油田注水用恒压自动控制系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动控制技术，尤其是涉及一种应用于节能型油田注水的恒压自动控制装置及其方法。
【背景技术】
[0002]油田注水是国内很多油田保持高产稳产的重要措施，其方法就是把地层中散布的油集中到油井再提取上来。由于很多油田属于断裂区块油田，每个区块注水范围小，注水量随开采状况的变化需要经常调整。油田采油时，需要不断地从外部往采油层注水，以便石油聚集，提高采油效率，因此，需要修建注水泵站。一个注水泵站构成一个独立的供水网络并保持水压恒定，给数量不等的几个油井注水。为了保持注水泵站供水网络水压的恒定，一个注水泵站需要配备3?4台电动机和相应的控制设备，如附图1所示，图中为3台电机进行注水站的压力调节。
[0003]目前，国内大部分油田注水站普遍采用“电网+变频装置+普通异步电机+水泵+手动控制”的手动控制方式进行注水量的调节。采用手动控制方式进行油田注水量的调节，普通异步电机直接启动驱动水泵，调节过程由人工手动控制，这是目前油田注水系统经常采用的注水量调节方法。手动控制方式的缺点是:手动控制导致现场工人劳动强度大、人力成本高、异步电机自身噪音大、效率低、温升高，浪费能源的同时对现场的工作环境会造成较大的污染。同时，依靠手动控制，注水量调节实时性差，由于不能及时有效地对注水量进行调节，实际油田注水站都存在额定流量与实际流量不相匹配的问题，这就造成了很大的能源浪费。
[0004]随着技术的不断发展，国内部分油田注水站也采用了“电网+变频装置+转换开关+普通异步电机+水泵+手动/自动控制”方式进行注水量的调节。一种典型的油田注水自动变频控制系统电路图如附图2所示。附图2中采用三台异步电机进行注水量压力的调节，电网电能通过系统总断路器输送至变频器，通过变频器调节异步电机转速进行水压的调节。当需要启动多台异步电机时，通过转换开关将正在运行的异步电机脱离变频器并接至电网，同时将需要启动的异步电机接至变频器输出侧，由变频器控制其进行调速(如:转换开关KMO合闸，其他开关分闸，变频器控制1#电机运行；当还需要启动2#电机时，KMO分闸，同时KM1、KM2合闸，变频器控制2#电机调速)。系统通过传感器进行水压的采集，并将信号传至PLC，由PLC对整个系统进行自动控制。
[0005]这种方式的缺陷是:由于调节过程采用自动控制，可以有效地降低现场工人的劳动强度，并部分解决注水量调节的实时性问题，让电机能够及时地运行在高效点，可以有效地节约能源。但是由于不同异步电机启动时产生的电网切换冲击很大，同时在不同电机间运行的转换需由转换开关完成，在启动和转换过程中都会对电机的使用寿命等产生较大影响，降低系统可靠性。同时，由于异步电机本身的特性，仍会产生噪音大、运行效率低、可靠性低等问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种油田注水用恒压自动控制系统及其方法，能够有效地解决现有油田注水装置能源消耗大、工人劳动强度高、系统可靠性低、维护性差、电机噪音大、效率低的技术问题。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种油田注水用恒压自动控制系统的技术实现方案，一种油田注水用恒压自动控制系统，包括:输入隔离开关、整流装置、逆变装置、滤波装置、软启装置、输出隔离转换装置、控制装置、永磁同步电机和变频异步电机。所述输入隔离开关的输入端与外部的三相交流电网相连，所述输入隔离开关的输出端分别与所述整流装置、软启装置相连，所述整流装置与所述逆变装置相连，所述逆变装置与所述滤波装置的输入端相连。所述滤波装置、软启装置分别与所述输出隔离转换装置相连，所述输出隔离转换装置的输出端分别通过所述永磁同步电机、变频异步电机与外部的对应水泵相连，所述控制装置分别对所述输入隔离开关、逆变装置、软启装置和输出隔离转换装置进行控制。
