CN107956458A - 一种智能控制节能注水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能控制节能注水系统，其解决了现有注水系统效率低、耗电量高、操作复杂的技术问题，其包括变频器、软启动器、注水泵主电机、主电机冷却风机、开关电源、塑壳断路器、微型断路器、工频输出交流接触器、变频输出交流接触器、软启旁路交流接触器、风机使能交流接触器、第一热继电器和第二热继电器，塑壳断路器输入端连接变压器或配电柜，塑壳断路器输出端通过电缆线或铜排接入变频器输入端和软启动器输入端及软启旁路交流接触器输入端，变频器输出端与变频输出交流接触器输入端连接，变频输出交流接触器输出端与注水泵主电机连接。本发明广泛用于石油化工行业。

Description

一种智能控制节能注水系统

技术领域

本发明涉及一种油田注水系统，尤其是涉及一种智能控制节能注水系统。

背景技术

油田注水开发是我国陆上油田开发的一种重要方式，它能有效地补充地层能量，提高原油采收率，是石油稳产高产的一个重要手段，在原油生产中具有举足轻重的地位。然而，注水系统的耗电量是巨大的，约占我国油田生产用电的一半。随着油田综合含水率的上升，注水能耗还将急剧上升。而且，现存的注水系统普遍为人工操作，当系统特性发生变化时，不能及时改变注水系统的工作状态，加大了能耗，造成很大的能量损失。因此尽早尽快开发出油田注水系统的自动化节能技术，在油田节能降耗工作中具有重大意义。

注水泵普遍不支持直接带载启动。注水泵的日常维护或易损件的更换，需要经常进行起(停)泵操作，由于压力较高不能直接带载起泵，必须来回倒换流程，打开回流阀卸载后才能启动，从而导致回流阀损坏频繁；耗费人力、浪费能耗、启停动作复杂，并给操作人员带来一定的安全隐患；油田各采油作业区注水现场，注水泵普遍采用软起控制，恒压或恒流注水需要人工调节回流阀，从而导致,耗费人力、能耗浪费大,压力精度差，调压难度大。

油田是一个复杂对象，其中最重要的特性之一，就是时变性，在开采过程中，地层能量不断衰减为保持地层能量平衡常规方式是对油井注水。注水压力的高低是决定油田合理开发和地面管线及相关设备的重要参数，特别在后期开发中，注水井增多、注水工艺设计和机电设备配置比较宽裕，加之地质情况变化较大、开并井数的增减洗井及供水不足的影响，经常引起注水压力波动，注水量不均匀和稳定。其后果是在压力低时，注水量满足不了油井开发的需要，必然造成油层压力下降注水压力过高浪费能源，超注的结果导致水淹水窜。注水压力控制不当将给油田生产和管理带来许多麻烦，因此油田要求恒压注水。但是由于储油地层的压力及油气水分布在不断发生变化，其数值很难准确预测，因而也就难以控制。由于历史和技术等原因，为了满足油田开发的需要，采用保险系数大的方案，即在工艺和机电设备，的配置上都按照油田最大可能的需求设计，特别是在注水系统设备中尤为突出。油田注水设备多采用高压柱塞泵匹配高功率电机，注水系统经常是在效率低下的“大马拉小车”状态运行，造成电能的极大浪费，电能损失高达50％以上。此外，控制手段落后，注水压力靠泵出口闸门手动控制，泵与电机匹配难以达到在泵的最佳工况点运行。

发明内容

本发明为了解决现有注水系统效率低、耗电量高、操作复杂的技术问题，提供一种效率高、耗电量低的智能控制节能注水系统。

本发明提供的智能控制节能注水系统，包括变频器、软启动器、注水泵主电机、主电机冷却风机、开关电源、塑壳断路器、微型断路器、工频输出交流接触器、变频输出交流接触器、软启旁路交流接触器、风机使能交流接触器、第一热继电器和第二热继电器，塑壳断路器输入端连接变压器或配电柜，塑壳断路器输出端通过电缆线或铜排接入变频器输入端和软启动器输入端及软启旁路交流接触器输入端；

变频器外接直流电抗器，变频器输出端通过电缆线或铜排接入变频输出交流接触器输入端，变频输出交流接触器输出端通过电缆线或铜排接入输出电抗器的输入端，输出电抗器的输出端通过电缆线或铜排接入注水泵主电机的输入端子；

软启旁路交流接触器输出端子通过铜排或电缆与第一热继电器输入端连接，第一热继电器输出端用铜排或电缆与软启动器输出端并联，并联后用铜排或电缆接入工频输出交流接触器，工频输出交流接触器输出端用铜排或电缆与变频输出交流接触器并联接入注水泵主电机的输入端子；

