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　　一、前言
　　
　　注水采油是很多油田保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的常用措施。原理就是把采油區(qū)地層中散布的油集中到油井附近，再提取上來。對于斷裂區(qū)塊油田，由于每個區(qū)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(jīng)常調(diào)整。油田注水由于壓力高、水量大，注水電機(jī)大多是大功率電動機(jī)，電動機(jī)長期處于高耗能狀態(tài)運(yùn)行。而實(shí)際上注水泵站在建設(shè)時都存在額定流量與實(shí)際流量不相匹配的問題。針對以上情況，我們認(rèn)為采用變頻調(diào)速裝置對油田注水泵用電動機(jī)實(shí)行變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)注水泵變水量控制是一項(xiàng)非常有效的節(jié)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(shí)現(xiàn)控制。根據(jù)工藝要求，不允許長時間小排量運(yùn)行，否則注水泵會因溫度升高造成汽蝕和機(jī)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(yè)的生產(chǎn)成本。
　　
　　在原設(shè)計(jì)系統(tǒng)工況中，常采用兩臺注水泵進(jìn)行系統(tǒng)注水。該工況的注水系統(tǒng)能耗損失主要在控制閥節(jié)流上。通過我們的分析，只要通過結(jié)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(yīng)該能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
　　
　　2、變頻供水控制原理
　　
　　由于注水泵的實(shí)際流量肯定小于或等于泵的額定流量，因此有一定的節(jié)電潛力。變頻供水系統(tǒng)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(yù)設(shè)在變頻器中的壓力值進(jìn)行比較，通過變頻器中的PID調(diào)節(jié)器根據(jù)差值進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)，從而控制變頻器變頻調(diào)速運(yùn)行；同時，變頻器的運(yùn)行參數(shù)可以通過變頻器所帶的通訊接口和通訊協(xié)議傳輸至計(jì)算機(jī)工作站；在計(jì)算機(jī)上可以隨時檢測和控制系統(tǒng)運(yùn)行壓力、電動機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入/輸出電壓、輸入/輸出電流等參數(shù)，達(dá)到系統(tǒng)自動節(jié)能運(yùn)行的目的。
　　
　　3、變頻方案的選擇：
　　
　　油田作業(yè)區(qū)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(jī)額定功率75KW，額定電壓380V，額定電流140A左右，額定轉(zhuǎn)速2900轉(zhuǎn)／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(shí)際工況，采用變頻器調(diào)速進(jìn)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(tài)進(jìn)行分析：
　　
　　（1）使用一臺變頻器：
　　
　　這是應(yīng)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(jìn)行恒壓供水控制．當(dāng)用水量逐漸增加1號泵的工作頻率達(dá)到接近50HZ時，將其電動機(jī)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(jìn)行補(bǔ)充供水．反之，當(dāng)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(guān)掉1號泵，同時迅速升高2號泵的工作頻率．并進(jìn)行恒壓控制．此方案的主要特點(diǎn)是只用一臺變頻器，故設(shè)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(xiàn)供水系統(tǒng)來回切換的狀態(tài)。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，我們將將供水壓力設(shè)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(jì)算如下：
　　
　　1）假設(shè)電機(jī)的空載損耗為：10%
　　
　　2）泵的額定供水流量：Qn
　　
　　3）拖動電動機(jī)容量為Pm
　　
　　4）每天的平均總供水流量為160%Qn
　　
　　5）75KW的拖動電動機(jī)容量為Pmn=75KW,
　　
　　6）1號泵為全速，其平均取用功率為Pm1=75KW
　　
　　7）2號泵的平均轉(zhuǎn)速的60%，其平均取用功率為Pm2=（7.5+0.63*75）KW=23.7KW
　　
　　8）兩臺泵取用的總平均功率為75+23.7=98.7KW
　　
　?。?）使用二臺變頻調(diào)速器的節(jié)電效果
　　
　　用二臺變頻器分別控制二臺電動機(jī)，一次設(shè)備投資費(fèi)用較高，但運(yùn)行時的節(jié)能效果如何？計(jì)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(dān)，則每臺的平均供水流量為80％Qn。每臺電動機(jī)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=91.8KW.由以上數(shù)據(jù)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(jié)約電量6.9KW。
　　
