采油四廠斬波內饋調速技術在注水系統(tǒng)中應用PPT課件

1、一、斬波內饋調速技術原理二、現(xiàn)場試驗情況三、取得的認識第1頁/共32頁 斬波內饋調速技術是利用內饋電機的內饋繞組的發(fā)電功能，移出轉子的部分電轉差功率。由于轉子的部分功率被移出，使轉化的機械功率減小，電機轉速下降。移出的電能，通過升壓、變頻、移相回饋到定子側，從而達到節(jié)能目的 斬波內饋調速控制原理圖第2頁/共32頁 轉子的電能取出是通過斬波器件的高頻開關實現(xiàn)的，其穩(wěn)定性是斬波裝置可靠運行的關鍵。傳統(tǒng)的斬波內饋調速裝置采用晶閘管斬波，晶閘管屬于半控器件1、斬波元器件的確定可脈沖觸發(fā)打開不能脈沖觸發(fā)關閉這就增加了系統(tǒng)的復雜性倘若一個周期沒有關斷成功晶閘管將瞬間進入永久直通狀態(tài)就是電動機從當前速度驟然

2、升至全速，給設備造成很大沖擊反應在電動機上第3頁/共32頁將斬波器件由傳統(tǒng)的晶閘管替換為IGBT斬波頻率高調速范圍寬噪聲低結構簡單 而IGBT斬波器，屬于全控器件，大大簡化了電路，節(jié)省了空間，使可靠性有很大的提高。同時具有以下方面優(yōu)勢：第4頁/共32頁2、系統(tǒng)控制方式的確定邏輯控制控制速度可靠性可維護性順序控制靈活性可擴展性 對斬波內饋傳統(tǒng)的繼電器控制方式與PLC控制方式在以下幾個方面PLC控制方式均優(yōu)于繼電器控制方式第5頁/共32頁 鑒于PLC控制的優(yōu)勢，系統(tǒng)控制上由PLC替代了繼電器控制方式，在PLC選擇上我們采用編制了人機界面交互系統(tǒng)程序 使控制操作清晰、簡便、快捷同時提高了穩(wěn)定性 第6

3、頁/共32頁一是由于外置集電器采用滾動軸承安裝，注水電機在高速旋轉時，軸承溫度迅速升高達到上限值，導致軸承燒毀，無法穩(wěn)定運行3、內反饋電機技術方案的確定集電器與電機聯(lián)接圖二是集電器為連接設備，無法與電機完全同心運行，導致端點跳動，碳刷急劇磨損 通常在內反饋電機上，采用外置式集電器進行電能采集該設備在注水系統(tǒng)中應用有如下問題:第7頁/共32頁 在電機設計上，采用內置集電環(huán)，即集電環(huán)置于電機前、后軸瓦之間，集電環(huán)與電機轉軸完全同心，碳刷抖動小，使用壽命長。同時省去了外置的集電器，使內反饋電機結構更加簡單，機械設備連接點更少內置集電環(huán)內反饋電機第8頁/共32頁一、斬波內饋調速技術原理二、現(xiàn)場試驗情況

4、三、取得的認識第9頁/共32頁杏十注水站建于1993年2005年為適應三元開發(fā)需要進行擴建目前有三元注水電機2臺設計三元注水能力1.2104m3/d該區(qū)塊三元注入井注水量在0.571.06104m3/d之間第10頁/共32頁在未采取措施前，采用閥門截流方式進行調節(jié)平均泵水單耗為6.2kWh/m3三元驅注水電機需要一個有效的調速技術，降低系統(tǒng)能耗高于全廠平均單耗5.6kWh/m3第11頁/共32頁該工程于2009年9月對5號電機進行改造 2009年10月底安裝完畢，進行試運調試工作1、試驗過程在調試過程中出現(xiàn)了 等問題電機振動大碳刷使用壽命短開展了相應技術改進，解決該技術平穩(wěn)運行的問題對此第12

5、頁/共32頁現(xiàn)場安裝照片第13頁/共32頁水平頻譜垂直頻譜軸向頻譜水平垂直軸向低頻振動超標 從檢測頻譜上分析當進行帶載試驗時，振動超過了0.3mm的振動標準（1）研究電機安裝配套技術解決振動問題第14頁/共32頁 通過將原來的軌道式底座改造為框架式底座，解決了水平振動大的問題 通過重新建設基礎，調整固定螺栓數量，解決了垂直振動大的問題針對振動超標問題制定以下措施： 通過增加泵與電機之間軸向補償量的方法，將原來沒有軸向補償量的彈性柱銷連軸器調整為膜片聯(lián)軸器，解決了軸向振動大的問題彈性柱銷式聯(lián)軸器 膜片式聯(lián)軸器 聯(lián)軸器膜片第15頁/共32頁 通過以上措施使電機振動控制在0.3mm的指標以內，保證了

6、電機平穩(wěn)運行電機帶載振動測試表時間軸瓦水平(mm)軸向(mm)垂直(mm)措施前前端0.500.410.62后端0.450.410.554月19日10：40前端0.110.060.05后端0.060.060.065月10日15：05前端0.140.130.12后端0.090.180.216月20日8：40前端0.120.110.17后端0.070.220.16第16頁/共32頁碳刷材質的優(yōu)選 （2）進行碳刷磨損原因研究，提出解決對策針對碳刷磨損快的問題，對其進行了優(yōu)選及改進碳刷參數表碳刷材質阻率抗折強度肖氏硬度體積密度接觸壓降摩擦系數額定電流密度允許圓周速度天然石墨185.2201.282.5

