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直流母线抽油机群控系在油田采油系统研究徐青松

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：徐青松赵新元王勇

[导读] 摘要：将公共直流母线技术应用于油田采油系统的交流传动中，以降低生产所需的变频设备投资，同时充分利用再生能量，提高系统运行效率，对公共直流母线的系统配置以及在油田采油系统中的应用进行了分析，同时总结了公共直流母线变频方式与传统变频方式相比较的优点。

        天津市大港油田公司第四采油厂（滩海开发公司）电力管理站天津市 300280
        摘要：将公共直流母线技术应用于油田采油系统的交流传动中，以降低生产所需的变频设备投资，同时充分利用再生能量，提高系统运行效率，对公共直流母线的系统配置以及在油田采油系统中的应用进行了分析，同时总结了公共直流母线变频方式与传统变频方式相比较的优点。
        关键词：公共直流母线；整流单元；逆变单元
        引言
        近年来，采油厂生产环境复杂，产能建设区块由于受地面条件限制、投资成本压力、环境保护要求等，急需进一步开展井丛场井场布局优化及电力配套技术研究工作，推动大井丛、集约化平台丛式井建设，以减少用地、降低投资，提高开发效益。基于直流母线的抽油机群控技术可有效实现抽油机运行时电动机与再生状态的能量互补，降低采油过程中的用电量。随着人们对电力电子技术的深入研究，对整流与逆变装置有了更加深入的了解，从而提出了一种公共直流母线传动方式。本文将对公共直流母线系统在油田采油系统中的应用进行探讨。
        1．采用公用直流母线的重要意义和发展
        目前油田单井生产方式采用“一井一变”，单井一个冲次内做功有大有小还有倒发电状态，配电设计一定要满足其最大值并且要留有余量，平均冗余2/3以上，效率低浪费大。
        近几年针对油井节能技术层出不穷，但都是在传统供用电模式下进行的某个环节的改进，无法实现节能降耗质的突破，急需打破传统模式瓶颈，进行革新改造。如果采用集中式供电，动态工作的单井上下行交错运行，各单井用电可相互借用补充，无疑会大大降低变压器容量，变压器数量也由N台减到一台，节约设备，减少能耗。采用低压交流集中供电，由于油井电机启动电流是运行时的5-7倍，启动压降大，油井井距稍远（大于500米）电机即不能启动，所以无法实现低压交流集控。如果采用交流升压集中供电，可以提高集控范围，但油井电机、控制柜、线路、变压器等都需要升压改造，成本高，投资大。基于直流母线的抽油机群控采用公用直流母线的多传动原理实现电动与再生状态能量进行互补，在极大程度上降低系统再生状态能量损耗的同时，也大幅度降低了系统配置变压器的容量，并且通过变频实现油井冲次的无级可调来满足实际生产工艺的需求。
        2．采用公用直流母线的原理
        基于直流母线的抽油机群控系统由整流柜与逆变终端柜组合而成，将同一采油区块的多口油井（半径3公里）共用一台变压器和一台整流滤波器，将380V三相交流变成540V两相直流，完成“交-直”变化，540V两相直流电共用直流母线输送到单井，单井配备“直—交”逆变器，并联挂接在母线上完成电机拖动。
        2.1 “1变N井”模式，实现变压器减容。
        利用集控内的多口油井冲程冲次各不相同，工作时快慢不一交错运行的特点，加上独特的直流供电方式及专门开发的油井逆变器，单井冗余被充分融合压减，大幅度降低了变压器容量和变压器台数，减容达60%以上。
        2.2直流母线供电，综合节能达10%。
        直流集中供电系统功率因数趋于1，无功电流没有了，母线电流降低了2/3，变压器、电机、供电线路的损耗降低了。过去倒发电油井能量白白释放掉，现在通过逆变器反馈到母线，被做功油井吸收利用，提高了电能利用率。经实验测试系统综合节能可达10%以上。
        2.3逆变终端无级调速，实现生产调参。
        开发抽油机专用逆变器具有跟踪负载自动调压的功能（需要多大功率输出多大功率）同时具有调频调速、软启软停及综合保护功能。0—50Hz频率可调，可轻松实现油井生产的无级调速；柔性启停可减小机泵运行伤害，避免启动电流对供用电系统的冲击。
        2.4直流供电，调频输出，有效防止偷盗电，电网污染降到零。
        整个采油区块采用直流母线统一供电，井口逆变终端输出到电机为调压调频后的交流电，而不是居民、工厂可用的50Hz交流电，可有效防止“私接乱挂”现象发生。由于系统采用一个单向整流源，逆变器谐波返不到高压电网，对电网没有二次污染。
        2.5智能动态监控，实现信息化、工业化深度融合。
        将现代网络化通讯方式与油井的集散配置、群组协调、检测计量和监控管理等进行统一整合。实现油井生产的电参数采集、远程监控和工况实时诊断分析。

