變頻調(diào)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(fù)雜，而且效率低，增加了工作人員的勞動(dòng)量。現(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(dòng)機(jī)無極變速的需求，在運(yùn)行中可以根據(jù)水壓的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)是一種先進(jìn)的節(jié)能供水系統(tǒng)，不僅提升了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，而且給企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。隨著科技的快速發(fā)展，變頻器的功能會(huì)逐漸完善，在實(shí)際的應(yīng)用中充分應(yīng)用變頻器，對(duì)恒壓變頻供水系統(tǒng)起到很重要的作用。

一、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)概述

1、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程

通過使用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，對(duì)恒壓供水的控制流程為：水源井—注水泵。可見這種控制比傳統(tǒng)的注水泵更加的簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了操作流程，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)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(shí)降低了工作人員的工作強(qiáng)度。變頻調(diào)度控制系統(tǒng)在水泵運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)了恒壓供水，對(duì)參數(shù)實(shí)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(dāng)官網(wǎng)的壓力小于系統(tǒng)的額定壓力時(shí)，變頻器的頻率就會(huì)上升，使電機(jī)的功率提升;反之，電機(jī)的功率下降。

當(dāng)管網(wǎng)的壓力降低時(shí)，系統(tǒng)能夠夠自動(dòng)調(diào)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(diào)速技術(shù)是通過改變電動(dòng)機(jī)的速度實(shí)現(xiàn)對(duì)水流量的調(diào)節(jié)，能夠有效的降低了設(shè)備的損耗，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

2、系統(tǒng)特點(diǎn)

變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：①占地面積小、重量輕。由于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(yùn)行效率。而且在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)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(shù)，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(biāo)準(zhǔn)，所以電機(jī)就會(huì)平穩(wěn)的運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲的現(xiàn)象，而且也不需要降低電機(jī)的容量。③系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單。系統(tǒng)采用了先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備，在參數(shù)的設(shè)定、功能的選擇以及系統(tǒng)的檢測(cè)等方面都能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化，以簡(jiǎn)單的操作形式提高了工作的運(yùn)行效率。

泵類設(shè)備在生產(chǎn)領(lǐng)域同樣有著廣闊的應(yīng)用空間，提水泵站、水池儲(chǔ)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(shè)備。而且，根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)備進(jìn)行流量、壓力、水位等信號(hào)的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費(fèi)，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(yán)重時(shí)損壞設(shè)備、影響生產(chǎn)、危及產(chǎn)品質(zhì)量。風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，存在啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備，時(shí)常出現(xiàn)泵損壞同時(shí)電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用變頻調(diào)速器(簡(jiǎn)稱變頻器)易操作、免維護(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn);因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)的方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案。

二、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的工作原理

整套設(shè)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(hào)，在變頻器的轉(zhuǎn)換模塊的作用下，將采集的反饋信號(hào)與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析，將最后的結(jié)果以運(yùn)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(duì)變頻器起到了控制作用。當(dāng)供水管網(wǎng)的壓力比設(shè)定的壓力值低，就會(huì)提升變頻器的運(yùn)行頻率，然后根據(jù)壓力的變化情況進(jìn)行差分的調(diào)控，比如當(dāng)壓力不斷上升，快要達(dá)到設(shè)定的值時(shí)，PID的運(yùn)算就會(huì)減少，執(zhí)行速度減慢，就會(huì)穩(wěn)定壓力。在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行中，出現(xiàn)的變頻器的故障、缺相等，系統(tǒng)都能夠自動(dòng)的發(fā)出報(bào)警信號(hào)，然后工作人員就能夠及時(shí)的處理，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，在系統(tǒng)中有手動(dòng)控制的方式，使用工頻的運(yùn)行，能夠繼續(xù)保證注水過程的順利進(jìn)行。在變頻器的設(shè)計(jì)上使用了軟起功能，當(dāng)系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)，減少了沖擊電流的產(chǎn)生，很大程度上延長(zhǎng)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(diào)節(jié)閥門的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量和壓力的控制。但是要滿足工藝上的要求，不能長(zhǎng)時(shí)間的保持小流量的運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)造成泵內(nèi)溫度的升高，對(duì)設(shè)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(fèi)，降低了設(shè)備的使用效率。在注水泵的設(shè)計(jì)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(shí)際當(dāng)中都是采用的小流量的方式，所以設(shè)備沒有充分發(fā)揮自身的價(jià)值，浪費(fèi)了設(shè)備能源。

采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)以后，可以根據(jù)實(shí)際的需求，對(duì)水流量和壓力進(jìn)行控制，提升電動(dòng)機(jī)的使用效率。電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制還要根據(jù)自身兩端的電壓以及頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)注水量和壓力的條調(diào)節(jié)。通過理論上的計(jì)算，并結(jié)合管網(wǎng)損阻力損失等因素，在油田注水泵上使用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)平均的節(jié)能效率可以達(dá)到30%以上。

總而言之，在油田注水泵上使用變頻調(diào)控系統(tǒng)，能夠?qū)φ{(diào)節(jié)管網(wǎng)的水壓和電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持注水管網(wǎng)的壓力恒定，在實(shí)際的使用中節(jié)約了電能，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率，同時(shí)改善了注水過程中存在的問題。該系統(tǒng)具備一定的先進(jìn)性，運(yùn)行穩(wěn)定，而且節(jié)能效果明顯，值得大力推廣。