淺談變頻調(diào)速技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、淺談變頻調(diào)速技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用孫軼聞(中國(guó)石油遼河油田公司 遼寧盤錦 124010)摘要：通過變頻調(diào)速技術(shù)的分析對(duì)比，闡述變頻技術(shù)在油田生產(chǎn)中的現(xiàn)狀、效果、前景和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于技術(shù)的普及和推廣具有指導(dǎo)和借鑒意義。關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；油井；生產(chǎn)；應(yīng)用1 變頻調(diào)速的工作原理變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n =60× f（1-s）p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)），通過改變電動(dòng)機(jī) TDGC-5K 帶電動(dòng)機(jī) 工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的；通過改變定子供電頻率f，就可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n，變頻后的交流電作用于

2、電機(jī)，改變電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)而改變電機(jī)輸出功率；在調(diào)節(jié)過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)速大部分時(shí)間里都低于額定轉(zhuǎn)速，在頻率調(diào)節(jié)范圍以及改變頻率后電機(jī)的特性等方面，都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。流量計(jì)在獲取流量信號(hào)后,送到PID調(diào)節(jié)器,再由PID送入變頻器 ,由變頻器輸出的信號(hào)可以顯示在PID面板上,對(duì)PID輸出進(jìn)行設(shè)定,最終信號(hào)去控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,既而影響流量,形成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)回路。不但控制精度高、運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)能效果也非常明顯。結(jié)合PID調(diào)節(jié)能大大減少電機(jī)啟動(dòng)次數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)注聚量只需對(duì)PID進(jìn)行設(shè)定，根劇配注方案,對(duì)PID輸出進(jìn)行設(shè)定只需一個(gè)人幾分鐘就可完成，方便快捷、安全可靠，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。采用變頻調(diào)

3、速技術(shù)改變泵 液控閥門校驗(yàn)泵站 的轉(zhuǎn)速來控制現(xiàn)場(chǎng)過程參數(shù)，要比采用閥門調(diào)節(jié)更為節(jié)能，設(shè)備運(yùn)行工況也將得到明顯改善。閉環(huán)控制框圖如下：2 變頻技術(shù)的核心內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù) 2.1新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)：可關(guān)斷驅(qū)動(dòng)技術(shù)；雙PWM逆變技術(shù)；循環(huán)變流 / 電流型交-直-交（CC / CSI0）變流技術(shù)（12脈波變頻技術(shù)）；同步機(jī)交流勵(lì)磁變速運(yùn)行技術(shù)；軟開關(guān)PWM變流技術(shù)。2.2高壓、大電流技術(shù)：動(dòng)態(tài)、靜態(tài)均壓技術(shù)（6kV、10kV回路中3英寸晶閘管串聯(lián)，靜動(dòng)態(tài)均壓系數(shù)大于0.9）；均流技術(shù)，大功率晶閘管并聯(lián)的均流技術(shù)，均流系數(shù)大于0.85）；浪涌吸收技術(shù)（10 kV、6kV回路中）；光控及電磁觸發(fā)技術(shù)

4、（電/光，光/電變換技術(shù)）；導(dǎo)熱與散熱技術(shù)（主要解決導(dǎo)熱及散熱性好、電流出力大的技術(shù)，如熱管散熱技術(shù)）；高壓、大電流系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)（抗大電流電磁力結(jié)構(gòu)、絕緣設(shè)計(jì)）；等效負(fù)載模擬技術(shù)。2.3全數(shù)字自動(dòng)化控制技術(shù)：參數(shù)自設(shè)定技術(shù)；過程自優(yōu)化技術(shù)；故障自診斷技術(shù)；對(duì)象自辨識(shí)技術(shù)。2.4現(xiàn)代控制技術(shù)：多變量解耦控制技術(shù)；矢量控制和直接力矩控制技術(shù)；自適應(yīng)技術(shù)。3 變頻調(diào)速技術(shù)在油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析3.1 2006年4月遼河油田的某區(qū)塊建成并投用聚和物驅(qū)油系統(tǒng)。注聚系統(tǒng)90%以上的用電量消耗在注聚泵電機(jī)上。在設(shè)備調(diào)試運(yùn)行期間，對(duì)6口井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在注入壓力，注入量都不變的情況下。這6口井用工頻運(yùn)行平均