塑壳断路器输出端通过电缆接入微型断路器，微型断路器输出端用电缆接入风机使能交流接触器输入端，风机使能交流接触器输出端与第二热继电器输入端连接，第二热继电器输出端用电缆接入主电机冷却风机；

塑壳断路器输出端通过电缆线接入AC220V电源到开关电源的输入端，开关电源的输出端子输出DC24V到PLC控制器；PLC控制器的输出端与变频器连接。

优选地，塑壳断路器输出端连接有防雷器。

本发明的有益效果是，应用该系统不但能降低注水泵的耗电量、降低无功功率、优化注水泵的平滑启动和停止过程，为系统提供过流、过压、过载、过热、短路、缺相等保护，提高电机的功率因数、延长设备的使用寿命、增大电网的供电容量，实现电网的增容改造，通过控制器、HMI人机、通讯等系统集成技术，从而实现注水管网的节能、增效自动化、智能化、可视化运行。

采用PLC和触摸屏技术智能控制变频器,实现变频器的频率变化控制电机的转速，而改变注水泵的出口压力和流量。实验证明智能控制节能注水系统节能降耗效果显著。智能控制节能注水系统具有经济有效的特点以及很强的实用性。在变频自动状态下，设备通过微机(PLC)检测压力或流量传感器信号并根据设定的参数进行运算，结合注水泵的工作状况，自动对注水泵的运行进行调节，从而使注水压力或流量稳定、可靠，且能达到很好的节能目的。

本发明进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是一次回路的示意图；

图2是二次回路的示意图；

图3是操作单元的人机界面示意图。

图中符号说明：

1.变频器，2.软启动器，3.防雷器，4.注水泵主电机，5.主电机冷却风机，6.开关电源，QF1表示塑壳断路器，QF2表示微型断路器，TA表示电流互感器，KM1表示工频输出交流接触器，KM2表示变频输出交流接触器，KM3表示软启旁路交流接触器，KM4表示风机使能交流接触器，FR1表示第一热继电器，FR2表示第二热继电器。

具体实施方式

如图1和2所示，智能控制节能注水系统包括一次回路和二次回路，一次回路包括电源单元、变频侧单元、工频侧单元、电机冷却风机单元。二次回路包括电源单元、控制单元。

一、一次回路如下：

1、电源单元：

从变压器或配电柜用电缆线接入塑壳断路器QF1输入端，在塑壳断路器QF1输出端接入防雷器3。从塑壳断路器QF1输出端通过电缆线或铜排接入变频器1输入端和软启动器2输入端及软启旁路交流接触器KM3输入端。

2、变频侧单元：

变频器1外接直流电抗器端子接入直流电抗器，变频器1输出端通过电缆线或铜排接入变频输出交流接触器KM2输入端，变频输出交流接触器KM2输出端通过电缆线或铜排接入输出电抗器的输入端，输出电抗器的输出端通过电缆线或铜排接入注水泵主电机4的输入端子。

3、工频侧单元：

软启旁路交流接触器KM3输出端子通过铜排或电缆与第一热继电器FR1输入端连接，第一热继电器FR1输出端用铜排或电缆与软启动器2输出端并联，并联后用铜排或电缆接入工频输出交流接触器KM1，工频输出交流接触器KM1输出端用铜排或电缆与变频输出交流接触器KM2并联接入注水泵主电机4的输入端子。

4、电机冷却风机单元：

从塑壳断路器QF1输出端通过电缆接入微型断路器QF2,微型断路器QF2输出端用电缆接入风机使能交流接触器KM4输入端，风机使能交流接触器KM4输出端与第二热继电器FR2输入端连接，第二热继电器FR2输出端用电缆接入主电机冷却风机5的输入端子上。

二、二次回路如下：

电源单元：从塑壳断路器QF1输出端通过电缆线接入AC220V电源到开关电源6的输入端，开关电源6的输出端子输出DC24V到接线端子排输入端上，接线端子排输出端通过电缆线接入PLC控制器。PLC控制器的输出端与变频器1连接。