　　（3）如果假設(shè)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）1號泵為全速，其平均取用功率為Pm1=Pm=75KW
　　
　　2）2號的平均轉(zhuǎn)速的40%，其平均取用功率為Pm2=（7.5+0.43*75）KW=12.3KW
　　
　　3）兩臺泵取用的總平均功率為75+12.3=87.3（4）用二臺變頻調(diào)速器的節(jié)電效果
　　
　　用二臺變頻器分別控制二臺電動機(jī)，一次設(shè)備投資費(fèi)用較高，但運(yùn)行時的節(jié)能效果如何？計(jì)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(dān)，則每臺的平均供水流量為70％Qn。
　　
　　1）每臺電動機(jī)的取用電功率為Pm1=（7.5+0.73*75）KW=33.23KW。
　　
　　2）二臺水泵共用功率為2*33.23=66.46KW
　　
　　3）由以上數(shù)據(jù)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(jié)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(jié)電效果比一拖二要好，而且總流量越小越明顯：總流量140%時20.84KWH；160%時只有6.9KWH。
　　
　　三、電氣方案的設(shè)計(jì)：
　　
　　通過以上的分析，我們可以針對客戶的現(xiàn)場情況來設(shè)計(jì)，通常有以下兩種方案：
　　
　　1、當(dāng)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(huán)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(yùn)行的注水泵如遇故障或檢修，估計(jì)在短時間內(nèi)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，F(xiàn)M可以分別外接0—10V模擬量儀表對變頻器的輸出運(yùn)行情況實(shí)施監(jiān)控，變頻器輔助端子TA，TB，TC可以外接聲光報(bào)警器，當(dāng)變頻器有故障時提供報(bào)警。（附參考控制電氣原理）
　　
　　相關(guān)參數(shù)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(yùn)行控制方式：端子指令
　　
　　F219：OP6功能設(shè)定：FWD
　　
　　F220：OP7功能設(shè)定：REV
　　
　　F301：轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償方式（選擇調(diào)整）
　　
　　F404：PI調(diào)節(jié)給定通道選擇AN1通道給定
　　
　　F408：PI調(diào)節(jié)反饋通道選擇AN2通道給定
　　
　　2、當(dāng)實(shí)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(shè)備初期投資。
　　
　　該方案與原有控制系統(tǒng)的比較
　　
　　1）采用變頻控制方式，其操作方便，無須手動調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門，極大的減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。
　　
　　2）啟動噪音低，在啟動過程中電機(jī)從低頻開始緩慢加速，經(jīng)20秒后達(dá)到設(shè)定頻率，由于啟動電流很小，減小了對電網(wǎng)的沖擊，保護(hù)了用電設(shè)備，延長了電動機(jī)的使用壽命，提高了電機(jī)的效率，節(jié)約維修成本。
　　
　　3）系統(tǒng)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(jīng)PID控制組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。其輸出頻率的大小由作用處理器控制，使電機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)的無功功率，而且提高了水泵的工作效率，節(jié)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(shí)現(xiàn)這樣的目的，其啟動和停止需要人工操作，還需要調(diào)節(jié)進(jìn)水的閥門開關(guān)來滿足工況要求，即費(fèi)時又費(fèi)力，且容易出現(xiàn)人為因素操作失誤，造成不必要的損失。工頻運(yùn)行控制方式的電機(jī)的轉(zhuǎn)速是不可調(diào)節(jié)的，并且啟動電流大，當(dāng)供水壓力超過所需的壓力值時需人工調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門的大小來滿足供水壓力。這時電機(jī)仍以滿負(fù)荷運(yùn)行，多余的功率就消耗在閥門上，能源浪費(fèi)很大。
　　
　　通過對以上實(shí)際工況的分析，采用變頻調(diào)速的方式完滿足生產(chǎn)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(yùn)行。利用壓力閉環(huán)或流量閉環(huán)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(diào)節(jié)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(jié)約了電能，又減少了閥門的維護(hù)量與此同時還提高了系統(tǒng)的自動化水平，降低了系統(tǒng)的噪音，改善了工作的環(huán)境，減輕了工人的勞動強(qiáng)度。因此采用變頻調(diào)速來獲得實(shí)際需要的水流量，不但節(jié)約了電能，提高系統(tǒng)自動化運(yùn)行程度；變頻器自動根據(jù)需求量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，而且平滑穩(wěn)定，減少了人員的勞動強(qiáng)度；水泵的運(yùn)行參數(shù)得以改進(jìn)，系統(tǒng)效率大為提高。