一、引言    
  注水是油田開(kāi)發(fā)中穩(wěn)油增產(chǎn)的重要措施之一。它有效地補(bǔ)充了地層的能量，保持了地層的壓力，對(duì)提高采油速度和原油采收率，確保油田高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)起到了積極作用。   
  一直以來(lái)，大慶油田大功率注水電機(jī)所用的高壓大功率變頻器為國(guó)外品牌所壟斷。2007年8月，九洲電氣自已研發(fā)的熱管散熱系統(tǒng)完美的解決了（>200A）大功率高壓變頻器的散熱技術(shù)瓶頸后，第一套2500KVA/6KV高壓大功率高壓變頻器在山東康達(dá)水泥投運(yùn)成功，連續(xù)運(yùn)行一年無(wú)故障。2008年9月份，九洲電氣高壓大功率高壓變頻器一舉中標(biāo)大慶油田大功率注水電機(jī)節(jié)能改造用橇裝式高壓大功率變頻器4臺(tái)，分別為大慶油田杏V-2注水站注水泵6KV-2500KW，杏V-1注水站注水泵6KV-2240KW，聚南二十四注水站注水泵6KV-2240KW，聚南二十五注水站注水泵6KV-2000KW。   
  打破了國(guó)外品牌在大慶油田大功率注水電機(jī)所用的高壓大功率變頻器的一統(tǒng)天一的壟斷地位，為高壓大功率高壓變頻器國(guó)產(chǎn)品牌的　在大慶油田大功率注水電機(jī)的應(yīng)用開(kāi)了先河。   
  二、采油五廠杏南區(qū)注水系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題。   
  1．現(xiàn)狀   
  2008年6月底，杏南開(kāi)發(fā)區(qū)建成注水井1822口，其中開(kāi)井?dāng)?shù)1511  口，注水站9座，注水泵25臺(tái)，裝機(jī)功率總計(jì)49140KW，設(shè)計(jì)注水能力11.60×104m3/d ,實(shí)際負(fù)荷8.24×104m3/d,負(fù)荷率71%。純油田區(qū)采用單干管單井配水流程，過(guò)渡帶采用單干管多井配水流程。   
  2．存在問(wèn)題   
  現(xiàn)注水系統(tǒng)按水質(zhì)分為普通污水注入系統(tǒng)，三次加密井注入系統(tǒng)，含聚污水注入系統(tǒng)。由于沒(méi)有調(diào)節(jié)措施，在注水方案變動(dòng)和鉆井關(guān)井時(shí)，只能通過(guò)調(diào)整注水泵運(yùn)行的臺(tái)數(shù)和型號(hào)來(lái)調(diào)整注水泵出口水量，調(diào)節(jié)效率低，適應(yīng)性差，注水系統(tǒng)多處于壓力較高的狀態(tài)下運(yùn)行，鉆關(guān)水量平均在5000 m3/d左右，注水系統(tǒng)單耗較正常運(yùn)行時(shí)單耗高出0.15kwh/m3以上，最高時(shí)高出0.4kwh/m3,嚴(yán)重時(shí)由于注水量偏低，注水泵無(wú)法正常開(kāi)啟。   
  三.  解決方案   
  為解決杏南油田普通污水注水系統(tǒng)無(wú)綜合調(diào)節(jié)措施導(dǎo)致泵水單耗的問(wèn)題，決定采用高壓變頻技術(shù)，在杏南開(kāi)發(fā)區(qū)實(shí)現(xiàn)水量和壓力的綜合調(diào)節(jié)，保證注水壓力在合理范圍之內(nèi) ，降低泵水單耗。   
  根據(jù)注水站布局情況和各注水站的單耗實(shí)際情況，在雙水質(zhì)注水站（5.1.1和8.3.2）杏V-2注水站實(shí)行節(jié)能技術(shù)改造成，安裝一套容量為3150KVA/6KV的哈爾濱九洲電氣股份有限公司生產(chǎn)的橇裝式高壓變頻裝置，實(shí)現(xiàn)一拖二，既能對(duì)“8.3.2”水質(zhì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，又能對(duì)：“5.1.1“水質(zhì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。   
  四．九洲電氣橇裝式高壓變頻裝置   
  （一）.高壓變頻室,高壓變頻器的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)高壓變頻器室采用彩鋼板廠房，為保證良好隔熱保溫，板壁要求在100mm以上，考慮到高壓變頻器中的變壓器柜為變頻器的主要發(fā)熱源，將變壓器柜和功率柜，控制柜分為兩室放置，這樣就能充分保證變頻器運(yùn)行的可靠性。   
  由于大慶油田處在我國(guó)北方高寒地區(qū)，春夏秋較短，冬季相對(duì)較長(zhǎng)。因此變頻器的散熱采用空調(diào)+風(fēng)道的復(fù)合模式。即春夏秋用空調(diào)，冬季用風(fēng)道散熱的方式。同時(shí)在板房?jī)?nèi)配置電加熱器，以保持冬季變頻室在變頻器停運(yùn)檢修維護(hù)時(shí)的溫度。   
