维持在小范围可控变化内。

该技术主要借助于注水管道内压力变化感应器的远程监控，将水压的变化信号转变为电子数据，实时向控制中心发送，控制中心则利用这些数据对水压的变化进行调节，降低了单位时间内注水所需要的能源量[1]。

2 现代变频调速技术的基本原理现代我国各地采油注水泵站所使用的变频调速系统均是根据实际用水压力大小来设置变频调速的控制。

其原理具体为：当使用者所需水压为L0时，其低于实际的水压L，此时采油注水泵站的机组当中就会有部分水泵进入变频调速的状态，另外部分机组则有计算机自动控制到断开停机状态，这样就可以适当降低管道内的输出水压，节省不必要的能量损耗。

而如果在运行过程中，实际的水压L低于所需水压L0时，则计算机能够将采油注水泵站内机组所有水泵均调整到全工频运行状态，保证水压能够快速提升到限定范围。

高压变频器在油田注水泵项目上的应用（图）摘要：结合北京利德华福Harsvert-A06/300型2500kW高压变频器在油田注水泵项目上的实际应用，说明大功率高压变频器在开发、应用中解决的主要问题。

关键词：国产高压变频器器件并联散热一、前言：随着高压变频技术的日趋成熟和节能降耗、提高经济效益的市场需求越来越深化，高压变频技术正向着电压更高、功率更大、性能更优越的方向发展。

大功率和超大功率高压变频器的市场前景日益被业内看好。

如何解决大功率高压变频器在设计、生产、制造、应用中的技术难题，成为打开国内大功率高压变频器市场的关键。

目前，由于大功率高压变频的技术门槛较高；因此2000kW以上高压产品市场一直被国外品牌占据。

北京利德华福电气技术有限公司生产的Harsvert-A06/300型2500kW高压变频器在油田注水泵变频改造项目上的成功应用，充分表明国产大功率高压变频在关键技术上已经取得实质性进展，它的投运为国产2000kW以上产品的实际应用填补了一项国内空白。

2500kW高压变频的应用主要需要解决功率器件并联、设备散热、环境冷却以及现场安装等相关技术问题。

二、大电流输出问题：2500kW高压变频器的额定输出电流为300A。

系统设计过程中，除了需要满足额定输出电流的要求外，还需要具备120％过负荷1min的能力；并且必须能够承受瞬时1.5倍额定电流的冲击无器件损伤。

因此，功率器件的选型必须依据峰值电流设计。

也就是说，功率单元的通流量需要达到，即620A。

考虑到IGBT 具有一定的瞬时过流能力，因此基于散热方面的考虑采用两只额定值300A的IGBT并联来达到设计要求，实现IGBT在并联情况下均流输出，而且能够长期可靠的安全运行。

在功率单元的设计当中主要有以下几个问题。

1、用同型号、同批次IGBT，筛选电流曲线、开关损耗值等性能参数完全一致的器件进行功率单元的生产。

2、在物理上严格保证电路参数的一致，消除结构安装、散热条件、线路布置等分布参数对实际运行的不利影响。