5、單井有功功率為9.7KW，改為變頻運(yùn)行平均單井有功功率為7.88KW，有功功率降低了1.68KW,平均單井日節(jié)電40.09KW.H,節(jié)電效果明顯。從應(yīng)用的變頻器使用情況分析，平均單井日節(jié)電44.06KW.H,全站14臺(tái)變頻器每年可節(jié)電23.05萬KW/H。電費(fèi)按0.72元/KW.H計(jì)算，全站14臺(tái)變頻器每年可節(jié)約電費(fèi)12.59萬元。3.2 注聚泵采用工頻運(yùn)行依靠調(diào)節(jié)旁通閥門的開度控制泵排量，無法有效地解決注聚泵排量和注聚區(qū)塊實(shí)際需要注入量的矛盾，無法保證注入濃度和實(shí)現(xiàn)聚合物溶液的連續(xù)注入。將變頻調(diào)速技術(shù)，流量計(jì)及PID控制技術(shù)結(jié)合應(yīng)用在注聚泵上；實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，運(yùn)行平穩(wěn),提高了注入聚合物設(shè)計(jì)量

6、和注聚區(qū)塊實(shí)際需要量的精確注入計(jì)量，保證了聚合物注入濃度和聚合物溶液的連續(xù)注入；提高了注聚效率，為降水增產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。3.3電機(jī)直接啟動(dòng)，啟動(dòng)沖擊電流大，機(jī)械沖擊大、電氣保護(hù)差；這對(duì)管路、泵體和閥門的密封性能形成威脅和破壞；影響設(shè)備使用壽命，增加了設(shè)備的故障率。而變頻控制穩(wěn)定的軟起動(dòng)AJR2 功能降低了電機(jī)起動(dòng)電流，減小了起動(dòng)沖擊電流對(duì)供電電網(wǎng)的影響，起到了優(yōu)化電網(wǎng)的作用。變頻器安裝使用后它的軟起動(dòng)功能減緩了泵腔、閥體的磨損及泵體、電機(jī)等工藝設(shè)備因振動(dòng)而帶來的隱患和損耗，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命；減少了設(shè)備故障停機(jī)率。采用變頻調(diào)速技術(shù)設(shè)備機(jī)械磨損小，噪音明顯下降；減少了閥門、泵體、電機(jī)等相關(guān)設(shè)備的維

7、護(hù)、修理、更換等工作量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。4該系統(tǒng)經(jīng)過半年多的運(yùn)行，變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，已有20多口井受益，部分井綜合含水下降1%4%，產(chǎn)量有所上升。同時(shí)使設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用居高不下，能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗等；困擾注聚站節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本的難題得到解決。4變頻技術(shù)的發(fā)展方向4.1實(shí)現(xiàn)高水平的控制。基于電動(dòng)機(jī)和機(jī)械模型的控制策略，有矢量控制、磁場(chǎng)控制、直接傳矩控制和機(jī)械扭振補(bǔ)償?shù)龋换诂F(xiàn)代理論的控制策略，有滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)、采用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀察器，在某種指標(biāo)意義下的最優(yōu)控制技術(shù)和其它優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)

8、和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術(shù)等。4.2開發(fā)清潔電能的變流器。所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數(shù)為1，網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)有盡可能低的諧波分量，以減少對(duì)電網(wǎng)的公害和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。對(duì)中小容量變流器，提高開關(guān)頻率的PWM控制是有效的。對(duì)大容量變流器，在常規(guī)的開關(guān)頻率下，可改變電路結(jié)構(gòu)和控制方式，實(shí)現(xiàn)清潔電能的變換。4.3縮小裝置的尺寸。緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模塊、緊湊型的光耦合器、高頻率的開關(guān)電源，以及采用新型電工材料制造的小體積變壓器、電抗器和電容器。功率器件冷卻方式的改變（如水冷、蒸發(fā)冷卻和熱管）對(duì)縮小裝置的尺寸也很效。4.4高速度的數(shù)字控制。以32位高速微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模板有足夠的能力實(shí)現(xiàn)各種控制算法，Windows操作系統(tǒng)的引入使得可自由設(shè)計(jì)，圖形編程的控制技術(shù)也有很大的發(fā)展。4.5模擬與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)。電機(jī)模擬器、負(fù)載模擬器以及各種CAD軟件的引入對(duì)變頻器的設(shè)計(jì)和測(cè)試提供了強(qiáng)有力的支持。雖然變頻器初次安裝費(fèi)用較高，但是變頻調(diào)速技術(shù)在改善設(shè)備運(yùn)行工況，提高系統(tǒng)的安全性、可靠性、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率、節(jié)能降耗等方面有著很大的潛在的優(yōu)勢(shì)。由于油田是較大的能耗單位，因此，隨著應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，其潛在的綜合效益將會(huì)得到充分的體現(xiàn)。參考文獻(xiàn)1張燕賓.變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐.機(jī)械工業(yè)