一种油田用的水源井变频节能监控系统技术方案

本发明专利技术属于节能监控电器设备技术领域，具体提供了一种油田用的水源井变频节能监控系统，包括电潜泵、驱动电潜泵的异步电动机以及与电潜泵连接的出水管线。上述井口出水管线上安装有压力变送器，所述压力变送器测得出水压力将其转化为4～20mA电信号；压力变送器电连接PLC的I/O模块；PLC的I/O模块电连接变频器的操作面板控制变频器，变频器连接控制异步电动机；本发明专利技术的有益效果：本发明专利技术提供的这种油田用的水源井变频节能监控系统，节能效果显著，同时减少了供电线路的损耗，增加了变压器的带载能力；减小了电潜泵、异步电动机自身的机械冲击损耗。为油田正常化生产提供了可靠的节能监控设备。

【技术实现步骤摘要】
一种油田用的水源井变频节能监控系统
本专利技术属于节能监控电器设备
，具体涉及一种油田用的水源井变频节能 监控系统。
技术介绍
目前，公知的油田水源井主要存在的问题有： 现有水源井井下电潜泵型号为130ZTQ20-400?700,电潜泵异步电动机YQS200-45至 YQS200-75,最小异步电动机功率45KW，最大异步电动机75KW，出水管柱采用Φ 76 X 5. 5油 管，电缆采用35 mm2?50mm2防水电缆，地面控制柜采用自偶降压启动，控制柜功率为55? 75KW，由于大部分水源井的泵容量大、管线设计规格小，造成泵容量与管线设计规格不相匹 配的缺陷。电潜泵的实际负荷远小于其额定功率，处于大马拉小车的工况，造成了节流运行 或反输回流等现象，而且功率因数小，因没有采取相应的节能措施，浪费电能十分严重。 电潜泵控制方法简单，采用自偶降压启动，可靠性差，电路经常出现故障，控制方 法单一，直接影响水源井向地面供水的正常进行。 水源井因未装水位监测装置，动液面无法检测，每次修井时，只能通过出水管观察 静液面，每年因水抽干不能自动断开电，导致烧坏的电潜泵占每年整个水源井电潜泵损坏 的65%左右，电潜泵空转不安全，同时还存在着浪费大量电能的问题，结果导致修井周性期 短、费用高，修井工劳动强度大，水源井供水不足，向地层注水量减少，严重影响了原油产量 的完成。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中由于油田水源井电潜泵没有采取节能措施，造成 电能浪费严重以及水抽干时电潜泵空转不能自动断电的问题。 为此，本专利技术提供了一种油田用的水源井变频节能监控系统，包括电潜泵、驱动电 潜泵的异步电动机以及与电潜泵连接的出水管线，上述出井口水管线上安装有压力变送 器，所述压力变送器测得出水压力将其转化为4?20mA电信号；压力变送器电连接PLC 的I/O模块；PLC的I/O端模块连接变频器操作面板控制变频器，变频器连接控制异步电动 机； 所述电潜泵连接的井口出水管线设置有液位传感器，所述液位变送器与PLC的I/O模 块电连接； 所述井口出水管线上设置有与PLC的I/O模块电连接的流量计。 所述PLC2的I/O模块上设置有7个输入端口和10个输出端口。 所述的7个输入端口包括2个数字量输入端口和5个模拟量输入端口；所述的10 个输出端口包括9个数字量输出端口和1个模拟量输出端口。 变频器为ABB变频器，采用ACS510系列，额定容量为55?90KW。 本专利技术的有益效果：本专利技术提供的这种油田用的水源井变频节能监控系统，节能 效果显著，使电潜泵功率因数提高到0.95以上，综合节电率达到20%以上，同时减少了供电 线路的损耗，增加了变压器的带载能力；在开、停机时减小了电流对电网的冲击以及管内压 力对管网系统的冲击；减小了电潜泵、异步电动机自身的机械冲击损耗。确保了水源井正常 供水、向地层注水的正常进行，保证了生产的畅通无阻，为油田正常化生产提供了可靠的节 能监控设备。 以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。 【附图说明】 图1是恒压控制系统的基本特征图示意图； 图2是管网及电潜泵的运行特性曲线图； 图3是电潜泵的控制流程示意图； 图4是变频器控制接线图； 图5是PLC及扩展模块外围接线图； 图6是本专利技术的控制回路接线图； 图7是本专利技术的端子接线图。 附图标记说明：1、压力变送器；2、PLC ;3、变频器；4、异步电动机；5、电潜泵；6、软 启动器。 【具体实施方式】 实施例1 : 为了使水源井的供水系统稳定运行，供水系统必须同时满足扬程特性和管阻特性。扬 程特性是以系统管路中的阀门开度不变为前提，表明电潜泵在某一转速下扬程Η与流量Q 之间的关系曲线。扬程特性所反映的是扬程Η与用水流量Q间的关系H=f(Q)。 管阻特性是以电潜泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下扬程Η与流量Q 之间的关系曲线。管阻特性反映了电潜泵的能量用来克服电潜泵系统的水位及压力差、水 在管道中流动阻力的变化规律。