油田注水用恒壓自動控制系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動控制技術(shù)，尤其是涉及一種應(yīng)用于節(jié)能型油田注水的恒壓自動控制裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油田注水是國內(nèi)很多油田保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施，其方法就是把地層中散布的油集中到油井再提取上來。由于很多油田屬于斷裂區(qū)塊油田，每個區(qū)塊注水范圍小，注水量隨開采狀況的變化需要經(jīng)常調(diào)整。油田采油時，需要不斷地從外部往采油層注水，以便石油聚集，提高采油效率，因此，需要修建注水泵站。一個注水泵站構(gòu)成一個獨立的供水網(wǎng)絡(luò)并保持水壓恒定，給數(shù)量不等的幾個油井注水。為了保持注水泵站供水網(wǎng)絡(luò)水壓的恒定，一個注水泵站需要配備3?4臺電動機和相應(yīng)的控制設(shè)備，如附圖1所示，圖中為3臺電機進行注水站的壓力調(diào)節(jié)。
[0003]目前，國內(nèi)大部分油田注水站普遍采用“電網(wǎng)+變頻裝置+普通異步電機+水泵+手動控制”的手動控制方式進行注水量的調(diào)節(jié)。采用手動控制方式進行油田注水量的調(diào)節(jié)，普通異步電機直接啟動驅(qū)動水泵，調(diào)節(jié)過程由人工手動控制，這是目前油田注水系統(tǒng)經(jīng)常采用的注水量調(diào)節(jié)方法。手動控制方式的缺點是:手動控制導致現(xiàn)場工人勞動強度大、人力成本高、異步電機自身噪音大、效率低、溫升高，浪費能源的同時對現(xiàn)場的工作環(huán)境會造成較大的污染。同時，依靠手動控制，注水量調(diào)節(jié)實時性差，由于不能及時有效地對注水量進行調(diào)節(jié)，實際油田注水站都存在額定流量與實際流量不相匹配的問題，這就造成了很大的能源浪費。
[0004]隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)部分油田注水站也采用了“電網(wǎng)+變頻裝置+轉(zhuǎn)換開關(guān)+普通異步電機+水泵+手動/自動控制”方式進行注水量的調(diào)節(jié)。一種典型的油田注水自動變頻控制系統(tǒng)電路圖如附圖2所示。附圖2中采用三臺異步電機進行注水量壓力的調(diào)節(jié)，電網(wǎng)電能通過系統(tǒng)總斷路器輸送至變頻器，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機轉(zhuǎn)速進行水壓的調(diào)節(jié)。當需要啟動多臺異步電機時，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)將正在運行的異步電機脫離變頻器并接至電網(wǎng)，同時將需要啟動的異步電機接至變頻器輸出側(cè)，由變頻器控制其進行調(diào)速(如:轉(zhuǎn)換開關(guān)KMO合閘，其他開關(guān)分閘，變頻器控制1#電機運行；當還需要啟動2#電機時，KMO分閘，同時KM1、KM2合閘，變頻器控制2#電機調(diào)速)。系統(tǒng)通過傳感器進行水壓的采集，并將信號傳至PLC，由PLC對整個系統(tǒng)進行自動控制。
[0005]這種方式的缺陷是:由于調(diào)節(jié)過程采用自動控制，可以有效地降低現(xiàn)場工人的勞動強度，并部分解決注水量調(diào)節(jié)的實時性問題，讓電機能夠及時地運行在高效點，可以有效地節(jié)約能源。但是由于不同異步電機啟動時產(chǎn)生的電網(wǎng)切換沖擊很大，同時在不同電機間運行的轉(zhuǎn)換需由轉(zhuǎn)換開關(guān)完成，在啟動和轉(zhuǎn)換過程中都會對電機的使用壽命等產(chǎn)生較大影響，降低系統(tǒng)可靠性。同時，由于異步電機本身的特性，仍會產(chǎn)生噪音大、運行效率低、可靠性低等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種油田注水用恒壓自動控制系統(tǒng)及其方法，能夠有效地解決現(xiàn)有油田注水裝置能源消耗大、工人勞動強度高、系統(tǒng)可靠性低、維護性差、電機噪音大、效率低的技術(shù)問題。
[0007]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種油田注水用恒壓自動控制系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)方案，一種油田注水用恒壓自動控制系統(tǒng)，包括:輸入隔離開關(guān)、整流裝置、逆變裝置、濾波裝置、軟啟裝置、輸出隔離轉(zhuǎn)換裝置、控制裝置、永磁同步電機和變頻異步電機。所述輸入隔離開關(guān)的輸入端與外部的三相交流電網(wǎng)相連，所述輸入隔離開關(guān)的輸出端分別與所述整流裝置、軟啟裝置相連，所述整流裝置與所述逆變裝置相連，所述逆變裝置與所述濾波裝置的輸入端相連。所述濾波裝置、軟啟裝置分別與所述輸出隔離轉(zhuǎn)換裝置相連，所述輸出隔離轉(zhuǎn)換裝置的輸出端分別通過所述永磁同步電機、變頻異步電機與外部的對應(yīng)水泵相連，所述控制裝置分別對所述輸入隔離開關(guān)、逆變裝置、軟啟裝置和輸出隔離轉(zhuǎn)換裝置進行控制。
