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　　油田注水是中國(guó)很多油田保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要有效措施。其方法就是把地層中散布的油集中到油井，再提取上來(lái)。由于大慶油田屬于斷裂區(qū)塊油田，每個(gè)區(qū)塊注水范圍小，注水量隨開(kāi)采狀況的變化，需要經(jīng)常調(diào)整，大部分注水站都存在額定流量與實(shí)際流量不相匹配的問(wèn)題。而油田注水由于壓力高、水量大，注水電機(jī)大多是大功率電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于高耗能狀態(tài)運(yùn)行，采用高壓變頻調(diào)速裝置對(duì)油田注水泵用電動(dòng)機(jī)實(shí)行變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)注水泵變水量控制是一項(xiàng)非常有效的節(jié)能措施。

　　大慶油田采油某廠注水站的1250kW兩臺(tái)水泵主要用于油田注水，原來(lái)采用星三角啟動(dòng)方式，工頻控制，水流量由閥門(mén)調(diào)節(jié)。現(xiàn)采用深圳英威騰電氣股份有限公司的自主研發(fā)、生產(chǎn)的多單元串聯(lián)的高─高形式的CHH100系列高壓變頻器，在注水泵配置的電動(dòng)機(jī)安裝高壓變頻器, 進(jìn)行變頻節(jié)能改造，都取得良好的節(jié)能效果，下面對(duì)改造情況作

2.英威騰CHH系列高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)

　　深圳市英威騰電氣股份有限公司，提供的CHH100系列變頻器除了具有一般廠家的高壓變頻器功能外，還有以下幾方面的特點(diǎn)。

　　1）具有較強(qiáng)的功能，能夠滿(mǎn)足不同工況

　　CHH100系列高壓變頻器采用DSP系統(tǒng)與可編程系統(tǒng)巧妙的結(jié)合，控制系統(tǒng)高度集成化，設(shè)備器件主要采用進(jìn)口器件，完成了比一般高壓變頻器的功能，具有300多個(gè)功能碼，可以對(duì)啟動(dòng)特性、運(yùn)行模式等功能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行不同設(shè)定。CHH100系列高壓變頻器具有標(biāo)準(zhǔn)的RS485接口，可以通過(guò)RS485通訊接口（采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議）與DCS進(jìn)行連接，也可以通過(guò)硬接線的方式與DCS系統(tǒng)進(jìn)行連接。多種接口方式選擇可以DCS系統(tǒng)很方便的對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。也可以進(jìn)行不同參數(shù)設(shè)置，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)其它各種不同工況。

　　2）全面的保護(hù)功能

　　CHH100系列變頻器的功率單元自身就有多達(dá)11種的故障保護(hù);主控系統(tǒng)采用DSP+PFGA巧妙配合，電氣部分對(duì)輸出電壓、輸出電流、輸入電壓、輸入電流都有全面檢測(cè)，對(duì)變頻器電源及電機(jī)都有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、欠壓、溫度等具有多達(dá)二十幾種超強(qiáng)綜合保護(hù)功能，并且重要的保護(hù)定值可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的工況進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。內(nèi)置雷擊過(guò)流保護(hù)裝置，有效提高設(shè)備保護(hù)功能和系統(tǒng)保護(hù)功能，完全能夠保證電源及電機(jī)的安全運(yùn)行。

　　3）全面的參數(shù)記錄

　　CHH100系列高壓變頻器顯示多項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)過(guò)過(guò)程變量，包括每個(gè)模塊的溫度、母線電壓都有檢測(cè)與顯示。具有故障、事故顯示、記錄功能，具有自診斷功能，所在信息可以通過(guò)通訊上傳至DCS系統(tǒng)，異常時(shí)對(duì)變頻器的狀態(tài)都有全面的記錄，以便現(xiàn)場(chǎng)人員更準(zhǔn)確、更快捷地解決問(wèn)題。

　　4）最大的電壓、電流冗余量設(shè)計(jì)

　　深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的CHH100系列高壓變頻器，以安全、可靠、使用壽命長(zhǎng)為首要設(shè)計(jì)原則，采用1700V高壓IGBT，9級(jí)或6級(jí)串聯(lián)，電壓裕量為2.0倍左右。功率器件電壓安全設(shè)計(jì)冗余量較高。