改变阀门开度，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向 用户的供水能力。 因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量Qc之间的关系H=f(Qc)。扬程特性曲 线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图1所示，a曲线表示管阻特性，b曲 线表示扬程特性，a曲线与b曲线的交点为供水系统的工作电，即A点。在这一点，用水流 量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻 特性，系统稳定运行。 在供水系统中，通常以控制流量为目的，常用的控制方法为阀门控制法和转速控 制法。 阀门控制法是在电潜泵异步电动机转速保持不变的前提下，通过调节阀门开度来 调节流量的，其实质是通过改变水路中的阻力大小来改变流量。因此，管阻将随阀门开度的 改变而改变，但扬程特性不变。由于实际用水工况中，需水量是变化的，若阀门开度在一段 时间内保持不变，必然要造成超压或欠压现象的出现。 转速控制法是在阀门开度保持不变的前提下，通过改变驱动电潜泵的异步电动机 的转速来调节流量，其实质是通过改变水的动能改变流量。因此，扬程特性将随电潜泵转速 的改变而改变，但管阻特性不变。变频调速供水方式属于转速控制，其工作原理是根据用水 工况变化自动地调整电潜泵异步电动机的转速，使管网压力始终保持恒定，当水量增大时 异步电动机加速，水量减小时异步电动机减速。 由流体力学可知，电潜泵的输出功率P与管网的水压Η及出水流量Q的乘积成正 比；电潜泵的转速η与出水流量Q成正比；管网的水压Η与出水流量Q的平方成正比。由上 述关系可知，电潜泵的输出功率Ρ与转速η的三次方成正比，S卩：当用阀门控制时，若供水量 变大，水泵工作在E点，如图2所示，流量为Q1，扬程为H0,当供水量从Q1减小到Q2时，必 须关小阀门，这时阀门的摩擦阻力变大，阻力曲线从b3移到bl，扬程特性曲线不变。而扬程 则从H0上升到H1，运行工况点从E点移到F点，此时电潜泵的输出功率正比于HI XQ2。当 用转速控制法时，若采用恒压（H0)，变速泵（n2)供水，管阻特性曲线为b2,扬程特性变为曲 线n2,工作点从E点移到D点。此时电潜泵输出功率正比于H0XQ2,由于H1>H0,所以当用 阀门控制流量时，有正比于（H1 - HO) XQ2的功率被浪费掉，并且随着阀门的不断关小，阀 门的摩擦阻力不断变大，管阻特性曲线上移，运行工况点也随之上移，于是H1增大，而被浪 费的功率要随之增加。所以转速控制方式要比阀门控制方式供水功率要小得多，节能效果 显著。 [0021 ] 为了克服现有油田水源井电潜泵没有采取节能措施，造成电能浪费严重以及水抽 干时电潜泵不能自动断电的问题。本专利技术提供了一种油田用的水源井变频节能监控系统， 包括电潜泵5,驱动电潜泵5的异步电动机4以及与电潜泵5连接的出水管线，上述井口出 水管线上安装有压力变送器1，所述压力变送器1测得出水压力将其转化为4?20mA电信 号；压力变送器1电连接PLC2的I/O模块；PLC2的I/O模块电连接变频器3的控制面板控 制变频器，变频器3连接控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油田用的水源井变频节能监控系统，包括电潜泵（5）、驱动电潜泵（5）的异步电动机（4）以及与电潜泵（5）连接的出水管线，其特征在于：上述井口出水管线上安装有压力变送器（1）,所述压力变送器（1）测得出水压力将其转化为4～20mA电信号；压力变送器（1）电连接PLC（2）的I/O模块； PLC（2）的I/O模块连接变频器（3）操作面板控制变频器，变频器（3）连接控制异步电动机（4）；所述电潜泵（5）连接的井口出水管线设置有液位变送器，所述液位变送器与PLC（2）的I/O模块电连接；所述井口出水管线上设置有与PLC（2）的I/O模块电连接的流量计。

【技术特征摘要】
1. 一种油田用的水源井变频节能监控系统，包括电潜泵（5)、驱动电潜泵（5)的异步电 动机（4)以及与电潜泵（5)连接的出水管线，其特征在于：上述井口出水管线上安装有压力 变送器（1)，所述压力变送器（1)测得出水压力将其转化为4?20mA电信号；压力变送器 (1) 电连接PLC (2)的I/O模块；PLC (2)的I/O模块连接变频器（3)操作面板控制变频 器，变频器（3 )连接控制异步电动机（4 ); 所述电潜泵（5 )连接的井口出水管线设置有液位变送器，所述液位变送器与PLC (2 )的 I/O模块电连接； 所述井口出水...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宝元，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61