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文檔簡介
中國石化勝利油田分公司2015年9月
基于直流母線的抽油機井群控技術(shù)集團公司節(jié)能技術(shù)交流會交流提綱一、概況二、主要技術(shù)成果三、現(xiàn)場試驗及應(yīng)用四、經(jīng)濟效益分析一、概況●抽油機是石油開發(fā)的主要設(shè)備
全國抽油機保有量10萬臺
電機裝機容量3500MW變壓器裝機容量50億KVA●節(jié)能潛力大
勝利油田抽油機耗電12.8億度/年,占油田總耗電量53%
“一變一機一井”,系統(tǒng)效率較低系統(tǒng)效率每提高一個百分點,節(jié)能將達8750萬度/年
抽油機井傳統(tǒng)配電采用“一井一變”模式,一定要滿足功率最大值且留有很大余量,效率低浪費大。多年來,圍繞拖動系統(tǒng)及配電的持續(xù)攻關(guān),在電機改進及控制柜等方面的研究取得了一定成效。油田生產(chǎn)是一個綜合系統(tǒng)耗能過程,僅僅依靠常規(guī)技術(shù)和局部改造難以突破,進一步深入挖潛是有限度的。一、概況控制柜/變頻器節(jié)能電機
●單井電控模式:一、概況
將同一采油區(qū)塊的多口油井共用一臺變壓器和一臺整流濾波器,將380V三相交流變成540V兩相直流,完成“交-直”變化,兩相直流電共用直流母線輸送到單井,單井配備“直—交”逆變終端,實現(xiàn)變頻調(diào)控。
●基于直流母線的群控模式:★實現(xiàn)了直流母線輸送、減容、饋能合理利用、單井工況變頻調(diào)速。一、概況
針對油田機采系統(tǒng)能耗特點和節(jié)能降耗形勢需要,2013-2014總公司先導(dǎo)試驗項目、科技攻關(guān)項目。通過中石化科技部組織的專家組技術(shù)鑒定,達到國際先進水平。
不平衡饋能直流母線互饋共享技術(shù);井群上、下沖程位置控制方法主要內(nèi)容完善逆變終端實現(xiàn)分時軟啟,直流母線冗余容量共享技術(shù);研究油井群控生產(chǎn)管理軟件一、概況采用直流母線供電,線路損耗降低;實現(xiàn)電機軟啟/軟停;抽油機噸液節(jié)電率10%
;實時動態(tài)調(diào)參,提高機采系統(tǒng)效率技術(shù)指標(biāo)有效降低變壓器容量60%以上
;網(wǎng)測功率因數(shù)0.9以上,有效解決諧波污染問題;一、概況技術(shù)思路通過國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)調(diào)研,從集群的角度開展提高抽油機系統(tǒng)整體效率的節(jié)能理論研究開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、配套技術(shù)研究和現(xiàn)場試驗圍繞直流供電、能量共享和集群控制等節(jié)點,開展總體配置方案設(shè)計形成一套成熟的基于直流母線供電的油井群控節(jié)能控制技術(shù)1、完成了抽油機不平衡饋能通過直流母線互饋共享技術(shù)?;谥绷鞴╇姷挠途?jié)能集群系統(tǒng)配置方案一、概況2、完成了整流濾波裝置、專用油井逆變終端等直流母線群控節(jié)能裝置及網(wǎng)絡(luò)化管理軟件。3、形成了四項關(guān)鍵技術(shù)(1)直流群控整流濾波控制技術(shù);(2)直流群控系統(tǒng)專用逆變終端;(3)直流互饋群控系統(tǒng)控制方法;(4)油井群控生產(chǎn)管理軟件一、概況4、制定了《油井群控變頻裝置企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》;申請了5項國家專利(4項發(fā)明、1項實用新型)。5、截止2014年底,累計推廣應(yīng)用55個集控單元238口井,變壓器減少146臺,實現(xiàn)減容63%,減少容量費292萬元/年;綜合節(jié)電率17.6%,節(jié)電560萬度/年;6、達到技術(shù)指標(biāo)節(jié)能:10%以上;實現(xiàn)變壓器減容:60%以上;網(wǎng)側(cè)功率因數(shù):0.9以上;實現(xiàn)了單井逆變終端實時調(diào)參;有效地提高機采系統(tǒng)效率。