注水系统高压变频改造设计经过多次论证，根据油田注水系统运行及现场实际情况，系统改造选用德国西门子公司生产的MASTERDRIVER6S70系列315KW高压大功率变频器进行注水稳压控制。可编程控制器PLC选用西门子S7-300系列控制器，实现油田注水恒压控制。
注水系统高压变频设计原则在控制电路的设计方面，采用了三冗余设计。所谓三冗余，即正常情况下，泵出口压力信号通过PLC进行PID调节运算，与设定值比较后输出420mA控制信号控制变频器的运行来稳定注水泵出口压力；当泵出口压力反馈信号回路出现故障时，PLC自动记忆正常时的压力信号，并通过PLC箱内置的恒流源输出相当于PID运算后的调节值的420mA控制信号控制变频器；当PLC出现故障时，可人工切换到手动位置，泵出口压力信号直接进入变频器，通过变频器内的主控模块与设定值进行比较运算，输出调节值控制变频器的运行。在电路设计上，还注意到系统手/自动切换、每台水泵的变频接触器和工频接触器、各注水泵的变频接触器在电气上的连锁，防止出现多台水泵同时接通变频电源的现象，大大降低了事故发生的可能性。
变频注水系统工作原理陆梁油田陆9井区注水系统的变频采用高-低-高控制方式，即采用10KV高压电源经变压器降低到690V后供给变频器，变频器根据泵出口压力信号与PLC设定值进行PID运算后输出调节信号控制注水泵的出口压力，经过变频后输出一种频率可调的690V电源再经变压器升压到10KV供给高压注水泵，控制注水泵的出口压力。
控制过程如所示，3注水泵只能使用工频电压运行，而4和5泵则可通过变频器进行主备控制，即4和5泵同时只能有一台进行变频控制而不能同时变频控制两台泵。其中4泵只能采用变频运行，而5泵则既能工频运行，又能变频运行。日常运行中两台注水泵即可满足日常注水要求，一台作为备用。运行时一台工频运行，一台变频运行，当泵出口压力低于设定值时，此时压力变送器检测泵出口压力信号反馈给PLC，经PID运算后控制变频器的频率输出，使变频器频率逐渐上升（最高可上升到50Hz），电机转速逐渐增大，直至泵出口压力达到设定值，变频器在一个稳定的频率值下运行。反之，当泵出口压力高于设定值时，压力变送器检测泵出中压力信号反馈给PLC，经PID运算后控制变频器的频率输出，使变频器频率逐渐下降，电机转速逐渐降低，直至泵出口压力达到设定值，变频器在一个稳定的频率值下运行，泵出口压力趋于稳定。
陆梁原油处理站高压注水系统控制原理图3变频改造应用效果分析变频软起动降低了设备损耗由于在工频50Hz电网直接启动时，对电网和电机的机械冲击较大，声响很大，估算其启动一次的损耗为：Ws=0.5J（1+r1/r2）Tm/（Tm-TL），柱塞泵负载的平方转矩特性与异步电动机起动时的机械特性曲线部分相似，可以Tm/（Tm-TL）=1计。通过引入高压变频控制注水压力后，软起动损耗很小，只有工频运行条件下启动损耗的1/10，每年的起动节能非常可观，同时也大大延长了大功率注水泵电机的使用寿命。
变频提高了系统电网的功率因数当采用变频调速时，50Hz满载时功率因数接近于，l工作电流比电机额定电流值要低许多，这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用，可以为电网节约容量。
延长了设备的机械寿命采用变频调速后，可以避免因通过阀门控制使泵过多偏离额定工作区而引起的振动，这种振动会严重降低泵的使用寿命，并可引发安全事故。由于启动缓慢及转速的降低，相应地延长了许多零部件如密封、轴承的寿命，特别是减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命，减少了检修维护开支，节约大量维护费用。
经济效益分析为降低一次设备投资改造费用，改造中使用一台泵作工频运行，一台泵作变频调速运行，第三台泵作为备用泵。此方案的主要特点是只用一台变频器，故设备投资少，适用于控制精度要求不是很高的场合。
根据测算此方案实际电功率的计算如下：280KW的拖动电动机容量为Pm=280KW，全速时的供水量为Qn，泵的空载损耗为PO=0.1280KW=28KW，每天的平均总供水流量为140%.Qn，则1号泵为全速，其平均功率为Pm1=Pm=280KW，而2号的平均转速为全速的40%，其平均功率为Pm2=（28+0.40280）KW=140KW，两台泵的总平均功率为280+140=420KW.
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