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        2.5.1自控系统技术要求：
        （1）使用四象限变频器，不平衡时抽油机的倒发电能回送到电网（不得使用制动电阻消耗倒发电）,应用节能驱动技术，相同冲次或相同输出频率下抽油机电耗平均降低10%以上。
        （2）电源端电流谐波低于15%，正常井况下功率因数cosΦ不低于0.9（倒发电时功率因数cosΦ不低于0.8）。
        （3）系统采集的电参数据（电流、电压、有功、无功）均以连续曲线显示，采集速度不低于每秒20组，每冲程周期采集数据不低于200组。
        （4）具备正反向电能计量功能，可实现抽油机单井耗电量的计量和查询。
        （5）控制器（RTU）具有本地智能，能够直接分析数据，控制抽油机的冲次调整或平衡调整，即使在网络故障的情况下系统也能独立正常工作。
        2.5.2自控系统具有以下功能：
        （1）系统管理
        1）用户权限管理：用户注册、注销、用户信息修改、密码修改、用户角色分类等；对用户使用权限进行添加、修改、删除；可根据单位、部门、不同工种的用户进行角色授权，权限包括：信息的修改（增减）、查询、浏览，功能模块配置等；对数据库系统内已设定的格式和功能的添加、扩充和修改等；基于用户的操作权限管理、日志管理；
        2）系统维护：通过用户和角色管理，完成系统用户帐号及用户角色的维护；
        通过基础参数配置，完成系统基础数据的维护和管理；通过日志管理，完成系统日志的记录、分类、查询、分析以及日志的处理等；完成查询统计以及报表等的设计和配置。
        （2）系统电控终端运行参数监测
        电控终端运行参数：母线电压、单井电机运行频率、直流/逆变电量等；
        （3）生产报表、图形、曲线查询。
        2.5.3软件数据接口要求:
        （1）提供数据接口，保证油水井生产运行参数及电控终端运行参数的数据接入群控软件系统；
        （2）提供数据接口，保证系统与作业区监控中心油水井生产数据监控工作站的数据接入，可监控油水井生产状态及对油井进行远程启停及相关设备参数调整；
        （3）提供数据接口，保证与大港油田油水井生产信息采集与管理平台的数据接入。
        （4）提供数据接口，与视频监控系统和周界报警系统实现数据接入。
        中控室采用1台工控机，用于站内数据采集、存储、处理、显示、报警等，数据存储3年以上。
        工控机技术参数：
        CPU：i5 四核及以上处理器；
        内存：DDR3 8G及以上；
        硬盘：1T-SATA及以上；
        主板:自带4条PCI插槽；
        显卡：显存2G及以上、芯片：nVIDIA、显存位宽512bit及以上、显存类型：DDR5、接口类型：PCI、输出接口：DVI HDMI;
        配套电源、带光驱、键鼠；
        显示器：23寸液晶屏。
        结束语
        目前我们正在积极开展公共直流母线系统的陆上先导性试验，为在以后的丛式井场合推广应用该技术积累经验。直流母线抽油机群控系在丛式井场建设中有着积极的作用,推进技术进步。针对油田环境敏感和盐厂海水包围的井场区域，公共直流母线系统作为一种新型的变频控制方式，其系统正进一步完善，技术将更成熟，价格将更合理，在油田节约电力设备投资、提高节能降耗水平方面必将发挥积极的作用。
        参考文献
        [1]孟彦京.造纸机变频传动原理与设计[M].西安：陕西人民出版社，2002.
        [2]王万新.公共直流母线在交流传动中的应用[J].电气传动，2002(5):57-58.