  彩鋼板房剖面圖如下： 

 
  （二）一次系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)：   
  方案圖如下： 

  說(shuō)明：   
  1. QS1～QS5為高壓隔離刀閘   
  2. QS4,QS5機(jī)械互鎖。   
  3. QS4與QS1,QF1電氣互鎖，加裝程序鎖。   
  4. QS5與QS2,QF2電氣互鎖，加裝程序鎖。   
  5. 電機(jī)既可工頻運(yùn)行，也可變頻運(yùn)行，同一時(shí)刻一臺(tái)電機(jī)只允許運(yùn)行在工頻或變頻狀態(tài)。   
  6. 變頻器檢修維護(hù)時(shí)，將QS3，QS4，QS5全部斷開(kāi)，有明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，保護(hù)了維護(hù)人員的安全。   
  7. 變頻器檢修維護(hù)時(shí)，電機(jī)（M1，M2）可工頻運(yùn)行，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。   
  (三). 設(shè)備參數(shù)：   
  1. 電機(jī)參數(shù)：   
  額定電壓：6KV   
  額定電流：265A   
  額定功率：2500KW    
  2. 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)：  
  說(shuō)明：  
  1. QS1～QS5為高壓隔離刀閘  
  2. QS4,QS5機(jī)械互鎖。  
  3. QS4與QS1,QF1電氣互鎖，加裝程序鎖。  
  4. QS5與QS2,QF2電氣互鎖，加裝程序鎖。  
  5. 電機(jī)既可工頻運(yùn)行，也可變頻運(yùn)行，同一時(shí)刻一臺(tái)電機(jī)只允許運(yùn)行在工頻或變頻狀態(tài)。  
  6. 變頻器檢修維護(hù)時(shí)，將QS3，QS4，QS5全部斷開(kāi)，有明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，保護(hù)了維護(hù)人員的安全。  
  7. 變頻器檢修維護(hù)時(shí)，電機(jī)（M1，M2）可工頻運(yùn)行，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。   
  3．九洲電氣橇裝式高壓大功率變頻器功能簡(jiǎn)介　　
  變頻室與變頻器一體化設(shè)計(jì)，完善的防護(hù)功能可達(dá)IP54，可放置在工作環(huán)境比較惡劣的地方。PowerSmart6000系列高壓變頻器，為電壓源型高-高變頻器。  
  采用雙DSP控制，無(wú)須工控機(jī)，可靠性高，速度高達(dá)納秒級(jí)，比工業(yè)控機(jī)的響應(yīng)速度快1000倍，杜絕了變頻器死機(jī)問(wèn)題。  
  采用36脈沖整流及空間矢量多重化PWM技術(shù)，每相由6個(gè)單元串聯(lián)而成，并直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，無(wú)需輸出升壓變壓器。輸出電平數(shù)非常多，dv/dt很小，輸出波形接近正弦波，無(wú)需正弦波濾波器，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。  
  具有PWM控制波形與逆變輸出波形實(shí)時(shí)驗(yàn)證功能，提高了輸出波形的準(zhǔn)確性，增強(qiáng)了系統(tǒng)無(wú)故障的運(yùn)行能力，而同類廠家的數(shù)據(jù)以打包通訊方式則無(wú)法實(shí)現(xiàn)此驗(yàn)證功能。  
  系統(tǒng)等效開(kāi)關(guān)頻率高，每臺(tái)功率單元開(kāi)關(guān)頻率為1.2kHz，通過(guò)串聯(lián)疊加，變頻器實(shí)際輸出的相間等效開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)14.4kHz。  
  變頻器輸出轉(zhuǎn)矩脈沖窄，控制精度高，避免了機(jī)械共振，減少傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的磨損，電動(dòng)機(jī)的電應(yīng)力強(qiáng)度與采用工頻電源時(shí)相近，無(wú)明顯附加影響，電動(dòng)機(jī)噪聲與采用工頻供電時(shí)相近。  
  輸入采用多重化的切分變壓器，絕緣等級(jí)H級(jí)，原副邊之間采取接地屏蔽措施，并提供變壓器過(guò)熱告警、保護(hù)功能，130℃告警，150℃故障跳閘，告警與故障點(diǎn)可根據(jù)設(shè)定，變壓器過(guò)載能力強(qiáng)120% 60min，200% 10s,輸入阻抗高達(dá)8%，抗短路電流沖擊能力可達(dá)到額定電流的12.5倍。 。  
