田云吉 鄭小鵬 尚可俊

【摘要】油田注水過程中，受注水井井數(shù)變化、配注量動態(tài)調(diào)整等因素影響，注水站經(jīng)常出現(xiàn)配注量與注水泵額定排量不匹配的現(xiàn)象。通常用高于配注量的泵排量注水，再將多余的高壓水“回流”到儲水罐，“打回流”造成了大量電能浪費。

【關(guān)鍵詞】變頻調(diào)速系統(tǒng) 油田注水

國內(nèi)油田普遍采用定子變頻調(diào)速技術(shù)解決這一問題，但該技術(shù)在水泵類負載上應(yīng)用調(diào)速范圍有限，存在調(diào)速盲區(qū)，仍不能完全“關(guān)死”回流。針對目前在用的定子變頻調(diào)速設(shè)備的局限性，在國內(nèi)首次研發(fā)了注水站“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)，解決了調(diào)速盲區(qū)的問題，完全實現(xiàn)了變頻關(guān)回流穩(wěn)壓注水。

1 “一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)原理

“一拖多” 轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由繞線式電機和轉(zhuǎn)子變頻控制設(shè)備構(gòu)成。繞線式電機轉(zhuǎn)子繞組的開放性使它既包括了鼠籠式電機定子側(cè)變頻調(diào)速的性能，又擁有轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速的獨有特性。轉(zhuǎn)子變頻技術(shù)是將繞線式電機轉(zhuǎn)子感應(yīng)的交流電，通過整流器整流成直流電，再經(jīng)過斬波器進行直流電壓調(diào)制從而改變電機轉(zhuǎn)速，多臺電機調(diào)速產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功率由一個逆變器逆變成與電網(wǎng)同頻同相的交流電集中回饋到電網(wǎng)。圖1 “一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成

示意圖

2 “一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用效果2.1 鎮(zhèn)四注基本情況

鎮(zhèn)四注水站井口壓力在20～24MPa。鎮(zhèn)四注設(shè)計規(guī)模1000 m3/d，系統(tǒng)設(shè)計壓力25MPa，站內(nèi)共有5ZB-24/25型五柱塞注水泵 3臺，均配有200KW繞線式電動機，其單泵理論排量24m3/h（576m3/d）。

鎮(zhèn)四注投注初期管轄注水井25口，日配注350m3左右，采用單泵變頻關(guān)回流注水；隨著投注井數(shù)逐級增多，目前管轄注水井36口，日配注710m3左右，采用雙泵變頻關(guān)回流注水。

2.2 鎮(zhèn)四注應(yīng)用“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)的效果

2012年對“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)運行情況進行了跟蹤，該系統(tǒng)表現(xiàn)出以下優(yōu)點，具有較好的應(yīng)用前景。

2.2.1 諧波測試

在變頻器的使用過程中都會產(chǎn)生諧波，諧波含量太高會降低電力設(shè)備的使用壽命。因此，國家規(guī)定電網(wǎng)的諧波含量必須小于5%。試驗時對使用轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)前后的諧波含量進行了檢測，結(jié)果見下表1所示。

結(jié)果表明，未使用轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)時，電網(wǎng)的諧波含量最高3.88%，使用后，諧波含量在3.4%內(nèi)，充分說明了“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)具有良好的濾波能力，經(jīng)該系統(tǒng)處理過的電能質(zhì)量符合國家相關(guān)標準，能滿足油田注水生產(chǎn)的需要。

2.2.2 調(diào)速范圍

“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)由繞線式電機和轉(zhuǎn)子變頻控制設(shè)備組成，轉(zhuǎn)子變頻控制設(shè)備可實現(xiàn)0-50Hz間無極調(diào)速，但由于電機采用自冷式設(shè)計（轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動空氣進行散熱），電機變頻低速運行時散熱能力變差；另外，注水泵采用飛濺潤滑，轉(zhuǎn)速過低會影響其潤滑和散熱效果。因此，綜合考慮將“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的變頻范圍控制在20-50Hz間，與目前在用的定子變頻器的變頻范圍30-50Hz相比，擴大了變頻調(diào)速范圍。

2.2.3 鎮(zhèn)四注水站長期關(guān)回流運行

鎮(zhèn)四注水站投運初期，配注量在350m3/ d左右，采用單泵（理論排量576 m3/d）變頻關(guān)回流運行。隨著該區(qū)塊投注井數(shù)增多，目前日配注710m3左右，采用雙泵（理論排量1152 m3/d）變頻關(guān)回流運行。2.2.4 節(jié)能效果

從2011年10月21日至2012年12月31日，鎮(zhèn)四注“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)累計使用電能161.965×104 kW·h，與工頻開回流注水相比，已累計節(jié)電約50.917×104 kW·h，平均每天節(jié)電約1359kW·h，綜合節(jié)電率22%以上。

2.2.5 穩(wěn)壓效果

“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)通過采集注水系統(tǒng)分水器的壓力數(shù)據(jù)，與預(yù)設(shè)的運行壓力進行比較，實時調(diào)整注水泵電機轉(zhuǎn)速來調(diào)整柱塞泵排量，從而實現(xiàn)注水系統(tǒng)穩(wěn)壓的目的。

鎮(zhèn)四注水站“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)投入使用后，對其穩(wěn)壓效果進行長時間跟蹤，注水系統(tǒng)壓力波動在22±0.1MPa內(nèi)，穩(wěn)壓效果較好，給精細注水、分層注水提供了前提保障。

2.2.6 帶壓啟泵

由于繞線式電機具有啟動電流小，啟動扭矩大的特點，通過對轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)進行多次改進和完善，最終實現(xiàn)了注水泵在正常注水壓力下的帶壓啟動。

3 結(jié)論與認識

（1）“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)具有良好的濾波能力，能滿足油田注水生產(chǎn)的需要。

（2）“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)可實現(xiàn)0-50Hz間無極調(diào)速。

（3）“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能性能較好。

（4）“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)了注水泵在正常注水壓力下的帶壓啟動。