變頻器在臺肇地區(qū)的應(yīng)用及認識

李佳（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

變頻器在臺肇地區(qū)的應(yīng)用及認識

李佳（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

在油田生產(chǎn)中，變頻器主要是對電動機進行調(diào)速，應(yīng)用在中轉(zhuǎn)站、污水站、注入站、注水站、單井等。變頻器的正確使用是變頻器發(fā)揮最大作用的前提，如果能在生產(chǎn)中合理使用變頻器，那么它不但可以節(jié)能，還能減少工人的勞動強度。文中對變頻器的原理及基本結(jié)構(gòu)、應(yīng)用效果、存在的問題及對策等幾方面進行了論述。

變頻器原理 常見故障 有效措施

目前，臺肇地區(qū)共安裝變頻器58臺，涉及變頻器品牌14個，其中站（庫）安裝變頻器16臺，拖動電動機總功率542kW。正常投入使用，能變頻調(diào)節(jié)、發(fā)揮節(jié)能作用的有43臺，占總數(shù)的74.1%；工況滿負荷運行不適合使用變頻器的有4臺，占總數(shù)的6.9%；工藝原因（如柱塞泵停注）停用閑置的有6臺，占總數(shù)的10.3%；目前，變頻器或變頻控制系統(tǒng)故障待修的有3臺，占總數(shù)的5.17%。2009—2011年6月5日，累計維修變頻器45次，其中同一臺變頻器發(fā)生3次以上故障維修的5臺，占維修次數(shù)的11.11%。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)變頻器維修次數(shù)過多、工作人員維護工作不到位、避免變頻器的非正常損壞的問題，因此需要深一步的了解變頻器的原理和基本結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用過程中做到定期保養(yǎng)，以減少故障發(fā)生。

1 變頻器的原理及基本結(jié)構(gòu)

1.1 變頻器的原理

變頻器把50Hz的工業(yè)頻率電通過整流、控制、逆變的過程改變成實際需要頻率可變的交流電，見圖1。

應(yīng)用變頻調(diào)速，可以提高電動機轉(zhuǎn)速的控制精度，使電動機在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運行，精確調(diào)速的節(jié)電效果非?？捎^。與此類似，許多變動負載電動機一般按最大需求來配置電動機的容量，故設(shè)計裕量偏大（電動機的設(shè)計符合工藝中最大值）。而在實際運行中，輕載運行的時間所占比例卻非常高，存在大馬拉小車的情況普遍。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運行時的工作效率。因此，變動負載的節(jié)能潛力巨大。

圖1 變頻器原理簡圖

2 變頻器在臺肇地區(qū)的應(yīng)用效果

2.1 選擇變頻要充分考慮現(xiàn)場實際情況

臺肇地區(qū)共計4個采油隊，20個配注間，36臺柱塞泵變頻器。配注間柱塞泵變頻采用變頻器直接控制泵類負載是一種最科學的控制方法，利用變頻器內(nèi)置PID調(diào)節(jié)軟件，直接調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速保持恒定的壓力，從而滿足系統(tǒng)要求的壓力。根據(jù)現(xiàn)場工況的不同，其調(diào)速范圍為60%～100%，節(jié)能效果明顯。

例如：茂801隊8#計量間與10#計量間的共用一條注水管道，存在“爭水”現(xiàn)象，注水量統(tǒng)計見表1。由表1中可以看出，茂801隊8#計量間現(xiàn)有水井12口，2011年4、5月份及7、8月份的水量最大，平均每天達到175m3，11月和12月份最少，平均每天115m3，這12口水井分別由3臺柱塞泵控制，1#柱塞泵的排量為2.5m3/h，日注水量60m3；2#柱塞泵的排量為6m3/h，日注水量144m3；3#柱塞泵的排量為4.6m3/h，日注水量110m3；為了降低不必要的注水量，確保10#計量間注水量，就要在柱塞泵上安裝變頻器，針對不同注水周期，通過變頻器控制注水量，降低注水耗電。以2011年4月份為例，未安裝變頻器前，需開啟1#、2#兩臺柱塞泵注水，注水耗電5.442×104kWh，注水單耗10.56kWh/m3，安裝變頻器后，注水耗電3.96×104kWh，比未安裝前少耗電1.482×104kWh，注水單耗7.54kWh/m3，比未安裝變頻器前少3.02kWh/m3。

