高寶元（中國石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術研究院）

目前，長慶油田有2000 多口水源井。在水源井供水系統(tǒng)中，電潛泵的電動機最小功率37 kW，最大功率55 kW，地面控制柜采用自耦降壓啟動。主要存在的問題：水源井的電潛泵容量大，與出水管線小規(guī)格不相匹配，電潛泵處于“大馬拉小車”的狀況，發(fā)生節(jié)流現(xiàn)象，造成功率因數(shù)低下，有功功率和無功功率消耗過大，電能浪費十分嚴重。據(jù)統(tǒng)計，因沒有采取相應的節(jié)能措施，年平均浪費約1×108kWh 電能。

對水源井供水系統(tǒng)進行優(yōu)化，采用變頻調(diào)速器進行供水，控制效果好，能優(yōu)化電潛泵運行狀態(tài)，及時調(diào)整運行參數(shù)，自動調(diào)節(jié)供水需要的量，從而提高了電潛泵的功效，解決了油田水源井存在的問題。

1 供水系統(tǒng)主要設備配置

水源井供水系統(tǒng)主要設備包括：變頻調(diào)速器（由西門子可編程控制器PLC 及其擴展模塊、人機界面觸摸屏、ABB-AC510 變頻器、軟啟動器、低壓電器等組成）、電動機和電潛泵、出口壓力表和流量計、測水位液位變送器、單通閥和閘閥、出水管線、儲水罐，水源井供水系統(tǒng)見圖1。

圖1 水源井供水系統(tǒng)工況圖

2 變頻調(diào)速器控制電潛泵設計

針對油田水源井發(fā)生節(jié)流現(xiàn)象，設計一種變頻調(diào)速器控制電潛泵流程，見圖2。

圖2 變頻調(diào)速器控制電潛泵流程圖

如圖2 所示，由壓力變送器、可編程控制器（PLC）、變頻器、電潛泵以及驅(qū)動電潛泵的異步電動機組成一個完整的變頻調(diào)速器控制電潛泵系統(tǒng)。其中，電潛泵與異步電動機做成為一體。該控制系統(tǒng)通過安裝在管道上的壓力變送器實時地測量參考點的壓力，檢測出水管線的出水壓力，并由壓力變送器將其轉(zhuǎn)換為4～20 mA 的電信號，此檢測信號是實現(xiàn)變頻控制的關鍵參數(shù)。由于電信號為模擬量，故必須通過PLC 的A/D 轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設定值進行比較，將比較后的偏差值進行PID 運算，再將運算后的數(shù)字信號通過D/A 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號作為變頻器操作面板的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制異步電動機的轉(zhuǎn)速，進而控制電潛泵連接的出水管線的水量，最終使管道壓力恒定，實現(xiàn)變頻調(diào)速控制。電潛泵功率因數(shù)可提高到0.95，綜合節(jié)電率達到20%以上，改善了電潛泵供電電源質(zhì)量，保證了電潛泵的功率與實際負荷相匹配，達到系統(tǒng)節(jié)能運行的目的，同時減少了供電線路的損耗，增加了變壓器帶載能力。另外，當變頻器出現(xiàn)故障時，異步電動機與軟啟動器連接，變頻軟啟動能使電潛泵啟動平穩(wěn)，減少對電網(wǎng)和機械設備的沖擊。

3 應用效益計算

2012年11月，在長慶油田分公司第三采油廠油坊莊作業(yè)區(qū)油385 水源井安裝1 臺變頻調(diào)速器，電潛泵型號YQS200-55，功率55 kW，揚程550 m，泵掛256 m，實際排量15 m3/h。

3.1 安裝前后節(jié)電計算

依據(jù)石油天然氣行業(yè)標準SY/T 6275—2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》【1】、SY/T 6422—2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》【2】和SY/T 5264—2012《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法》【3】對水源井供水系統(tǒng)優(yōu)化進行測試和評定，見表1。

表1 水源井變頻調(diào)速器在工頻50 Hz 和變頻45 Hz 運轉(zhuǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

通過對比，日節(jié)電量262.3 kWh。以電費0.8元/kWh，水源井有效工作時間按360 天計算，油385 水源井供水系統(tǒng)應用變頻調(diào)速器每年可節(jié)約電費62 952 元。

3.2 變頻調(diào)速器安裝前后供電系統(tǒng)負載側(cè)能耗分析

電潛泵使用變頻調(diào)速器后，能減少線路損耗及變壓器的銅損。

式中：ξline為線損；P1為變頻前功率；P2為變頻后功率。

由公式（1）得出變頻調(diào)速器投入后有功線損降低率為85.4% 。

根據(jù)測試數(shù)據(jù)，變頻調(diào)速器投入前、后的功率因數(shù)為：變頻前0.889，變頻后0.996。由式ξCu≈[1 -( P2cos1/P1cos2)2]×100% 得出變頻調(diào)速器投入后，電網(wǎng)銅損降低率為22.4% 。

以上效益僅為直接效益，對水源井供水系統(tǒng)由于低壓側(cè)損耗的降低而折合到高壓側(cè)的損耗降低沒有計算在內(nèi)，因此，通過變頻優(yōu)化設計與應用，能減少負載電流、有功功率和無功功率，提高綜合節(jié)電率，降低電網(wǎng)損耗和電費支出，增加變壓器帶載能力。

4 結(jié)語

水源井供水系統(tǒng)應用變頻調(diào)速器，能自動調(diào)節(jié)供水量，提高了電潛泵的效率，節(jié)約了大量的電能；出口閥門只要全開，無須手動調(diào)節(jié)進水閥，極大地減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率；啟泵和停泵電流很小，延長了電潛泵的使用壽命，減少了閥門的維護量，節(jié)約了運行成本，滿足了油田節(jié)能減排的需要。

[1]SY/T 6275-2007 油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范[S].北京:石油工業(yè)出版社,2008.

[2]SY/T 6422-2008 石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定[S].北京:石油工業(yè)出版社,2008.

[3]SY/T 5264-2012 油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法[S].北京:石油工業(yè)出版社,2013.