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高压变频器在油田注水泵上的应用

信息时间:2014-05-29 信息来源:山东新风光电子科技发展有限公司

      1 安装高压变频器的目的及意义

      注水泵是满足油田注水,保证地层压力的源设备,随着油田开采进入中后期,油田注水量也将逐年加大,注水耗电已占生产用电的19%、注水电费占总电费的16%,并呈逐年显上升趋势。在高压注水系统中,高压电机中大马拉小车的现象比较普遍,注水泵泵压与注水管线干压之间存在较大的压差,必须靠控制泵出口高压回流阀门来保证注水管网的注水压力,这样既造成大量的电能被白白的消耗掉,同时又由于泵压较高,对机泵的运行,管道的使用十分不利。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,既可节约大量的电能又能降低机泵的损耗,对降低生产成本有着十分积极的意义。

      辽河新三联注水站投运一台型号为DFJ200-170AX11的注水泵,匹配电机型号为YB1800S2-2的6KV/1800KW异步电动机,采用直接驱动方式控制,离心泵流量通过控制出口阀门的开度进行调节,造成大量节流损失, 离心泵及电动机运行在低效率工作区,能源浪费严重。目前月注水流量为183210m3, 夏秋季节注水量相应降低,运行中离心泵实际泵压为16.5MPa,注水管网实际运行压力为12.5MPa,由于多泵注水实施并网运行,当注水管网压力升高到目前注水管网实际注水压力以上时,将造成高压注水量减少,无法满足油井注水需求,同时污水量大于注水量将造成污水外排。为此注水电机运行时必须靠调节离心泵出口高压回流阀门来控制注水管网压力,以维持联网注水平衡。这样就造成泵压与管网干压平均压差达到4 MPa以上,造成了大量的电能浪费。

      通过综合调研和考虑,我们选用了山东新风光电子公司JD-BP37-1800F型号的高压变频器,通过应用,该变频器有安全性能好,可靠性高,设计合理,易损件寿命长,启动性能好,降耗效果明显,安装、维护和保养都比较方便。

      2、高压变频器的原理

      JD-BP37系列高压变频调速系统的结构见图1,由移相变压器、功率单元和控制器组成。6KV/1800KW变频器共有24个功率单元,每8个功率单元串联构成一相。

      2.1功率单元电路

      每个功率单元结构上完全一致,可以互换,其电路结构见图3.2,为基本的交-直-交单相逆变电路,整流侧为六支二极管实现三相全桥整流,通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制,每个个功率单元完全一样,可以互换,这不但调试、维修方便,而且备份也十分经济,假如某一单元发生故障,该单元的输出端能自动短路而整机可以暂时降额工作,直到缓慢停止运行。

      2.2 输入侧结构

      输入侧由移相变压器给每个单元供电,每个功率单元都承受电机电流,1/8的相电压、1/24的输出功率。24个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法,目的是实现多重化,降低输入电流的谐波成分。24个二次绕组分成三相位组,互差20°,构成18脉冲整流方式;这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形,使其负载下的网侧功率因数接近1,输入电流谐波成分低。实测输入电流总谐波成分小于5%。由于变压器副边绕组的独立性,使每个功率单元的主回路相对独立,类似常规低压变频器,便于采用现有的成熟技术。

      2.3 控制器

      控制器核心由高速16位单片机和工控PC机协同运算来实现,精心设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。工控PC提供友好的全中文WINDOWS监控和操作界面,同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器用于柜体内开关信号的逻辑处理,以及与现场各种操作信号和状态信号的协调,增强了系统的灵活性。

      控制器及各控制单元板中采用8位单片机等大规模集成电路和表面焊接技术,系统具有极高的可靠性。此外还有一个CPU,也是8位单片机,负责管理LED显示屏和键盘。

      另外,控制器与功率单元之间采用多通道光纤通讯技术,低压部分和高压部分完全可靠隔离,系统具有极高的安全性,同时具有很好的抗电磁干扰性能,并且各个功率单元的控制电源采用一个独立于高压系统的统一控制器,方便调试、维修、现场培训,增强了系统的可靠性。

      2.4 控制电源

      控制器有一套独立于高压电源的供电体系,在不加高压的情况下,设备各点的波形与加高压情况基本相似,给整机可靠性、调试、培训带来了很大方便。

      3、现场情况和节能效果统计

      针对现场存在的问题,系统优化改造主要需解决两方面的问题:第一,在满足系统配注水量的基础上尽可能减少排量损失;第二,在满足注水压力的前提下尽可能减少泵管压差,即减少压力损失。系统优化拟从动能和势能两方面同时入手,尽可能降低能耗、提高系统效率。

      3.1 现场的系统构成

      系统闭环控

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