一、概況一、項目概況二、主要技術(shù)成果三、現(xiàn)場試驗及應(yīng)用四、經(jīng)濟效益分析交流提綱二、主要技術(shù)成果(1)整流濾波環(huán)節(jié)的選配方案①PWM可逆整流(四象限變流器)網(wǎng)側(cè)電流為正弦波,無諧波污染(綠色變換器)功率因數(shù)接近于1交-直流側(cè)能量可雙向傳送,直流側(cè)能量可以饋入電網(wǎng)直流側(cè)母線電壓Ud穩(wěn)定可調(diào)缺點:可靠性較低,成本高②不可控整流器電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠,成本低能量單向傳送,不會造成電網(wǎng)沖激;直流側(cè)饋能互饋共享循環(huán)利用,無需饋網(wǎng);缺點:存在諧波污染(設(shè)計選配直流側(cè)LC濾波參數(shù),改善交流側(cè)電流諧波影響);群控系統(tǒng)的整流濾波環(huán)節(jié)選用不可控整流方案1、直流母線群控配置組態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(2)整流器諧波和功率因數(shù)問題研究試驗成果:相同負(fù)載,濾波電感增大則電流波形及諧波和功率因數(shù)改善相同電感,負(fù)載加重則電流波形及諧波改善網(wǎng)側(cè)電流波形及諧波優(yōu)劣與濾波電感參數(shù)和負(fù)載輕重密切相關(guān)L=1.8mH二、主要技術(shù)成果2、抽油機專用逆變控制終端(1)逆變控制終端功能設(shè)計
基礎(chǔ)功能:調(diào)速控制、檢測與保護。
拓展功能:采用節(jié)能算法實現(xiàn)抽油機負(fù)載的動態(tài)跟蹤控制,RTU采集上傳電參數(shù)信息,完成與上位機的雙向數(shù)據(jù)通訊。二、主要技術(shù)成果2、抽油機專用逆變控制終端(2)動態(tài)跟蹤調(diào)壓節(jié)能控制方法
專用優(yōu)化控制算法,通過實時檢測電機的負(fù)載率高低,,隨著抽油機負(fù)載的周期性急劇變化,實時進行動態(tài)跟蹤調(diào)節(jié),改善電機的工作狀態(tài),提高電機的功效。異步機的效率曲線上,輕載時η很低,故應(yīng)避免大馬拉小車。輕載降壓可實現(xiàn)節(jié)能。定子電壓降低則主磁通減小,相當(dāng)于小容量電機(PN減小),使輕載時對應(yīng)的η接近最大值。70%UNf1UNfNU1
異步機降壓運行時的壓頻曲線異步電動機的效率曲線二、主要技術(shù)成果2、抽油機專用逆變控制終端(3)逆變終端主電路設(shè)計1、饋能二極管獨特設(shè)計:群控模式特需,實現(xiàn)直流母線饋能。2、三相整流器備用于現(xiàn)場單井電控模式;3、巧妙利用整流橋二極管:一管多用,單井模式時用作整流,群控模式時兼作饋能二極管。僅需改接一條短線:將輸入端T和直流側(cè)P1端加接一條短路線即可簡單實現(xiàn)。二、主要技術(shù)成果3、饋能利用及優(yōu)化控制技術(shù)基于下垂法的單井饋能控制基于抽油機位置檢測的錯峰運行控制基于饋能分析的二次錯峰調(diào)節(jié)控制網(wǎng)絡(luò)RTU-1RTU-2RTU-3RTU-N……二、主要技術(shù)成果(1)沖程位置檢測錯峰控制技術(shù)
使直流母線上各抽油機倒發(fā)電饋能與電動消耗能量保持平衡,提高直流母線能量的互饋共享和循環(huán)利用效率。沖程位置檢測
運算比較
發(fā)出指令
逆變終端
抽油機錯峰運行最優(yōu)化控制方法——構(gòu)造各抽油機上、下沖程相位參差協(xié)調(diào)控制的最優(yōu)控制模型3、饋能利用及優(yōu)化控制技術(shù)二、主要技術(shù)成果(2)系統(tǒng)饋能檢測控制技術(shù)
合理的沖程相位差分布決定了N臺抽油機的電機處于電動耗能和倒發(fā)電饋能兩種狀態(tài)的“饋耗臺數(shù)”基本均衡,但饋耗臺數(shù)均衡并不代表直流母線上“饋耗能量”的均衡,通過結(jié)合饋能系數(shù)的加權(quán)求和,將兩方面因素融合在一起,對饋耗能量平衡予以綜合協(xié)調(diào)群控。饋能功率檢測
比較判斷
發(fā)出指令
逆變終端
抽油機錯峰運行最佳饋耗平衡狀態(tài)應(yīng)滿足以下功率平衡方程M為N臺抽油機中處于饋能狀態(tài)的臺數(shù),滿足N>M≥1
3、饋能利用及優(yōu)化控制技術(shù)二、主要技術(shù)成果(3)逆變終端的下垂法控制技術(shù)群控系統(tǒng)是一種簡單的直流微電網(wǎng),抽油機電動狀態(tài)時作微網(wǎng)負(fù)載,饋能狀態(tài)時相當(dāng)于直流微電網(wǎng)上的一個特殊微源。母線電壓檢測
運算比較
逆變終端調(diào)節(jié)輸出頻率調(diào)節(jié)調(diào)制比UdUdHUdL
