一、概述
油田注水站在使用變頻調速裝置之前,都是用工頻啟動設備,機泵在恒速下運行。在實際生產(chǎn)中,由于注水系統(tǒng)的不穩(wěn)定性,使得泵站壓力經(jīng)常發(fā)生變化,當壓力超過或低于規(guī)定值時,只能靠人為的啟停泵或打回流(注水泵以一定的壓力、排量運行時,為滿足注水井計劃注水量的要求,在注水泵出口處把一部分水回流到貯水罐)來調節(jié)壓力,此種調節(jié)方法很難達到注水要求,既影響穩(wěn)壓注水又浪費電能。應用變頻調速器閉環(huán)控制技術,通過改變注水泵電機轉速來調節(jié)注水泵排量,不僅可減少回流量,實現(xiàn)了穩(wěn)壓注水,還可以提高管網(wǎng)效率,減少電耗,達到了節(jié)能的目的。從根本上解決了這一影響注水質量及注水效率的難題。
二、系統(tǒng)設計
由異步電動機轉速與頻率的關系n=60f/N(1-s)可知,對于已選定好的電機,因極對數(shù)N不變,轉差率s變化范圍有限,所以轉速n主要決定于頻率f,變頻調速就是通過改變定子電源頻率來實現(xiàn)電動機調速的。因電機消耗的功率與電機轉速的立方成正比,轉速改變后相對應的電機功率也就發(fā)生變化,達到節(jié)電的目的。變頻調速閉環(huán)控制系統(tǒng)是在配水網(wǎng)處安裝壓力傳感器,壓力傳感器輸出隨配水網(wǎng)壓力變化的4~20mA的信號,送至變頻器,變頻器內置有PI調節(jié)器,設定好PI調節(jié)器的比例值、積分值和設定值,變頻器便能按設定的壓力在偏差范圍內不斷調節(jié)電機的轉速,從而實現(xiàn)注水系統(tǒng)的壓力閉環(huán)控制。其系統(tǒng)工作框圖如圖1。
[align=center]
變頻調速器閉環(huán)控制系統(tǒng)工作框圖 [/align]
三、變頻調速器容量的選擇
變頻器的容量選擇是非常重要的,因為合理的容量確定的本身就是一種節(jié)能降耗措施。根據(jù)現(xiàn)有的資料和經(jīng)驗,確定變頻器的容量以達到最佳匹配,其主要方法有:
a) 電機實際功率確定法
按接近電機實際功率選擇變頻器容量。
b)公式法
設安全系數(shù)為1。05,則變頻器的容量Pb為
Pb=1。05PeηecosΦ,kW 式中 Pe——電機的負載,kW ηe——電機效率
c)電機額定電流法
變頻器的輸出電流大于電機額定電流的10%即可。
四、運行情況及效益分析
長慶石油勘探局第二采油廠注水站為5ZB 37/170型往復注水泵,注水泵的配備功率為185kW,每日開2臺泵注水,供水量為1500m3/d左右,計劃配注量約1000m3/d左右,回流約500m3/d。改造前,該站兩臺泵均在工頻狀態(tài)下運行,該站改造后安裝了1臺變頻調速閉環(huán)控制系統(tǒng)后,1臺泵在50Hz工頻下運行,另1臺泵在31Hz變頻下運行,經(jīng)過1個多月的試運行后,對改造前后泵的運行工況進行了現(xiàn)場測試對比,測試情況如表1。
1. 經(jīng)濟效益可觀,從表1可知,當電源頻率由50Hz調整到31Hz時,回流量減少了207m3/d,節(jié)約電能1224kW•h/d,年創(chuàng)經(jīng)濟效益 26萬元,投資回收期為1。15a。
2. 實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)自動控制后,操作簡便,減少了現(xiàn)場閥門的頻繁調節(jié),確保了生產(chǎn)平穩(wěn),減輕了工人的勞動強度。
3. 由于電機頻率下降,大大降低了噪聲及振動,改善了現(xiàn)場工作環(huán)境,同時避免了“大馬拉小車”的現(xiàn)象。
4. 由于設備轉速降低,設備工作平穩(wěn),磨損減少,延長了設備的使用壽命和檢修周期。
5. 用了變頻調速系統(tǒng)后,由于注水壓力始終保持恒定,一方面保持了地下壓力的平衡,取得了良好的驅油效果使產(chǎn)量穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn);另一方面對油井及含油層有一定的保護作用,能夠做到文明開采,延長油井壽命。
6. 采用軟啟動方式,大大減少了因電機啟動電流過大對電網(wǎng)的沖擊,保證了電網(wǎng)的正常運行。
五、使用注意事項
a) 一旦發(fā)生故障報警,,要首先觀察變頻器鍵盤上所顯示的故障代碼并將其記錄下來,待排除故障后方可通電運行。
b) 變頻器與電機之間不應有減壓啟動裝置和功率因數(shù)補償用的電容器。
c) 變頻器在給電機供電時,在輕載或低速運轉過程中,有時變頻器交流輸入電流很不平衡,嚴重時只有一相有電流,其他相無電流。這并不是異?,F(xiàn)象。當負載增加或電機進入高速區(qū)時輸入電流增加,電流就平穩(wěn)了。
d) 由于變頻器在工作時產(chǎn)生一定的高次諧波,為了防止污染電源,可在電源旁邊裝設絕緣變壓器進行衰減。
e) 采用變頻器調速的電機,由于電機電流含有高次諧波成分,損耗增大,溫升增高,而且在低轉速下運轉,冷卻效果變壞,會導致溫度升高。為解決溫度升高可適當增加變頻器容量或采取風扇進行強制致冷。
六.結論
1)節(jié)能效果顯著。電動機采用變頻調速,可以使電動機和驅動的傳動機械變速運行,對于相同負荷定速運行的耗電量明顯降低,速度越低越省電。同樣也降低了變電、輸電的有功和無功負荷。
2)使用變頻調速閉環(huán)控制系統(tǒng),減輕了由于調節(jié)閥節(jié)流形成的對泵的旋渦沖擊,同時也減輕了注水泵的振動和噪聲,改善了工作環(huán)境,延長設備使用壽命,具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。