變頻調速控制系統(tǒng)在油田注水泵上的節(jié)能探討

在油田注水站上一般使用較多的是水源井深井泵，這種方式操作比較復雜，而且效率低，增加了工作人員的勞動量?，F(xiàn)在研制的新型的變頻器恒壓供水系統(tǒng)能夠滿足水泵電動機無極變速的需求，在運行中可以根據(jù)水壓的大小，自動調節(jié)運行參數(shù)。變頻調速控制系統(tǒng)是一種先進的節(jié)能供水系統(tǒng)，不僅提升了系統(tǒng)的運行效率，而且給企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益。隨著科技的快速發(fā)展，變頻器的功能會逐漸完善，在實際的應用中充分應用變頻器，對恒壓變頻供水系統(tǒng)起到很重要的作用。

一、變頻調速控制系統(tǒng)概述

1、變頻調速控制系統(tǒng)的實現(xiàn)過程

通過使用變頻調速控制系統(tǒng)，對恒壓供水的控制流程為：水源井—注水泵?？梢娺@種控制比傳統(tǒng)的注水泵更加的簡單，簡化了操作流程，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動控制，不僅節(jié)約了電能，而且降低了企業(yè)的投資成本，同時降低了工作人員的工作強度。變頻調度控制系統(tǒng)在水泵運行中實現(xiàn)了恒壓供水，對參數(shù)實行閉環(huán)的控制，這樣就能在注水的過程始終保持平穩(wěn)的狀態(tài)。當官網(wǎng)的壓力小于系統(tǒng)的額定壓力時，變頻器的頻率就會上升，使電機的功率提升;反之，電機的功率下降。

當管網(wǎng)的壓力降低時，系統(tǒng)能夠夠自動調節(jié)，使管網(wǎng)的壓力與額定的壓力值保持平衡。所以變頻調速技術是通過改變電動機的速度實現(xiàn)對水流量的調節(jié)，能夠有效的降低了設備的損耗，延長了設備的使用壽命。

2、系統(tǒng)特點

變頻調速控制系統(tǒng)的主要特點為：①占地面積小、重量輕。由于整個系統(tǒng)的設計中沒有輸入和輸出的變壓器，這樣就減輕了系統(tǒng)的重量，提升了系統(tǒng)運行效率。而且在系統(tǒng)的實際運行中出現(xiàn)故障的次數(shù)也少。②系統(tǒng)穩(wěn)定性高。系統(tǒng)采用了正弦波PWM技術，操作人員可以有效的觀察到波形的圖像，輸出的du/dt滿足IEEE標準，所以電機就會平穩(wěn)的運行，不會出現(xiàn)振動和噪聲的現(xiàn)象，而且也不需要降低電機的容量。③系統(tǒng)操作簡單。系統(tǒng)采用了先進的自動化設備，在參數(shù)的設定、功能的選擇以及系統(tǒng)的檢測等方面都能夠實現(xiàn)自動化，以簡單的操作形式提高了工作的運行效率。

泵類設備在生產(chǎn)領域同樣有著廣闊的應用空間，提水泵站、水池儲罐給排系統(tǒng)、工業(yè)水(油)循環(huán)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)均使用離心泵、軸流泵、齒輪泵、柱塞泵等設備。而且，根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設備進行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費，管路、閥門等密封性能的破壞;還加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴重時損壞設備、影響生產(chǎn)、危及產(chǎn)品質量。風機、泵類設備多數(shù)采用異步電動機直接驅動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點。不僅影響設備使用壽命，而且當負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設備，時常出現(xiàn)泵損壞同時電機也被燒毀的現(xiàn)象。近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對產(chǎn)品質量不斷提高的要求，加之采用變頻調速器(簡稱變頻器)易操作、免維護、控制精度高，并可以實現(xiàn)高功能化等特點;因而采用變頻器驅動的方案開始逐步取代風門、擋板、閥門的控制方案。

二、變頻調速控制系統(tǒng)的工作原理

整套設備的工作原理為：在壓力變送器的作用下能夠采集供水管網(wǎng)的反饋信號，在變頻器的轉換模塊的作用下，將采集的反饋信號與設定的數(shù)值進行比較，通過對數(shù)據(jù)的處理分析，將最后的結果以運行頻率的形式輸出。在PID模塊上通過自身具備的差分和比較的功能，對變頻器起到了控制作用。當供水管網(wǎng)的壓力比設定的壓力值低，就會提升變頻器的運行頻率，然后根據(jù)壓力的變化情況進行差分的調控，比如當壓力不斷上升，快要達到設定的值時，PID的運算就會減少，執(zhí)行速度減慢，就會穩(wěn)定壓力。在整個系統(tǒng)的運行中，出現(xiàn)的變頻器的故障、缺相等，系統(tǒng)都能夠自動的發(fā)出報警信號，然后工作人員就能夠及時的處理，保證系統(tǒng)運行的可靠性。當變頻器發(fā)生故障時，在系統(tǒng)中有手動控制的方式，使用工頻的運行，能夠繼續(xù)保證注水過程的順利進行。在變頻器的設計上使用了軟起功能，當系統(tǒng)在啟動時，減少了沖擊電流的產(chǎn)生，很大程度上延長了系統(tǒng)的使用效率。

三、節(jié)能原理與效果分析

在一般的情況下，油田高壓注水的過程中采用了人工調節(jié)閥門的方式，實現(xiàn)對流量和壓力的控制。但是要滿足工藝上的要求，不能長時間的保持小流量的運行狀態(tài)，會造成泵內溫度的升高，對設備的損耗非常的大，所以就采用大回流的方法降低問題，這樣就造成了電能浪費，降低了設備的使用效率。在注水泵的設計中規(guī)定的最大值是大流量和壓力作為選擇的依據(jù)，但是在實際當中都是采用的小流量的方式，所以設備沒有充分發(fā)揮自身的價值，浪費了設備能源。

采用變頻調速控制系統(tǒng)以后，可以根據(jù)實際的需求，對水流量和壓力進行控制，提升電動機的使用效率。電機轉速的控制還要根據(jù)自身兩端的電壓以及頻率進行調節(jié)，保證電機的轉速能夠滿足系統(tǒng)的運行需求，從而實現(xiàn)對注水量和壓力的條調節(jié)。通過理論上的計算，并結合管網(wǎng)損阻力損失等因素，在油田注水泵上使用變頻調速控制系統(tǒng)平均的節(jié)能效率可以達到30%以上。

總而言之，在油田注水泵上使用變頻調控系統(tǒng)，能夠對調節(jié)管網(wǎng)的水壓和電機的轉速，保持注水管網(wǎng)的壓力恒定，在實際的使用中節(jié)約了電能，提高了設備的運行效率，同時改善了注水過程中存在的問題。該系統(tǒng)具備一定的先進性，運行穩(wěn)定，而且節(jié)能效果明顯，值得大力推廣。