　　5）電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)跟蹤功能

　　CHH100系列高壓變頻器在主電源母線切換（10秒內(nèi)）過(guò)程中，變頻器能夠自動(dòng)跟蹤電機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)主電源恢復(fù)后變頻器自動(dòng)運(yùn)行起來(lái)，保證了機(jī)組安全可靠運(yùn)行。

　　6）功率模塊自動(dòng)旁路技術(shù)

　　模塊自動(dòng)旁路技術(shù)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，CHH100系列高壓變頻器采用功率模塊自動(dòng)旁路技術(shù)，可在1ms內(nèi)旁路故障模塊，變頻器降額并可長(zhǎng)期運(yùn)行，等適當(dāng)時(shí)候停機(jī)處理。

　　7）良好的電壓波動(dòng)適應(yīng)能力

　　CHH100系列高壓變頻器對(duì)電網(wǎng)電壓在±15%范圍內(nèi)波動(dòng)，變頻器能滿(mǎn)載輸出;電網(wǎng)電壓短時(shí)（30秒）下降至額定電壓的65%時(shí)，可繼續(xù)降額運(yùn)行，不進(jìn)行保護(hù)。

　　8）最有效的電磁干擾解決方案

　　深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的CHH100系列高壓變頻器在模塊設(shè)計(jì)上，獨(dú)家采用后進(jìn)線、前出線設(shè)計(jì)方案;結(jié)構(gòu)方面和電氣方面全面考慮電磁抗干擾措施，尤其是核心的控制板件，最有效保證變頻器的可靠運(yùn)行。

　　9）合理的散熱系統(tǒng)

　　功率采用獨(dú)立的散熱風(fēng)道，系統(tǒng)集中散熱的方式，散熱性能良好，滿(mǎn)載長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行溫升不超過(guò)25℃，良好的散熱系統(tǒng)可以確保變頻裝置的高可靠性，并延長(zhǎng)變頻裝置內(nèi)部的器件使用壽命。

　　10）模塊化設(shè)計(jì)

　　CHH100系列變頻器，遵循模塊化設(shè)計(jì)理念，功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，各個(gè)相同的功率單元的結(jié)構(gòu)、配置完全相同，可以非常方便的互換，從而利于生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，以及維修的標(biāo)準(zhǔn)化。

　　11）最簡(jiǎn)潔操作、最快捷維護(hù)

　　深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的CHH100系列高壓變頻器具有人性化的接口設(shè)計(jì)、界面簡(jiǎn)潔清晰;操作方便，采用抽屜式模塊設(shè)計(jì)，更換模塊僅需5分鐘;濾網(wǎng)更換方便、快捷。

3.改造項(xiàng)目介紹

　　1. 注水泵技術(shù)參數(shù)表

　　2.現(xiàn)有控制流量方式

　　常規(guī)情況下油田高壓注水采用閘板閥門(mén)控制來(lái)調(diào)節(jié)流量和壓力。根據(jù)工藝要求，不允許長(zhǎng)時(shí)間小排量運(yùn)行，否則泵內(nèi)溫度升高造成汽蝕和機(jī)件燒毀等問(wèn)題，過(guò)去被迫采用大回流方法降低溫升，造成電力的大量消耗，給油田造成了大量的能源損失。

　　在原設(shè)計(jì)系統(tǒng)工況中，用兩臺(tái)D（F）250-150注水泵進(jìn)行系統(tǒng)注水。在未進(jìn)行變頻調(diào)速改造中，該工況的注水系統(tǒng)能耗損失主要在控制閥節(jié)流上。通過(guò)分析，只有通過(guò)結(jié)合配注量，降低水壓，減少各注水井的閥門(mén)控制壓差，才能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

4.注水泵變頻調(diào)速的節(jié)能原理

　　注水泵是典型的變轉(zhuǎn)矩負(fù)載。變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性是轉(zhuǎn)矩隨速度的上升而上升。注水泵的電動(dòng)機(jī)的軸功率P與其流量Q，揚(yáng)程H之間的關(guān)系式如下：

