ABB AC31系列PLC在水电站公用及通风空调
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一、引言 注水井向油层注水，是保证油层压力，提高油藏采油速度和采收率而被广泛采用一项重要开发措施。油田注水工程中，注水泵是满足油田注水，保证层压力源设备，保证较长时期内满足油田注水需要，设计上注水泵容量选型一般都较大，同时实际生产中，日注水量又总是一个波动较大参数。特别是高压注水系统中，大马拉小车现象比较普遍，注水泵泵压与注水管线干压之间存较大压差，必须靠控制出口阀门来保证注水管网注水压力，这样既造成大量电能被白白消耗掉，同时又泵压较高对机泵运行也十分不利。保证油田配注要求前提下，如何提高注水系统效率，使其能耗降到最低，一直是我们研究探讨课题。近几年国产高压大功率变频技术取了新突破，为我们高压注水系统采用交流变频调速装置创造了条件。变频装置依据注水管网需要压力进行参数设定，自动调节注水量，既节约大量电能又降低了机泵损耗，对降低油田生产运行成本有着十分积极意义。 二、油田注水工艺概况 沈阳油田现有注水站5座，共安装高压注水泵16台，总装机容量23400KW，目前正常运行4-5台注水泵，运行容量7900KW。为适应注水量变化，实现合理注水，需不断调整注水泵运行方式。没有调速措施情况下，只能开泵台数或人工调节阀门来控制流量，必然造成注水系统能耗增高。以采油作业二区为例进行分析： 采油作业二区注水任务主要由沈二注水站与沈四注水站联网运行共同承担，联网主干管线约8公里，总注水量8200至9700方/日变动，波动幅度+15%、-20%。该管网中正常启运两台1800KW高压注水泵，注水排量分别为250m3/h（沈二注水站）和200m3/h（沈四注水站），管网平均干压为16.9MPa，泵压为18.9MPa，存2Mpa压差，注水量昼夜变化比较大，原设备又只能定速运行，只能靠调节阀门开度来调节注水量大小，人为改变了管网阻力，增加了管网损耗，造成相当大一部分能量浪费阀门上，致使注水单耗居高不下，不能够经济运行，增加了工人工作量，调节不及时还会造成管网压力过高或过低，流量过大或过小，影响生产工艺及设备安全运行，由此看来，给注水泵机组加装变频调速装置，泵管压差造成能量损失就可以大大减小，可能被消除。同时变频调速装置参与下，优化仿真，最优原则运行注水泵和调整注水管网流量和压力，尽可能减少配水间及井口节流损失，使整个注水系统高效区运行，达到节能目。 三、注水系统进行高压变频改造方案 1、水泵调速运行节能原理 水泵工频定速运行时，保证管网压力及流量，同时保证电机载，只能靠改变泵出口阀门来调节泵运行。水泵经关阀调节后，小流量、高扬程（与原工况相对比）工况下运行，泵管压差增大，单耗增高。如图一所示。水泵原来工况点B运行时，出口阀门处于全开状态，出水流量为QB，扬程为HB，想减少注水量，下降为QA，水泵没有安装任何调整装置情况下，只能关阀调节使出水量保持QA，那么就有QA×（HA-HB）功损失出口阀门上，这样，浪费了大量电能，出口阀门长期水流冲击作用下故障增多，寿命缩短。2、设备改造及运行情况我方多次论证，采油作业二区注水系统运行及现场实际情况，决定沈四注水站1800KW注水电机上采用利德华福公司生产HARSVERT-A06/220高压大功率变频器，该设备具有如下优点：全中文WINOOWS操作界面，彩色液晶触摸屏；输入功率因数高，电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置；输出阶梯正弦PWM波形，无须输出滤波装置，对电缆、电机绝缘无损害，电机谐波少，减少轴承、叶片机械振动，输出线可以长达1000米；功率电路模块化设计，维护简单；高压主回路与控制器之间为光纤连接，安全可靠；完整故障监测电路、精确故障报警保护；内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变现场需要；可灵活选择现场控制/远程控制；可接受和输出0～10V/4～20mA工业标准信号；可用户需要内置PID调节器；完整通用变频器参数设定功能；高效率(>96%)HARSVERT-A06/220高压变频调速设备于2003年7月24日开始试运行，正式投入运行时间是8月1日，最初采用开环方式运形，即观测注水量变化，人工调节电机频率，改变电机转速，采集不同流量、压力变化点，摸索运行经验，2003年8月27日改到闭环运行，采集管网干压压力信号，追踪管网压力幅值变化，自动调节电机转速，达到人机一体，自能化控制。近两个月运行来看，HARSVERT-A06/220高压变频调速装置各种保护功能齐全，具备直流母线过欠压，功率单元驱动故障，变压器温度报警及UPS掉电，柜门非法打开等轻重故障报警，尤其具备流量及压力上下限报警功能，可以有效避免流量过低时水泵发生气蚀现象，保证设备安全运行。利用该设备工控机界面，可以非常直观观测到变频器输入输出电压和电流波形、同时还可实时采集到注水泵注水量、耗电量、实际管网压力瞬时变化和累计数据，便于现场工作人员进行节能分析和管理。 四、节能及经济效益分析 我们对2003年8月份、9月份沈四注水站注水泵1800KW高压电机每天运行主要参数电量、注水量进行了认真统计，并与2002年同期统计数据进行比较、分析，结论如下： 1、直接经济效益 1）注水单耗由去年同期7.87KWh/m3降低到目前6.33KWh/m3；2）按年注水量为150×104m3，电价按0.46元/KWh，年运行时间按7200小时计算，则年可节约电量为231×104KWh，节约电费为106.26万元。2、间接经济效益1）工频50Hz电网直接启动时,对电网和电机机械冲击较大,声响很大,估算其启动一次损耗为:Ws=0.5J(1+r1/r2)Tm/（Tm-TL）,离心泵负载平方转矩特性与异步电动机起动时机械特性曲线部分相似,可以Tm/（Tm-TL）=1计.而变频软起动损耗很小,上述Ws十分之一,则每年起动节能也是很可观。 2）当采用变频调速时，50Hz满载时功率因数为接近l，工作电流比电机额定电流值要低许多,这是变频装置内滤波电容产生改善功率因数作用,可以为电网节约容量。3）采用变频调速后，可以避免因阀门控制使泵过多偏离额定工作区而引起振动，这种振动严重时会引起悬臂泵轴头断裂。启动缓慢及转速降低，相应延长了许多零部件如密封、轴承寿命，特别是减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效延长了电机使用寿命，减少了检修维护开支，节约大量维护费用。 五、总结 1、高压大功率变频器油田注水系统运行情况以及实际节能效果来看，对注水泵采用变频调速装置改造达到了预期效果，实现了降低注水单耗及改善工艺目，由此证明该项目改造是成功。2、运行实践我们也发现，本系统中高压变频器节能效果与系统管网压力及沈二注水站定速泵阀门开度有着直接关系，有必要逐步摸索运行规律，寻找一个最佳运行工况点，充分发挥高压变频装置性能；挖掘更大节能潜力。3、将沈二注水站定速泵改造成变速泵，二者同时进行变速调节，则综合节能效果会更佳。 4、目前运行单耗对比分析，二年内即可收回高压大功率变频系统改造全部投资。
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