[0008]优选的，所述整流装置采用二极管整流方式，将所述三相交流电网输出的交流电压变换成直流电压，同时向所述逆变装置传输来自于三相交流电网的能量。所述逆变装置将所述整流装置传输来的直流电压逆变为交流电，并通过所述滤波装置进行滤波处理，再通过所述输出隔离转换装置传输至所述永磁同步电机或所述变频异步电机使用。所述软启装置对所述变频异步电机进行软启或软停操作。
[0009]优选的，当油田进行注水水压调节时，所述控制装置读取来自于所述水泵的水压值，通过将所述水压值与设定压力值进行比较，控制所述逆变装置调节所述永磁同步电机，或控制所述软启装置调节变频异步电机。
[0010]优选的，当来自于所述水泵的水压值小于设定压力值时，所述控制装置通过所述逆变装置对所述永磁同步电机进行加速调节；若所述永磁同步电机的转速达到额定时，所述水压值仍不能满足注水要求，则所述控制装置控制所述软启装置启动所述变频异步电机；在所述变频异步电机正常运行后，所述控制装置根据所述水泵的水压值进行所述永磁同步电机的转速调节，以满足注水压力的需要。
[0011]优选的，当来自于所述水泵的水压值大于或等于设定压力值时，所述控制装置通过所述逆变装置对所述永磁同步电机进行减速调节；若所述永磁同步电机的转速达到最低时，所述水压值仍不能满足注水要求，则所述控制装置控制软启装置软停所述变频异步电机；在所述变频异步电机停止后，所述控制装置根据所述水泵的水压值进行所述永磁同步电机的转速调节，以满足注水压力的需要。
[0012]优选的，所述输出隔离转换装置进一步包括第一接触器和第二接触器，所述第一接触器连接于所述滤波装置与所述永磁同步电机之间，所述第二接触器连接于所述滤波装置与所述变频异步电机之间。当所述永磁同步电机或其对应的水泵出现故障时，所述第一接触器分闸，所述第二接触器合闸，利用所述逆变装置控制所述变频异步电机进行所述水泵注水压力的调节，所述输入隔离开关中与所述软启装置前端对应的第四接触器处于分闸状态。
[0013]优选的，所述逆变装置通过矢量控制方式驱动所述永磁同步电机运行，所述逆变装置通过电压/频率变换控制方式驱动所述变频异步电机运行。
[0014]本发明还另外具体提供了一种油田注水用恒压自动控制方法的技术实现方案，油田注水用恒压自动控制系统包括逆变装置、软启装置、控制装置、永磁同步电机和变频异步电机，所述方法包括以下步骤:
当油田进行注水水压调节时，所述控制装置读取来自于水泵的水压值，通过将所述水压值与设定压力值进行比较，控制所述逆变装置调节所述永磁同步电机或控制所述软启装置调节所述变频异步电机，改变所述水泵的输出压力，实现注水量的自动调节。
[0015]优选的，当来自于所述水泵的水压值小于设定压力值时，所述控制装置通过所述逆变装置对所述永磁同步电机进行加速调节；若所述永磁同步电机的转速达到额定时，所述水压值仍不能满足注水要求，则所述控制装置控制所述软启装置启动所述变频异步电机；在所述变频异步电机正常运行后，所述控制装置根据所述水泵的水压值进行所述永磁同步电机的转速调节，以满足注水压力的需要。
[0016]优选的，当来自于所述水泵的水压值大于或等于设定压力值时，所述控制装置通过所述逆变装置对所述永磁同步电机进行减速调节；若所述永磁同步电机的转速达到最低时，所述水压值仍不能满足注水要求，则所述控制装置控制软启装置软停所述变频异步电机；在所述变频异步电机停止后，所述控制装置根据所述水泵的水压值进行所述永磁同步电机的转速调节，以满足注水压力的需要。
[0017]优选的，所述油田注水用恒压自动控制系统还包括整流装置、滤波装置和输出隔离转换装置。所述整流装置将外部的三相交流电网输出的交流电压变换成直流电压，同时向所述逆变装置传输来自于三相交流电网的能量。所述逆变装置将所述整流装置传输来的直流电压逆变为交流电，并通过所述滤波装置进行滤波处理，再通过所述输出隔离转换装置传送至所述永磁同步电机或所述变频异步电机使用。所述软启装置对所述变频异步电机进行软启或软停操作。
[0018]优选的，当所述永磁同步电机或其对应的水泵出现故障时，断开所述滤波装置与所述永磁同步电机之间的连接，连接所述滤波装置与所述变频异步电机之间的通路，并断开外部的三相交流电网与所述软启装置之间的连接，通过