　　P∝Q×H （1）

　　當(dāng)流量Q1由變化到Q2時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為N1、N2，此時(shí)Q、H、P相對(duì)于轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：

　　Q2=Q1×（N2/N1）

　　H2=H1×（N2/N1）² 

　　P2=P1×（N2/N1）³

　　由式（1）和式（2）可以看出，水泵的電動(dòng)機(jī)的軸功率（功率輸出）與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，而轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的2次方成正比。所以當(dāng)需要80%的額定流量時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率到40Hz即可，這時(shí)所需功率將僅為原來(lái)的51.2%，系統(tǒng)工作點(diǎn)變化如下圖所示：

變頻調(diào)速工作點(diǎn)示意圖

　　從上圖的特性示意圖來(lái)分析，采用變頻調(diào)速的節(jié)能效果。在額定情況下，系統(tǒng)工作在A點(diǎn)，當(dāng)所需流量從Q1減小到Q2時(shí)，如果工頻運(yùn)行，流量減小，系統(tǒng)壓力將增加，系統(tǒng)將工作在B點(diǎn)。如果水泵采用變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)壓力滿(mǎn)足要求時(shí)，系統(tǒng)將在C點(diǎn)運(yùn)行，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的X軸、Y軸的面積與B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的X軸、Y軸的面積之比即使變頻消耗的功率與工頻消耗的功率之比，同時(shí)還需考慮系統(tǒng)其它損耗。從圖2、3中可以看出，在低速時(shí)，功率會(huì)有很大的下降。由于注水泵運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速以上是恒功率調(diào)速，此時(shí)注水泵效率很低，機(jī)械磨損大，容易損壞電機(jī)。從理論上講，速度降低10%時(shí)會(huì)帶來(lái)30%左右的功率下降，由于功率的大幅度降低，可獲得顯著的節(jié)能效果。

5.注水泵系統(tǒng)的變頻器方案

　　油田注水泵系統(tǒng)中有兩臺(tái)水泵長(zhǎng)期運(yùn)行，主要用于1250kW的水泵注水;因此所用的高壓變頻器可對(duì)注水泵進(jìn)行一拖二的控制。

　　1.系統(tǒng)原理說(shuō)明

　　由于注水泵的實(shí)際流量比泵的額定流量小，因此節(jié)電潛力較大。系統(tǒng)中注水泵的注水控制是由變頻器通過(guò)變送器的回饋壓力值，與事先預(yù)設(shè)在變頻器中的壓力值進(jìn)行比較，變頻器中的PID調(diào)節(jié)器自動(dòng)根據(jù)差值進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)控制變頻器變頻調(diào)速運(yùn)行;同時(shí)，變頻器的運(yùn)行參數(shù)通過(guò)內(nèi)部計(jì)算機(jī)接口和通訊協(xié)議傳輸至計(jì)算機(jī)工作站;在計(jì)算機(jī)上可以隨時(shí)檢測(cè)和控制系統(tǒng)運(yùn)行壓力、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入/輸出電壓、輸入/輸出電流等參數(shù)，達(dá)到系統(tǒng)自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行的目的。

　　高壓變頻器內(nèi)設(shè)了自動(dòng)運(yùn)行和工頻降壓?jiǎn)?dòng)運(yùn)行兩種運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)和手動(dòng)控制相結(jié)合的目的。

　　2.高壓變頻器系統(tǒng)與原有控制系統(tǒng)的比較

　　1）采用變頻控制方式，其操作方便，無(wú)須手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門(mén)，極大的減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

　　2）啟動(dòng)噪音低，在啟動(dòng)過(guò)程中電機(jī)從低頻開(kāi)始緩慢加速，經(jīng)20秒后達(dá)到設(shè)定頻率，由于啟動(dòng)電流很小，減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，保護(hù)了用電設(shè)備，延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)的使用壽命，提高了電機(jī)的效率，節(jié)約維修成本。

　　3）系統(tǒng)采用一拖二控制方式，采用壓力變送器反饋電流信號(hào)（4—20mA）至變頻器中央處理器（CPU）,經(jīng)PID控制組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。其輸出頻率的大小由作用處理器控制，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)增加或降低;當(dāng)壓力超過(guò)設(shè)定的目標(biāo)值時(shí)即（>5%）其中第一臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，變頻器啟動(dòng)第二臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行，保持水壓恒定。這樣不但減小了電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率，而且提高了水泵的工作效率，節(jié)約了能源。

