摘要：随着电气技术的进步，油田的注水泵也开始应用高压变频器来进行一系列的注水工作。利用高压变频器可以减少油田注水时大量电能的浪费，减少电费的使用，从而大量的节省了用电成本。本文主要讲述了高压变频器的原理，从原理理论分析出现场应用方案，讲述节能的效果并说明使用高压变频器可以大量减少油田注水泵上的浪费。
关键词：注水泵；高压变频器；油田
引言
在油田注水泵的应用中采用高压变频器上的高压注水系统，使得大马拉小马在电动机中使用的现象非常普遍。由于注水泵与注水管之间存在较大的压差，因此需要严格控制注水泵的输出口，利用的回流阀门来控制压力，却因此造成了大量电能的消耗。与此同时，泵压较高时会严重影响到注水泵的运行，而安装高压变频器调速器并且设定电网需要的压力参数，就可以自动控制调节注水量，节约电能的同时又降低了注水泵的消耗，从而达到降低成本的目的。目前，注水站大多采用多泵注水，当水管压力升高并且大于实际注水压力时，将无法满足油田的需求，从而减少了高压注水量，同时也会产生大量的污水造成水污染。因此，要想维持高压注水平衡，就必须调节离心泵出口的回流阀门来控制水管的压力，而这时压力与管压相差4MPa以上，也会浪费大量的电能。
1.高压变频器的原理
高压变频器中需要的电压为电网电压，电网电压经过高压断路器后在逆变器输出才能被高压电动机接收，最后直接进入变频器中。高压变频器有着由功能单元、控制器和移相变压器三大部分组成的调速系统，而它的次变压系统则由18个功率单元组成，分为三组，一组六个功率单元串联在一起组成一相。
1.1功率单元电路
高压变频器由内部结构都相同的功率单元构成，并且每个功率单元相互之间可以进行转换，既方便了设备的调试与维修，还可以备份数据，十分经济。当其中某一单元出现问题时，输出端可以自动调整为降额工作，慢慢地停止运行，保护高压变频器。
1.2输入侧结构
输入侧的供电设备是移相变压器，且每个单元所要承受的电流都来自于电动机。功率单元与变压器之间需要进行绝缘操作，利用二次绕组来完成。变压器的绕组具有独立性，当一个功率单元出现故障时，则不影响其他功率单元的正常工作。
1.3控制器
高压变频器的控制器由单片机组成且连接工控PC机，利用一些算法程序来工作，可以保证系统的的最优运行。利用多通道光纤通信技术将控制器与功率单元连接起来，隔离出高压低压，保证系统安全进行工作，同时也提高了系统的可靠性。
1.4控制电源
控制电源是高压变频器的供电设备，可独立供电。在不加高压时，可通过设置波形实现高压操作，给系统工作带来了很大的方便性。
2.现场应用方案
2.1变频器调速的实施方案
首先在注水泵和电柜之间放入高压变频器，使用电流变送器来接收传送过来的信号，使变频器实现自动控制的功能。接着检测和转换内部电流，并用电流来控制变频器，实现工艺要求。然后利用软起动技术降低保护定值，使用普通的高压电缆完成连接工作。与此同时，应注意好室内变频器的通风情况，防止事故的发生。
2.2变频节能系统的原理说明
注水泵是变换矩负载应用的典型，负载会随着注水泵速度的提升而增大。用P=Q*H来表示他们之间的关系。其中，H为电动机的扬程，Q则为通过的流量。而当Q发生变化，电动机的转速也会随之发生变化。当Q1变化到Q2时，转速也会从N1变化到N2，关系式则变为：
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（1）
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（2）
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（3）
由式可得，转矩以及轴功率都与转速成正比例，转速要调整在额定转速以下才能正常工作。当注水泵工作效率没有达到要求时，会出现由于机械磨损而损坏电机的现象。在理论上，转速下降10%，功率也会随之下降30%，当功率下降明显时，会伴随着明显的节能效果。
2.3节能效益分析
（1）当系统效率提高时，单耗会随之降低，在高压变频器改造系统后，各泵区的注水量得到满足，使注水泵高效运行起来，提高系统效率。单耗降低，在一定程度上可以节约用户的电费。例如一年节约电费为4200*365*0.3*0.5=229950元，其中按每日的注水量为4200m³/d，每度电以0.5元计算。
（2）调整水量可以减少多余电能的浪费。例如一个注水站日平均注水4200m³/d，而注水量会随每日的需求而变换，时则多一些，时则少一些，在注水量每日的变换能够满足泵的能力的条件下，当每日要求3400m³/d注水量则需多加1300m³/d保持平衡；要求5600m³/d时，则需2320m³/d，这样既浪费了水资源又浪费了电能。因此，利用高压变频器调整多余用水量需要对注水站进行改造，改变高压变换频率，满足泵外的注水需求。并且对站内注水泵进行也要调整注水量，满足系统的压力的同时，需与之前要求的注水量保持一致，既节省了注水泵的用水量，又在一定程度上又减少了不必要的电能浪费，还可以节省电费。例如：日平均注入1600m³/d，单位消耗7.1（kwh）/m³，每度电按0.5元计算，每年有150天没有达到注水的原来要求，可节约电费1600*150*7.1*0.5=852000元。
结束语
随着电气技术的进步，油田的注水泵也开始应用高压变频器来进行一系列的注水工作。利用高压变频器可以减少油田注水时大量电能的浪费，减少电费的使用，从而大量的节省了用电成本。在油田注水泵的应用中采用高压变频器上的高压注水系统，使得大马拉小马在电动机中使用的现象非常普遍。由于注水泵与注水管之间存在较大的压差，因此需要严格控制注水泵的输出口，利用的回流阀门来控制压力，却因此造成了大量电能的消耗。与此同时，泵压较高时会严重影响到注水泵的运行，而安装高压变频器调速并且设定电网需要的压力参数，就可以自动控制调节注水量，节约电能的同时又降低了注水泵的消耗，从而达到降低成本的目的。本文主要从功率单元电路，输入侧结构，控制器，控制电源四个内部结构讲述高压变频器工作的原理，从变频器调速的实施方案，变频节能系统的原理说明分析出现场应用方案，最后讲述节能的效果并说明使用高压变频器可以大量减少油田注水泵上的浪费。
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论文作者:李晶1,刘宏2,石相芹3
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/29
标签：高压论文; 变频器论文; 油田论文; 电能论文; 功率论文; 单元论文; 系统论文; 《基层建设》2020年第2期论文;