7、00.291081樹脂石墨27020.5381.703.600.101035金屬石墨329252.801.160.111135電化石墨6119.3761.612.500.191041為了使導電性能不下降，對碳刷的數量進行了增加經計算將原來27組碳刷增加到現(xiàn)在的36組碳刷第17頁/共32頁碳刷的溫度控制 碳刷溫度過高，會使其強度下降，加大了磨損量。因此，為電機滑環(huán)增加了專用的冷卻風道，由一臺功率為7.5kW的風機為其散熱 采用垂直風道，使風道入口位于電機上端，使電機內部三排碳刷都能均勻散熱，延長了使用壽命水平風道改造為垂直風道滑環(huán)滑環(huán)第18頁/共32頁碳刷的跳動 原碳刷支架為單側固定，安裝在末端

8、的碳刷抖動大，導致磨損量加大經一系列的改進，碳刷更換周期由30天增加到90天左右實施兩側固定以減少其端點抖動對滑環(huán)支架進行改造碳刷滑環(huán)滑環(huán)支架示意圖第19頁/共32頁（1）調速能力測試2、斬波內饋調速裝置的調試 斬波內饋調速系統(tǒng)正常運轉后，進行了調速范圍試驗，該裝置可實現(xiàn)1850rpm2960rpm范圍內的無級調速斬波內饋調速裝置調速范圍表轉速（rpm）電流（A）瞬時水量（m3/h）泵壓（MPa）單耗（kWh/m3）296018027015.36.2285017426515.16.12280015125014.95.6275013722214.85.5270012221014.75.42600

9、10218014.15.325008615013.05.3 以5號注水機組在2011年5月10日的測試為例：第20頁/共32頁 該三元注水站所轄4個注入站，注入井211口，平均注入壓力13.0MPa，三元母液注入量4200m3/d ,注水量5100m3/d，注水管網損失0.1MPa 因此，我們將注水泵壓設定到14.8MPa，電機轉速控制在2700rpm左右，可滿足生產需要區(qū)域內三元注入井破裂壓力統(tǒng)計表序號破裂壓力范圍（MPa）井數113.0以下6213.0-13.5109313.5-14.064414.0-14.532合計211（2）運行參數的確定第21頁/共32頁（3）取得的節(jié)能效果 杏十注

10、水站5號機組應用斬波內饋調速技術后取得如下節(jié)能效果：5號注水機組運行報表注水泵編號運行時間h泵壓MPa管壓MPa電流A日輸水量 m3日用電量Kwh單 耗Kwh/m3泵效%5號2414.814.61364850262085.477.4 從近期報表來看，在泵壓為14.8MPa情況下，具體運行參數見下表：15.56泵壓MPa應用前應用后14.85100水量m3/d應用前應用后6.2單耗kWh/m3應用前應用后5.4第22頁/共32頁中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術監(jiān)測評價中心測試（測字第2011013號）的測試結果如下：注水機組測試對比表4號注水泵（未應用斬波內饋）5號注水泵輸入功率1708.33kW

11、1350 kW注水泵效75.31%78.6%泵機組效率72.12%74.67%單耗6.03kWh/m35.344kWh/m3系統(tǒng)效率70.28%74.06%諧波電流：3次6.3A、5次6.0A，符合國家相關標準要求第23頁/共32頁按泵水單耗5.4kWh/m3計算，單耗下降0.8kWh/m3可實現(xiàn)年節(jié)電156.8104kWh扣除每年風機耗電及碳刷更換費用12萬元年效益80.5萬元，投資回收期2.8年第24頁/共32頁 2011年4月20日至今累計運行329天，在滿足正常單井注入壓力需求的情況下，管壓穩(wěn)定在14.8MPa左右節(jié)能效果較好，泵水單耗為5.5kWh/m3左右3、實際運行情況單井玻璃鋼

12、管線穿孔注入井調剖水量波動較大系統(tǒng)管壓不穩(wěn)定為滿足注入需求，注水站階段運行壓力保持在較高水平導致第25頁/共32頁5號注水機組運行報表注水泵編號時間泵壓MPa管壓MPa電流A日輸水量m3日用電量Kwh單 耗Kwh/m3泵效%5號2011年5月13日14.814.81675941329405.5477.765號2012年4月8日15.415.41675490324365.9179 調剖期間泵壓上升到15.4MPa平均泵水單耗升高到5.9kWh/m3節(jié)能效果受到限制 為了能夠適應注入壓力的迅速變化、減輕工人的勞動強度，我廠在杏二十聯(lián)進行的斬波內饋改造中加入了壓力連鎖閉環(huán)改造，目前改造正在進行中，改造完成后可使該技術實現(xiàn)速度實時適應壓力變化的功能第26頁/共32頁 為了延長碳刷使用壽命及保證使用期間的安全性，同樣在杏二十聯(lián)改造中加入了碳刷磨損報警功能，來提高其運行時率及運行期間的安全性，發(fā)揮其最大的經濟效益共更換碳刷4次，累計144只，更換周期為3個月磨損前碳刷磨損后碳刷警戒線警戒線第27頁/共32頁一、斬波內饋調速技術原理二、現(xiàn)場試驗情況三、取得的認識第28頁/共32頁 （2）在三采注水系統(tǒng)應用該技術，可解決注水能力難以合理匹配的問題，建議在產能建設中新建注水泵時考慮應用該技術，避免后期改造過程中電機更換工程