“一拖多”转子变频调速系统在镇原油田镇四注的应用

田云吉 郑小鹏 尚可俊

【摘要】油田注水过程中，受注水井井数变化、配注量动态调整等因素影响，注水站经常出现配注量与注水泵额定排量不匹配的现象。通常用高于配注量的泵排量注水，再将多余的高压水“回流”到储水罐，“打回流”造成了大量电能浪费。

【关键词】变频调速系统 油田注水

国内油田普遍采用定子变频调速技术解决这一问题，但该技术在水泵类负载上应用调速范围有限，存在调速盲区，仍不能完全“关死”回流。针对目前在用的定子变频调速设备的局限性，在国内首次研发了注水站“一拖多”转子变频调速系统，解决了调速盲区的问题，完全实现了变频关回流稳压注水。

1 “一拖多”转子变频调速系统原理

“一拖多” 转子变频调速系统主要由绕线式电机和转子变频控制设备构成。绕线式电机转子绕组的开放性使它既包括了鼠笼式电机定子侧变频调速的性能，又拥有转子侧变频调速的独有特性。转子变频技术是将绕线式电机转子感应的交流电，通过整流器整流成直流电，再经过斩波器进行直流电压调制从而改变电机转速，多台电机调速产生的转差功率由一个逆变器逆变成与电网同频同相的交流电集中回馈到电网。图1 “一拖多”转子变频调速系统构成

示意图

2 “一拖多”转子变频调速系统应用效果2.1 镇四注基本情况

镇四注水站井口压力在20～24MPa。镇四注设计规模1000 m3/d，系统设计压力25MPa，站内共有5ZB-24/25型五柱塞注水泵 3台，均配有200KW绕线式电动机，其单泵理论排量24m3/h（576m3/d）。

镇四注投注初期管辖注水井25口，日配注350m3左右，采用单泵变频关回流注水；随着投注井数逐级增多，目前管辖注水井36口，日配注710m3左右，采用双泵变频关回流注水。

2.2 镇四注应用“一拖多”转子变频系统的效果

2012年对“一拖多”转子变频调速系统运行情况进行了跟踪，该系统表现出以下优点，具有较好的应用前景。

2.2.1 谐波测试

在变频器的使用过程中都会产生谐波，谐波含量太高会降低电力设备的使用寿命。因此，国家规定电网的谐波含量必须小于5%。试验时对使用转子变频系统前后的谐波含量进行了检测，结果见下表1所示。

结果表明，未使用转子变频调速系统时，电网的谐波含量最高3.88%，使用后，谐波含量在3.4%内，充分说明了“一拖多”转子变频调速系统具有良好的滤波能力，经该系统处理过的电能质量符合国家相关标准，能满足油田注水生产的需要。

2.2.2 调速范围

“一拖多”转子变频调速系统由绕线式电机和转子变频控制设备组成，转子变频控制设备可实现0-50Hz间无极调速，但由于电机采用自冷式设计（转子旋转带动空气进行散热），电机变频低速运行时散热能力变差；另外，注水泵采用飞溅润滑，转速过低会影响其润滑和散热效果。因此，综合考虑将“一拖多”转子变频调速系统的变频范围控制在20-50Hz间，与目前在用的定子变频器的变频范围30-50Hz相比，扩大了变频调速范围。

2.2.3 镇四注水站长期关回流运行

镇四注水站投运初期，配注量在350m3/ d左右，采用单泵（理论排量576 m3/d）变频关回流运行。随着该区块投注井数增多，目前日配注710m3左右，采用双泵（理论排量1152 m3/d）变频关回流运行。2.2.4 节能效果

从2011年10月21日至2012年12月31日，镇四注“一拖多”转子变频系统累计使用电能161.965×104 kW·h，与工频开回流注水相比，已累计节电约50.917×104 kW·h，平均每天节电约1359kW·h，综合节电率22%以上。

2.2.5 稳压效果

“一拖多”转子变频调速系统通过采集注水系统分水器的压力数据，与预设的运行压力进行比较，实时调整注水泵电机转速来调整柱塞泵排量，从而实现注水系统稳压的目的。

镇四注水站“一拖多”转子变频系统投入使用后，对其稳压效果进行长时间跟踪，注水系统压力波动在22±0.1MPa内，稳压效果较好，给精细注水、分层注水提供了前提保障。

2.2.6 带压启泵

由于绕线式电机具有启动电流小，启动扭矩大的特点，通过对转子变频系统进行多次改进和完善，最终实现了注水泵在正常注水压力下的带压启动。

3 结论与认识

（1）“一拖多”转子变频调速系统具有良好的滤波能力，能满足油田注水生产的需要。

（2）“一拖多”转子变频调速系统可实现0-50Hz间无极调速。

（3）“一拖多”转子变频调速系统节能性能较好。

（4）“一拖多”转子变频调速系统实现了注水泵在正常注水压力下的带压启动。