控制单元工作时又分为工频模式和变频模式，两者之间具有护锁功能。变频模式又分为自动和手动，同样两者之间具有护锁功能。

下面描述工作过程：

如图3所示，智能控制节能注水系统在正常情况下，在操作单元控制面板上，“变频/工频”切换开关选择“变频”模式。

“自动/手动”切换开关选择“自动”模式。“自动”模式，又分为远程和本地。“远程/本地”转换开关选择“本地”，在操作单元控制面板上的人机界面(触摸屏)操作画面上给定一个压力或流量值，这个值通过人机界面RS485接口用信号电缆传送到PLC控制器。“远程/本地”转换开关选择“远程”，在远程上位机上给定一个压力或流量值，这个值通过上位机的TCP接口端通过工业以太网传送到PLC控制器。PLC控制器接收到给定值，当按下“运行”按钮时，PLC的CPU经过PID控制过程，将信号通过PLC的RS485接口端信号电缆连接RS485接口端传送到变频器1中，变频器1输出一定的频率电压给注水泵主电机4，注水泵主电机4带动注水泵，注水泵出口压力或流量通过变送器信号线传送接线端子排输入端上，接线端子排输出端通过信号电缆传送到PLC控制器模拟量输入模块或PLC控制器的RS485接口端，PLC控制器的CPU将返回信号与给定值，经过PID运算处理，将输出频率值通过PLC控制器的RS485接口端信号电缆连接RS485接口端传送到变频器1中，如此反复，直至达到稳定的给定值为止。

“自动/手动”切换开关选择“手动”模式，在操作单元控制面板上的人机界面(触摸屏)操作画面上给定一个频率值，这个值通过人机界面RS485接口用信号电缆传送到PLC控制器，由PLC控制器通过RS485接口端信号电缆连接RS485接口端传送到变频器1中，变频器1输出给定频率电压传送给注水泵主电机4，注水泵主电机4带动注水泵运行。直至按下“停止”按钮，通过信号电缆给1#交流接触器控制端信号，使工频输出交流接触器KM1断开，同时变频器1控制端接收停止信号，变频器1停止运行，注水泵主电机4断电，注水泵停止运行。

当变频器保养维修或出现故障时，在操作单元控制面板上，“变频/工频”切换开关选择“工频”模式，同时系统给出警告提示变频器故障等。当按下“运行”按钮时，运行信号传送到接线端子排输入端上，再从接线端子排输出端通过信号电缆传送到软启动器2控制输入端，软启动器2接收到启动信号，软启动器2运行，将电压传送给注水泵主电机4，注水泵主电机4带动注水泵运行，注水泵运行平稳后，软启动器2控制端通过信号电缆给软启旁路交流接触器KM3控制端信号，使软启旁路交流接触器KM3导通，将电压传给注水泵主电机4，注水泵主电机4带动注水泵运行，注水泵平稳运行。直至按下“停止”按钮，通过信号电缆给变频输出交流接触器KM2、软启旁路交流接触器KM3交流接触器控制端信号与软启动器2控制端接收停止信号，使软启动器2停止运行与变频输出交流接触器KM2、软启旁路交流接触器KM3断开，注水泵主电机4断电，注水泵停止运行。

以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种智能控制节能注水系统，其特征在于，包括变频器、软启动器、注水泵主电机、主电机冷却风机、开关电源、塑壳断路器、微型断路器、工频输出交流接触器、变频输出交流接触器、软启旁路交流接触器、风机使能交流接触器、第一热继电器和第二热继电器，塑壳断路器输入端连接变压器或配电柜，塑壳断路器输出端通过电缆线或铜排接入变频器输入端和软启动器输入端及软启旁路交流接触器输入端；

所述变频器外接直流电抗器，变频器输出端通过电缆线或铜排接入变频输出交流接触器输入端，变频输出交流接触器输出端通过电缆线或铜排接入输出电抗器的输入端，输出电抗器的输出端通过电缆线或铜排接入注水泵主电机的输入端子；

所述软启旁路交流接触器输出端子通过铜排或电缆与第一热继电器输入端连接，第一热继电器输出端用铜排或电缆与软启动器输出端并联，并联后用铜排或电缆接入工频输出交流接触器，工频输出交流接触器输出端用铜排或电缆与变频输出交流接触器并联接入注水泵主电机的输入端子；

塑壳断路器输出端通过电缆接入微型断路器，微型断路器输出端用电缆接入风机使能交流接触器输入端，风机使能交流接触器输出端与第二热继电器输入端连接，第二热继电器输出端用电缆接入主电机冷却风机；

塑壳断路器输出端通过电缆线接入AC220V电源到开关电源的输入端，开关电源的输出端子输出DC24V到PLC控制器；PLC控制器的输出端与变频器连接。

2.根据权利要求1所述的智能控制节能注水系统，其特征在于，所述塑壳断路器输出端连接有防雷器。