  完善的自我診斷和故障預(yù)警機(jī)制，上電自檢，運(yùn)行中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，檢測(cè)速度高。通過(guò)雙DSP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)運(yùn)算并進(jìn)行綜合判斷，分析準(zhǔn)確，減少變頻器誤報(bào)警。故障的自診斷及保護(hù)功能相當(dāng)完備，多達(dá)400多項(xiàng)的診斷信息，對(duì)電網(wǎng)和負(fù)荷有很強(qiáng)的適應(yīng)性。  
  采用專利技術(shù)的實(shí)時(shí)光纖傳送技術(shù)，對(duì)功率單元進(jìn)行控制，避免了同類廠家的數(shù)據(jù)打包通訊方式帶來(lái)的波形延遲現(xiàn)行。  
  具有反轉(zhuǎn)啟動(dòng)和飛車(chē)啟動(dòng)功能，無(wú)論電機(jī)處于正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)狀態(tài)，變頻器均可實(shí)現(xiàn)大力矩直接啟動(dòng)。  
  變頻器具有軟啟動(dòng)功能，可以實(shí)現(xiàn)一拖多軟啟動(dòng)。  
  可以提供GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，高壓變頻器的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以通過(guò)GPRS傳輸?shù)奖镜胤��?wù)器上顯示、處理、存儲(chǔ)，也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷，在必要時(shí)操作員可以開(kāi)起遠(yuǎn)程操控功能。變頻器發(fā)生短路、接地、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱等情況時(shí)，系統(tǒng)均能及時(shí)告警或保護(hù)。  
  內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。  
  可以實(shí)現(xiàn)觸摸屏、數(shù)字鍵盤(pán)、模擬電位器、遠(yuǎn)程DCS等多種頻率設(shè)定方式，適應(yīng)各種用戶需求。  
  具有與用戶隔離的開(kāi)關(guān)量模擬量輸入輸出接口，確保了與用戶現(xiàn)有設(shè)備的可靠連接�？商峁╅_(kāi)關(guān)量輸入輸出接口各32路，模擬量輸入輸出接口4和8路，也可根據(jù)用戶要求配置。  
  采用兩路控制電源供電，一路由輸入變壓器二次繞組提供，一路由用戶現(xiàn)場(chǎng)提供。變頻器同時(shí)內(nèi)置UPS電源，保證無(wú)擾動(dòng)平滑切換，控制電源失電變頻器不停機(jī)。  
  完整的參數(shù)化功能，對(duì)于用戶的各種應(yīng)用可全面支持。  
  同時(shí)，為方便現(xiàn)場(chǎng)操作人員的以前的操作習(xí)慣，變頻器新增四檔調(diào)速及點(diǎn)動(dòng)上升，下降功能，極大的方便了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作。  
  投運(yùn)以來(lái)獲得現(xiàn)場(chǎng)操作人員的一致好評(píng)。  
  五．應(yīng)用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的效果：     
  （1）、改善了工藝。投入變頻器后注水泵的注水量可以平滑的輸出，運(yùn)行人員可以自如的調(diào)控，給水泵的運(yùn)行參數(shù)得到了改善，提高了效率。     
  （2）、延長(zhǎng)電機(jī)和水泵的使用壽命。工頻時(shí)注水泵，啟動(dòng)電流大（約5～8倍額定電流），機(jī)械沖擊力很大，采用變頻調(diào)速后，可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和軟制動(dòng)，對(duì)電機(jī)幾乎不產(chǎn)生沖擊，可大大延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命。     
  （3）、減少閥門(mén)機(jī)械磨損和管網(wǎng)沖擊。延長(zhǎng)注水泵的大修周期，節(jié)省檢修費(fèi)用和時(shí)間。     
  將這種方法與原來(lái)傳統(tǒng)閥門(mén)調(diào)節(jié)方案相比較可見(jiàn)，在流量相同的情況下，轉(zhuǎn)速控制避免了閥門(mén)控制下因壓頭的升高和管阻增大所帶來(lái)的能量損失，減少人工閥門(mén)調(diào)節(jié)。完全消除泵機(jī)投入、退出時(shí)的“水錘”現(xiàn)象。   