　　4）普通的工頻控制方式（原有的控制方式）則不能實(shí)現(xiàn)這樣的目的，其啟動(dòng)和停止需要人操作，還需要調(diào)節(jié)進(jìn)水的閥門(mén)開(kāi)關(guān)來(lái)滿(mǎn)足工況要求，即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，且容易出現(xiàn)操作失誤，造成不必要的損失。工頻運(yùn)行控制方式的電機(jī)的轉(zhuǎn)速是不可調(diào)節(jié)的，并且啟動(dòng)電流大，當(dāng)供水壓力超過(guò)所需的壓力值時(shí)需人工調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門(mén)的大小來(lái)滿(mǎn)足供水壓力。這時(shí)電機(jī)仍以滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，多余的功率就消耗在閥門(mén)上，能源浪費(fèi)很大。

6.應(yīng)用高壓變頻器后的效果分析

　　1. 系統(tǒng)使用高壓變頻器后的節(jié)能

　　1）考慮管網(wǎng)阻力損失等因素的影響，理論上綜合平均節(jié)能值在30%以上。

　　2）按照節(jié)能30%計(jì)算，每天運(yùn)行24個(gè)小時(shí)。則每天電動(dòng)機(jī)的節(jié)能電度數(shù)為：

　　按照0.5元/kWh計(jì)算，每天節(jié)約的電費(fèi)為：1250KW×0.85×30%×24H×0. 50元/天=3825元/天

　　若每月運(yùn)行30天，則月節(jié)電費(fèi)為： 3825元/天×30天=114750元/月

　　若每年運(yùn)行12個(gè)月，則年節(jié)電費(fèi)為： 114750元/月×12月=1377000元/年

　　2. 采用變頻器是實(shí)現(xiàn)變水量控制節(jié)能的最有效措施

　　從以上實(shí)際工況中分析，采用變頻調(diào)速的方式來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要，使得注水泵既可大流量，也可小流量，既可高壓力，也可低壓力運(yùn)行。可以用壓力閉環(huán)或流量閉環(huán)控制注水的壓力或流量，在注入站工況改變時(shí)，變頻器可以使注水泵自動(dòng)調(diào)節(jié)注水壓力或流量。此時(shí)，泵的出口閥門(mén)全開(kāi)，使泵的壓差減至為零。這樣，既節(jié)約了電能，又減少了閥門(mén)的維護(hù)量。還提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，降低了系統(tǒng)的噪音，改善了工作的環(huán)境，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用變頻調(diào)速來(lái)獲得實(shí)際需要的水流量，不但節(jié)約了電能，提高系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行程度;變頻器自動(dòng)根據(jù)需求量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，而且平滑穩(wěn)定，減少了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度;水泵的運(yùn)行參數(shù)得以改進(jìn)，系統(tǒng)效率大為提高。

7.結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述 ,采用變頻控制方式調(diào)速是現(xiàn)代工礦企業(yè)節(jié)能降耗的必然趨勢(shì)，有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，自動(dòng)運(yùn)行時(shí)節(jié)能可達(dá)30%以上。通過(guò)對(duì)注水泵系統(tǒng)的變頻調(diào)速的技術(shù)改造，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行檢驗(yàn)，證明該產(chǎn)品性能可靠、功能齊全、技術(shù)先進(jìn)，說(shuō)明國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的高壓變頻器在技術(shù)上已經(jīng)處于世界先進(jìn)水平。由于IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器無(wú)輸入輸出變壓器、體積小、性?xún)r(jià)比高、綜合性能好等方面均超過(guò)了國(guó)內(nèi)外其它產(chǎn)品，是新一代高性能高壓變頻產(chǎn)品的代表，為高壓變頻調(diào)速技術(shù)在油田其它工序的技術(shù)改造提供了一條可行的途徑，在高壓變頻改造領(lǐng)域具有極大的推廣價(jià)值。

本文摘自中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)