表1 2011年茂801隊8#計量間水井注水量統(tǒng)計單位：m3

2.2 變頻器過載保護現(xiàn)象

肇212隊1#1、1#7計量間的兩臺變頻器，存在高壓保護現(xiàn)象，2009年老井轉(zhuǎn)注時新安裝的柱塞泵上安裝的數(shù)控壓力表具有保護作用，當注水壓力不穩(wěn)時，出現(xiàn)瞬時壓力超過25MPa時，向變頻器發(fā)出信號，使其停止運行，需重新啟動變頻器，加大了工人的工作強度。柱塞泵與變頻器不是同一個廠家，無法達到兼容。

2.3 變頻器常見故障

2.3.1 電動機過熱故障

由于負載過大、環(huán)境溫度高、散熱片吸附灰塵太多、冷卻風扇工作不正?；蛏崞氯?、變頻器內(nèi)部熱傳感器導(dǎo)致的故障。葡361隊中轉(zhuǎn)站摻水泵變頻，曾多次出現(xiàn)電機過熱保護現(xiàn)象，主要問題在于變頻器內(nèi)部缺少風扇，變頻器運行狀態(tài)下，電動機過熱，風扇起不到散熱作用，引起變頻器停止工作。為充分達到散熱，變頻器的風扇應(yīng)每兩年更換一次，并定期清理散熱片。

2.3.2 過電壓、過電流故障

過電壓、過電流故障，主要體現(xiàn)在變頻器起動時一升速就跳閘或是起動時不馬上跳閘，而在運行過程中跳閘[1]。2010年1月至2011年6月，臺肇地區(qū)變頻器在電壓或是電流不穩(wěn)時出現(xiàn)過偷停5次，變頻不啟泵7次、變頻開始運行不久就停止的5次現(xiàn)象，主要是在電流不穩(wěn)，雷雨天氣或是電網(wǎng)影響電壓不穩(wěn)、變頻升速時間過短的情況下發(fā)生，為減少故障的發(fā)生，可通過安裝電子熱繼電器（過流保護器），穩(wěn)定電流、電壓，也可以延長變頻升速時間等方法解決。

3 存在的問題及對策

3.1 雷諾爾變頻

臺肇油田共有雷諾爾變頻器9臺，閑置2臺，其中肇212隊1#站摻水泵變頻未連線使用，現(xiàn)工頻運行；葡361隊中轉(zhuǎn)站摻水泵變頻，現(xiàn)出現(xiàn)5個風扇損壞，電動機過熱保護現(xiàn)象；臺105隊1#、5#計量間柱塞泵變頻，經(jīng)常出現(xiàn)驅(qū)動板故障，無法啟泵的等問題，該品牌不同型號的變頻器的配件與系統(tǒng)都不相同，維修起來有很大的困難。

3.2 變頻器維修

變頻器已經(jīng)進入故障期，使用超過五年的（2006年前安裝的）已經(jīng)達到23臺，占總數(shù)的39.67%。變頻器損壞的主要原因有：元器件老化、電線短路、環(huán)境惡劣（潮濕、通風不好）、操作不當、變頻控制系統(tǒng)故障等。如果故障變頻器不能及時修復(fù)，對生產(chǎn)影響很大，同時增加工人勞動強度。因此，加強變頻器維修，保證變頻器正常運行，已經(jīng)成為保障正常生產(chǎn)、節(jié)能降耗、精細化管理的重要問題。

轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站等外輸油系統(tǒng)變頻器發(fā)生故障時，如果不及時維修，由于有可編程控制器（PLC）聯(lián)鎖保護，無法切換工頻運行，不能正常外輸采出液，容易造成停產(chǎn)甚至冒罐等事故的發(fā)生[2]。

3.3 工藝停用造成大量變頻器閑置

目前，停用閑置的變頻器有6臺，造成資產(chǎn)浪費。閑置的主要原因是柱塞泵停注或更換大功率柱塞泵造成的。

3.3 部分變頻器與電動機功率匹配不合理

有18臺變頻器功率與電動機功率相同，而實際上變頻器應(yīng)該比電動機大一個功率等級，這樣更有利于延長變頻器使用壽命；有3臺大功率變頻器拖動小功率電動機，使變頻器作用沒有充分發(fā)揮；有4臺小功率變頻器拖動大功率電動機致使變頻器無法投用，強行投運極易造成變頻器損壞。功率匹配不合理的主要原因是電動機小換大時，變頻器沒更換造成的。