[0008]優(yōu)選的，所述整流裝置采用二極管整流方式，將所述三相交流電網(wǎng)輸出的交流電壓變換成直流電壓，同時向所述逆變裝置傳輸來自于三相交流電網(wǎng)的能量。所述逆變裝置將所述整流裝置傳輸來的直流電壓逆變?yōu)榻涣麟姡⑼ㄟ^所述濾波裝置進行濾波處理，再通過所述輸出隔離轉(zhuǎn)換裝置傳輸至所述永磁同步電機或所述變頻異步電機使用。所述軟啟裝置對所述變頻異步電機進行軟啟或軟停操作。
[0009]優(yōu)選的，當油田進行注水水壓調(diào)節(jié)時，所述控制裝置讀取來自于所述水泵的水壓值，通過將所述水壓值與設(shè)定壓力值進行比較，控制所述逆變裝置調(diào)節(jié)所述永磁同步電機，或控制所述軟啟裝置調(diào)節(jié)變頻異步電機。
[0010]優(yōu)選的，當來自于所述水泵的水壓值小于設(shè)定壓力值時，所述控制裝置通過所述逆變裝置對所述永磁同步電機進行加速調(diào)節(jié)；若所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)速達到額定時，所述水壓值仍不能滿足注水要求，則所述控制裝置控制所述軟啟裝置啟動所述變頻異步電機；在所述變頻異步電機正常運行后，所述控制裝置根據(jù)所述水泵的水壓值進行所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以滿足注水壓力的需要。
[0011]優(yōu)選的，當來自于所述水泵的水壓值大于或等于設(shè)定壓力值時，所述控制裝置通過所述逆變裝置對所述永磁同步電機進行減速調(diào)節(jié)；若所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)速達到最低時，所述水壓值仍不能滿足注水要求，則所述控制裝置控制軟啟裝置軟停所述變頻異步電機；在所述變頻異步電機停止后，所述控制裝置根據(jù)所述水泵的水壓值進行所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以滿足注水壓力的需要。
[0012]優(yōu)選的，所述輸出隔離轉(zhuǎn)換裝置進一步包括第一接觸器和第二接觸器，所述第一接觸器連接于所述濾波裝置與所述永磁同步電機之間，所述第二接觸器連接于所述濾波裝置與所述變頻異步電機之間。當所述永磁同步電機或其對應(yīng)的水泵出現(xiàn)故障時，所述第一接觸器分閘，所述第二接觸器合閘，利用所述逆變裝置控制所述變頻異步電機進行所述水泵注水壓力的調(diào)節(jié)，所述輸入隔離開關(guān)中與所述軟啟裝置前端對應(yīng)的第四接觸器處于分閘狀態(tài)。
[0013]優(yōu)選的，所述逆變裝置通過矢量控制方式驅(qū)動所述永磁同步電機運行，所述逆變裝置通過電壓/頻率變換控制方式驅(qū)動所述變頻異步電機運行。
[0014]本發(fā)明還另外具體提供了一種油田注水用恒壓自動控制方法的技術(shù)實現(xiàn)方案，油田注水用恒壓自動控制系統(tǒng)包括逆變裝置、軟啟裝置、控制裝置、永磁同步電機和變頻異步電機，所述方法包括以下步驟:
當油田進行注水水壓調(diào)節(jié)時，所述控制裝置讀取來自于水泵的水壓值，通過將所述水壓值與設(shè)定壓力值進行比較，控制所述逆變裝置調(diào)節(jié)所述永磁同步電機或控制所述軟啟裝置調(diào)節(jié)所述變頻異步電機，改變所述水泵的輸出壓力，實現(xiàn)注水量的自動調(diào)節(jié)。
[0015]優(yōu)選的，當來自于所述水泵的水壓值小于設(shè)定壓力值時，所述控制裝置通過所述逆變裝置對所述永磁同步電機進行加速調(diào)節(jié)；若所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)速達到額定時，所述水壓值仍不能滿足注水要求，則所述控制裝置控制所述軟啟裝置啟動所述變頻異步電機；在所述變頻異步電機正常運行后，所述控制裝置根據(jù)所述水泵的水壓值進行所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以滿足注水壓力的需要。
[0016]優(yōu)選的，當來自于所述水泵的水壓值大于或等于設(shè)定壓力值時，所述控制裝置通過所述逆變裝置對所述永磁同步電機進行減速調(diào)節(jié)；若所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)速達到最低時，所述水壓值仍不能滿足注水要求，則所述控制裝置控制軟啟裝置軟停所述變頻異步電機；在所述變頻異步電機停止后，所述控制裝置根據(jù)所述水泵的水壓值進行所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以滿足注水壓力的需要。
[0017]優(yōu)選的，所述油田注水用恒壓自動控制系統(tǒng)還包括整流裝置、濾波裝置和輸出隔離轉(zhuǎn)換裝置。所述整流裝置將外部的三相交流電網(wǎng)輸出的交流電壓變換成直流電壓，同時向所述逆變裝置傳輸來自于三相交流電網(wǎng)的能量。所述逆變裝置將所述整流裝置傳輸來的直流電壓逆變?yōu)榻涣麟?，并通過所述濾波裝置進行濾波處理，再通過所述輸出隔離轉(zhuǎn)換裝置傳送至所述永磁同步電機或所述變頻異步電機使用。所述軟啟裝置對所述變頻異步電機進行軟啟或軟停操作。
[0018]優(yōu)選的，當所述永磁同步電機或其對應(yīng)的水泵出現(xiàn)故障時，斷開所述濾波裝置與所述永磁同步電機之間的連接，連接所述濾波裝置與所述變頻異步電機之間的通路，并斷開外部的三相交流電網(wǎng)與所述軟啟裝置之間的連接，通過