8.11(采油四厂)斩波内馈调速技术在注水系统中的应用.ppt

第四采油厂规划设计研究所 二一二年十一月,斩波内馈调速技术 在注水系统中的应用,随着油田进入特高含水开发阶段，吨油成本逐年上升，吨油能耗不断增加，目前我厂注水系统耗电占总耗电的33.2。为保证注水系统低耗高效运行，我厂应用斩波内馈调速技术降低注水能耗，在系统方案选择上、运行调试中，主要解决设备稳定运行，提高运行时率等问题，以发挥该技术的最大效益,一、斩波内馈调速技术原理 二、现场试验情况 三、取得的认识,斩波内馈调速技术是利用内馈电机的内馈绕组的发电功能，移出转子的部分电转差功率。由于转子的部分功率被移出，使转化的机械功率减小，电机转速下,降。移出的电能，通过升压、变频、移相回馈到定子侧，从而达到节能目的,斩波内馈调速控制原理图,转子的电能取出是通过斩波器件的高频开关实现的，其稳定性是斩波装置可靠运行的关键。传统的斩波内馈调速装置采用晶闸管斩波，晶闸管属于半控器件,1、斩波元器件的确定,可脉冲触发打开 不能脉冲触发关闭,这就增加了系统的复杂性,倘若一个周期没有关断成功 晶闸管将瞬间进入永久直通状态,就是电动机从当前速度骤然升至全速，给设备造成很大冲击,反应在电动机上,将斩波器件由传统的晶闸管替换为igbt,斩波频率高 调速范围宽 噪声低 结构简单,而igbt斩波器，属于全控器件，大大简化了电路，节省了空间，使可靠性有很大的提高。同时具有以下方面优势：,2、系统控制方式的确定,逻辑控制,控制速度,可靠性可维护性,顺序控制,灵活性可扩展性,对斩波内馈传统的继电器控制方式与plc控制方式在以下几个方面,进行对比,plc控制方式均优于继电器控制方式,鉴于plc控制的优势，系统控制上由plc替代了继电器控制方式，在plc选择上我们采用,编制了人机界面交互系统程序 使控制操作清晰、简便、快捷 同时提高了稳定性,双plc无扰动切换技术,一是由于外置集电器采用滚动轴承安装，注水电机在高速旋转时，轴承温度迅速升高达到上限值，导致轴承烧毁，无法稳定运行,3、内反馈电机技术方案的确定,集电器与电机联接图,二是集电器为连接设备，无法与电机完全同心运行，导致端点跳动，碳刷急剧磨损,通常在内反馈电机上，采用外置式集电器进行电能采集 该设备在注水系统中应用有如下问题:,在电机设计上，采用内置集电环，即集电环置于电机前、后轴瓦之间，集电环与电机转轴完全同心，碳刷抖动小，使用寿命长。同时省去了外置的集电器，使内反馈电机结构更加简单，机械设备连接点更少,内置集电环内反馈电机,因此,一、斩波内馈调速技术原理 二、现场试验情况 三、取得的认识,杏十注水站建于1993年 2005年为适应三元开发需要进行扩建,目前有三元注水电机2台,设计三元注水能力1.2104m3/d,该区块三元注入井注水量在,根据开发预测,0.571.06104m3/d之间,波动较大,在未采取措施前，采用阀门截流方式进行调节,平均泵水单耗为6.2kwh/m3,三元驱注水电机需要一个有效的调速技术，降低系统能耗,因此,高于全厂平均单耗5.6kwh/m3,该工程于2009年9月对5号电机进行改造 2009年10月底安装完毕，进行试运调试工作,1、试验过程,在调试过程中出现了 等问题,电机振动大 碳刷使用寿命短,开展了相应技术改进，解决该技术平稳运行的问题,对此,现场安装照片,水平频谱,垂直频谱,轴向频谱,水平,垂直,轴向,低频振动超标,从检测频谱上分析,当进行带载试验时，振动超过了0.3mm的振动标准,（1）研究电机安装配套技术解决振动问题,通过将原来的轨道式底座改造为框架式底座，解决了水平振动大的问题,通过重新建设基础，调整固定螺栓数量，解决了垂直振动大的问题,针对振动超标问题制定以下措施：,通过增加泵与电机之间轴向补偿量的方法，将原来没有轴向补偿量的弹性柱销连轴器调整为膜片联轴器，解决了轴向振动大的问题,弹性柱销式联轴器 膜片式联轴器 联轴器膜片,通过以上措施使电机振动控制在0.3mm的指标以内，保证了电机平稳运行,电机带载振动测试表,碳刷材质的优选,（2）进行碳刷磨损原因研究，提出解决对策,针对碳刷磨损快的问题，对其进行了优选及改进,碳刷参数表,为了使导电性能不下降，对碳刷的数量进行了增加 经计算将原来27组碳刷增加到现在的36组碳刷,碳刷的温度控制 碳刷温度过高，会使其强度下降，加大了磨损量。