f2(m2)f1(m1)f(m)下垂法控制特性曲線(m2<m1)下垂法設(shè)置在各逆變終端實施,當(dāng)且僅當(dāng)進入饋能狀態(tài)時,根據(jù)所檢測的直流母線電壓大小做出即時判斷和調(diào)節(jié):3、饋能利用及優(yōu)化控制技術(shù)二、主要技術(shù)成果4、油井集控生產(chǎn)管理軟件管理軟件主要功能●監(jiān)測各抽油機及電控終端運行參數(shù)●監(jiān)測整流濾波柜運行參數(shù)●系統(tǒng)保護及報警●上位機對各終端的控制二、主要技術(shù)成果(1)監(jiān)控系統(tǒng)通訊配置方案終端通訊收發(fā)單元終端保護單元終端變頻控制單元抽油機#1電量數(shù)據(jù)采集單元油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)井群監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)器無線通訊管理系統(tǒng)油田MIS系統(tǒng)UPS局域網(wǎng)終端通訊收發(fā)單元終端保護單元終端變頻控制單元抽油機#N電量數(shù)據(jù)采集單元通訊單元整流濾波電量數(shù)據(jù)采集WEB服務(wù)器
二、主要技術(shù)成果4、油井集控生產(chǎn)管理軟件(2)監(jiān)控軟件設(shè)計框圖4、油井集控生產(chǎn)管理軟件二、主要技術(shù)成果(3)監(jiān)控軟件運行界面4、油井集控生產(chǎn)管理軟件二、主要技術(shù)成果(3)監(jiān)控軟件運行界面4、油井集控生產(chǎn)管理軟件二、主要技術(shù)成果(3)監(jiān)控軟件運行界面4、油井集控生產(chǎn)管理軟件二、主要技術(shù)成果(3)監(jiān)控軟件運行界面圖3-59監(jiān)控系統(tǒng)控制算法設(shè)置界面4、油井集控生產(chǎn)管理軟件二、主要技術(shù)成果(4)優(yōu)化調(diào)參實例時間周期功上行功下行功沖次解釋說明2014/12/1816:260.0830.0480.034/停機2014/12/1817:0067.8647.9119.952.48正常2014/12/1818:3962.8248.8014.012.48中度缺液2014/12/1819:5044.5047.46-2.952.48重度缺液2014-12-2611:0465.0548.1716.881.01正常2014/12/2713:1467.7948.9618.821.01正常井號:BAE941-X34抽油機類型:皮帶式抽油機時間:2014.12.18~2014.12.271)2014-12-1816:26:012)2014-12-1817:00:003)2014-12-1818:39:584)2014-12-1819:50:176)2014-12-2713:14:455)2014-12-2611:04:404、油井集控生產(chǎn)管理軟件二、主要技術(shù)成果專利情況序號專利名稱類型專利號(受理號)1基于直流母線的抽油機井群控系統(tǒng)發(fā)明201210153540.42一種簡單的異步調(diào)制實現(xiàn)方法發(fā)明201010235790.33直流電流型異步電動機及驅(qū)動控制發(fā)明201210570561.64一種抽油機集控專用逆變控制裝置發(fā)明201410641272.X 5抽油機井倒發(fā)電集控整流裝置實用新型201420293094.1二、主要技術(shù)成果一、項目概況二、主要技術(shù)成果三、現(xiàn)場試驗及應(yīng)用四、經(jīng)濟效益分析交流提綱群控試驗區(qū)(一)改造前:該區(qū)塊涉及油井?dāng)?shù)15口,開井15口,油井日液量50.7方、油量22.3方。供電線路電壓為6kV,導(dǎo)線為LJ-95,總長1.5kM,涉及變壓器10臺,總?cè)萘?130kVA,電機15臺,總負(fù)載450kW;改造后:原高壓線路邊線作為直流母線,原電機及電纜不變。變壓器三臺(160KVA、100KVA、80KVA),最遠(yuǎn)控制距離1千米。(1)效果分析三、現(xiàn)場試驗及應(yīng)用序號井號沖程電機功率應(yīng)用直流母線前生產(chǎn)參數(shù)應(yīng)用直流母線后正常生產(chǎn)參數(shù)沖次日液變壓器容量kVA沖次日液變壓器容量kVA1DBD65-X714.83023100+200+80+500.85.11602DBD65-X726302.22.11.43.33DBD65-X774.23021.20.51.24DBD65-X744.23021.50.81.55DBD65-X754.2301.31.211.56DBD65-X604.8301.62.10.81.87DBD65-X634.83023.90.51.88DBD65-504.23031.8100+2002.88.41009DBD65-X546302.66.61.55.410DBD65-X58630230.51.51
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