3.4 變頻器廠家較多

不同品牌變頻器的配件不通用，給變頻器維修配件采購帶來很大困難；不同開發(fā)商的變頻控制系統(tǒng)設(shè)計思路不同，有的還有不同類型的控制器和控制軟件，在檢測變頻控制系統(tǒng)故障時，難度大，時間長。

3.5 日常管理運行中存在的問題

1）變頻器使用存在誤區(qū)，在變頻器的使用上靜態(tài)管理。認為只要投運變頻器就節(jié)能，而實際上，變頻器適合應(yīng)用于生產(chǎn)能力比實際需求盈余的工況，變頻器理想的工作區(qū)間在35～40Hz。由于工況是動態(tài)的，在不斷變化，隨著生產(chǎn)負荷的增大，實際應(yīng)用中存在著變頻器長時間連續(xù)工作在45Hz以上的現(xiàn)象，變頻器失去調(diào)速作用，不僅不節(jié)能，反而由于變頻器本身是個用電設(shè)備，增加了能耗，這時應(yīng)選擇工頻運行[3]?，F(xiàn)有6臺變頻器在工況滿負荷的情況下使用。

2）變頻器使用者普遍存在缺乏變頻器相關(guān)知識，致使變頻器管理難度大、不到位。

3）變頻器日常維護保養(yǎng)不到位，存在著積灰嚴重、通風不暢、環(huán)境溫度過高等問題，部分變頻器長期工作在非正常工作環(huán)境下，增加了變頻器的故障率，縮短了使用壽命。35～40Hz[4]。由于工況是動態(tài)的，在不斷變化，隨著生產(chǎn)負荷的增大，實際應(yīng)用中存在著變頻器長時間連續(xù)工作在45Hz以上的現(xiàn)象，變頻器失去調(diào)速作用，不僅不節(jié)能，反而由于變頻器本身是個用電設(shè)備，增加了能耗，這時應(yīng)選擇工頻運行?，F(xiàn)有6臺變頻器在工況滿負荷的情況下使用。

2）變頻器使用者及管理者普遍存在缺乏變頻器相關(guān)知識，致使變頻器管理難度大、不到位，希望廠技術(shù)部門能對變頻器的使用者及管理者進行變頻器相關(guān)知識的培訓，使其能避免故障發(fā)生，故障發(fā)生時，能及時檢測出并解決故障。

3）變頻器日常維護保養(yǎng)不到位，存在著積灰嚴重、通風不暢、環(huán)境溫度過高等問題，部分變頻器長期工作在非正常工作環(huán)境下，增加了變頻器的故障率，縮短了使用壽命，要求使用者定期檢查變頻器，做好維護保養(yǎng)。

通過對變頻器實施精細化、專業(yè)化管理解決變頻器在使用、管理和維護等方面存在的問題，提高變頻器完好率、利用率和使用效能，充分發(fā)揮變頻器的調(diào)節(jié)和節(jié)能作用具有較大的經(jīng)濟效益，因此，加強變頻器的管理和故障維修，已經(jīng)成為保障正常生產(chǎn)、節(jié)能降耗、精細化管理、低碳可持續(xù)發(fā)展的重要問題。

[1]姜敏,高偉,高靜,等.變頻調(diào)速技術(shù)在恒壓供水自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].有色設(shè)備,2005(6):8-9.

[2]張斌.PLC和變頻調(diào)速技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力學報,2006(4):36-37.

[3]閔絢,譚思云,陳敏.基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)研究[J].儀表技術(shù),2009(9):22-24.

[4]閆明民.淺析變頻調(diào)速技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2009(26):16-17.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.07.016

2012-03-28）

4 結(jié)論與認識

李佳，2007年畢業(yè)于齊齊哈爾大學經(jīng)濟管理學院（財務(wù)管理專業(yè)），2012年畢業(yè)于東北石油大學（石油工程專業(yè)），從事地面工程管理工作，E-mail：13329396522@163.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第七采油廠，163000。

1）變頻器使用存在誤區(qū)，認為只要投運變頻器就節(jié)能，而實際上，變頻器適合應(yīng)用于生產(chǎn)能力比實際需求盈余的工況，變頻器理想的工作區(qū)間在