因此，为电机滑环增加了专用的冷却风道，由一台功率为7.5kw的风机为其散热,采用垂直风道，使风道入口位于电机上端，使电机内部三排碳刷都能均匀散热，延长了使用寿命,水平风道,改造为,垂直风道,滑环,滑环,碳刷的跳动 原碳刷支架为单侧固定，安装在末端的碳刷抖动大，导致磨损量加大,经一系列的改进，碳刷更换周期由30天增加到90天左右,实施两侧固定以减少其端点抖动,因此,对滑环支架进行改造,碳刷,滑环,滑环支架示意图,（1）调速能力测试,2、斩波内馈调速装置的调试,斩波内馈调速系统正常运转后，进行了调速范围试验，该装置可实现1850rpm2960rpm范围内的无级调速,斩波内馈调速装置调速范围表,以5号注水机组在2011年5月10日的测试为例：,该三元注水站所辖4个注入站，注入井211口，平均注入压力13.0mpa，三元母液注入量4200m3/d ,注水量5100m3/d，注水管网损失0.1mpa,因此，我们将注水泵压设定到14.8mpa，电机转速控制在2700rpm左右，可满足生产需要,区域内三元注入井破裂压力统计表,（2）运行参数的确定,（3）取得的节能效果 杏十注水站5号机组应用斩波内馈调速技术后 取得如下节能效果：,5号注水机组运行报表,从近期报表来看，在泵压为14.8mpa情况下，具体运行参数见下表：,15.56,泵压 mpa,应用前,应用后,14.8,5100,水量 m3/d,应用前,应用后,6.2,单耗 kwh/m3,应用前,应用后,5.4,中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心测试（测字第2011013号）的测试结果如下：,注水机组测试对比表,谐波电流：3次6.3a、5次6.0a，符合国家相关标准要求,按泵水单耗5.4kwh/m3计算，单耗下降0.8kwh/m3 可实现年节电156.8104kwh,扣除每年风机耗电及碳刷更换费用12万元 年效益80.5万元，投资回收期2.8年,2011年4月20日至今累计运行329天，在满足正常单井注入压力需求的情况下，管压稳定在14.8mpa左右节能效果较好，泵水单耗为5.5kwh/m3左右,3、实际运行情况,单井玻璃钢管线穿孔 注入井调剖,水量波动较大 系统管压不稳定,为满足注入需求，注水站阶段运行压力保持在较高水平,导致,受,5号注水机组运行报表,调剖期间泵压上升到15.4mpa平均泵水单耗升高到5.9kwh/m3节能效果受到限制,为了能够适应注入压力的迅速变化、减轻工人的劳动强度，我厂在杏二十联进行的斩波内馈改造中加入了压力连锁闭环改造，目前改造正在进行中，改造完成后可使该技术实现速度实时适应压力变化的功能,为了延长碳刷使用寿命及保证使用期间的安全性，同样在杏二十联改造中加入了碳刷磨损报警功能，来提高其运行时率及运行期间的安全性，发挥其最大的经济效益,共更换碳刷4次，累计144只，更换周期为3个月,运行期间,磨损前碳刷,磨损后碳刷,警戒线,警戒线,一、斩波内馈调速技术原理 二、现场试验情况 三、取得的认识,（2）在三采注水系统应用该技术，可解决注水能力难以合理匹配的问题，建议在产能建设中新建注水泵时考虑应用该技术，避免后期改造过程中电机更换工程量，进一步提高该技术应