  (三). 設(shè)備參數(shù)：  
  1. 電機(jī)參數(shù)：  
  額定電壓：6KV  
  額定電流：265A  
  額定功率：2500KW  
  2. 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)：  
  高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用高-高方式，輸入側(cè)直接接6kV電壓等級(jí)的電源，輸出連接甲方6kV異步電動(dòng)機(jī)。

設(shè)計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)	DL/T994-2006
安裝地點(diǎn)	室內(nèi)
技術(shù)方案	交-直-交、高-高方式
對(duì)電動(dòng)機(jī)要求	普通鼠籠式(或繞線式)異步電機(jī)
額定輸入電壓允許變化范圍	6kV±10%
額定容量	3150KVA
系統(tǒng)輸出電壓	0～6kV
系統(tǒng)輸出電流	0～315A
頻率輸出范圍	0～50Hz
額定輸入頻率/允許變化范圍	50Hz±10%
變頻器效率	滿載時(shí)≥97%
諧波	輸入電壓≤4%,輸出電流≤4%
輸入側(cè)功率因數(shù)	≥0.95（在調(diào)速范圍內(nèi)）
控制電源	380V±10%AC，6kVA
控制電源UPS型式、參數(shù)及容量	在線式，    3000  VAh
高低壓隔離	采用光纖
噪聲等級(jí)	在設(shè)備1米外≤75dB
冷卻方式	強(qiáng)迫風(fēng)冷（熱管）
過(guò)載能力	120%過(guò)載時(shí)間1分鐘 (每10分鐘)
模擬量信號(hào)(輸入)規(guī)格及數(shù)量	4～20mA，2路
模擬量信號(hào)(輸出)規(guī)格及數(shù)量	4～20mA，2路
開(kāi)關(guān)量信號(hào)(輸入)規(guī)格及數(shù)量	干接點(diǎn)，12路
開(kāi)關(guān)量信號(hào)(輸出)規(guī)格及數(shù)量	干接點(diǎn)，12路
防護(hù)等級(jí)	IP30
操作鍵盤(pán)	液晶觸摸屏
界面語(yǔ)言	簡(jiǎn)體中文
柜體顏色	RAL7000
進(jìn)線方式	下進(jìn)線
環(huán)境溫度	0～40oC
海拔高度	不超過(guò)1000米
空氣污染	僅有干燥的、非導(dǎo)電性污染
相對(duì)濕度	最高90% (20℃)，無(wú)凝露

  
  六．經(jīng)濟(jì)效益測(cè)量評(píng)價(jià)     
  由流體力學(xué)可知  P=（Q*H）/102η，  
  式中：P為水泵的軸功率； Q為流量； H為壓力；η為泵的效率。  
  水泵的耗能計(jì)算公式為：P=(K×H×Q)/ η   
  K:為裕度系數(shù)  η：效率  Q1/ Q2=nl/ n2；Pl/P2＝(nl/n2)2；N1/N2＝(nl/n2)3 ，  
  即Q∝n；H∝n2；P∝n3（n為轉(zhuǎn)速）    
  經(jīng)標(biāo)定，注水泵的額定功率為2500kW，實(shí)際運(yùn)行平均軸功率為2200KW，  
改變頻控制實(shí)際運(yùn)行平均軸功率功率為1868kW，平均節(jié)電率達(dá)15.1% 。運(yùn)行結(jié)果表明：改變頻調(diào)速控制后，反映調(diào)節(jié)速度快，電控系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，機(jī)泵實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，轉(zhuǎn)速在2503 ~ 2800r/min間運(yùn)轉(zhuǎn)，減少了機(jī)泵磨損。  
  通過(guò)上述的分析可看出,注水泵采用變頻調(diào)速改造后，不僅節(jié)約了大量電能，而且對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動(dòng)，對(duì)電機(jī)、水泵、閥門(mén)、各種工藝、高壓開(kāi)關(guān)等設(shè)備以及電網(wǎng)的啟動(dòng)沖擊大大減少，消除泵機(jī)投入、退出時(shí)的“水錘”現(xiàn)象。 它們的使用壽命得以延長(zhǎng)，大幅度節(jié)省這些設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。  
  變頻器屬于高度智能化的新型設(shè)備，完全可以實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率和機(jī)組自動(dòng)化水平的要求。