淺談變頻調速技術在油田生產(chǎn)中的應用

1、淺談變頻調速技術在油田生產(chǎn)中的應用孫軼聞(中國石油遼河油田公司 遼寧盤錦 124010)摘要：通過變頻調速技術的分析對比，闡述變頻技術在油田生產(chǎn)中的現(xiàn)狀、效果、前景和技術發(fā)展趨勢，對于技術的普及和推廣具有指導和借鑒意義。關鍵詞：變頻技術；油井；生產(chǎn)；應用1 變頻調速的工作原理變頻調速技術的基本原理是根據(jù)電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：n =60× f（1-s）p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數(shù)），通過改變電動機 TDGC-5K 帶電動機 工作電源頻率達到改變電機轉速的目的；通過改變定子供電頻率f，就可以改變電機轉數(shù)n，變頻后的交流電作用于

2、電機，改變電機轉數(shù)進而改變電機輸出功率；在調節(jié)過程中，電機轉速大部分時間里都低于額定轉速，在頻率調節(jié)范圍以及改變頻率后電機的特性等方面，都具有明顯的優(yōu)勢。流量計在獲取流量信號后,送到PID調節(jié)器,再由PID送入變頻器 ,由變頻器輸出的信號可以顯示在PID面板上,對PID輸出進行設定,最終信號去控制電機的轉速,既而影響流量,形成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)回路。不但控制精度高、運行平穩(wěn)，節(jié)能效果也非常明顯。結合PID調節(jié)能大大減少電機啟動次數(shù)。現(xiàn)場調節(jié)注聚量只需對PID進行設定，根劇配注方案,對PID輸出進行設定只需一個人幾分鐘就可完成，方便快捷、安全可靠，減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率。采用變頻調

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

4、（電/光，光/電變換技術）；導熱與散熱技術（主要解決導熱及散熱性好、電流出力大的技術，如熱管散熱技術）；高壓、大電流系統(tǒng)保護技術（抗大電流電磁力結構、絕緣設計）；等效負載模擬技術。2.3全數(shù)字自動化控制技術：參數(shù)自設定技術；過程自優(yōu)化技術；故障自診斷技術；對象自辨識技術。2.4現(xiàn)代控制技術：多變量解耦控制技術；矢量控制和直接力矩控制技術；自適應技術。3 變頻調速技術在油田現(xiàn)場應用效果分析3.1 2006年4月遼河油田的某區(qū)塊建成并投用聚和物驅油系統(tǒng)。注聚系統(tǒng)90%以上的用電量消耗在注聚泵電機上。在設備調試運行期間，對6口井進行了現(xiàn)場測試，在注入壓力，注入量都不變的情況下。這6口井用工頻運行平均

5、單井有功功率為9.7KW，改為變頻運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臺變頻器每年可節(jié)電23.05萬KW/H。電費按0.72元/KW.H計算，全站14臺變頻器每年可節(jié)約電費12.59萬元。3.2 注聚泵采用工頻運行依靠調節(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)塊實際需要注入量的矛盾，無法保證注入濃度和實現(xiàn)聚合物溶液的連續(xù)注入。將變頻調速技術，流量計及PID控制技術結合應用在注聚泵上；實現(xiàn)了自動控制，運行平穩(wěn),提高了注入聚合物設計量

6、和注聚區(qū)塊實際需要量的精確注入計量，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。3.3電機直接啟動，啟動沖擊電流大，機械沖擊大、電氣保護差；這對管路、泵體和閥門的密封性能形成威脅和破壞；影響設備使用壽命，增加了設備的故障率。而變頻控制穩(wěn)定的軟起動AJR2 功能降低了電機起動電流，減小了起動沖擊電流對供電電網(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功能減緩了泵腔、閥體的磨損及泵體、電機等工藝設備因振動而帶來的隱患和損耗，延長了設備使用壽命；減少了設備故障停機率。采用變頻調速技術設備機械磨損小，噪音明顯下降；減少了閥門、泵體、電機等相關設備的維

7、護、修理、更換等工作量，降低了工人的勞動強度。4該系統(tǒng)經(jīng)過半年多的運行，變頻器運行穩(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。同時使設備維護、維修費用居高不下，能源浪費和設備損耗等；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變頻技術的發(fā)展方向4.1實現(xiàn)高水平的控制?；陔妱訖C和機械模型的控制策略，有矢量控制、磁場控制、直接傳矩控制和機械扭振補償?shù)?；基于現(xiàn)代理論的控制策略，有滑模變結構技術、模型參考自適應技術、采用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀察器，在某種指標意義下的最優(yōu)控制技術和其它優(yōu)化的設計方法等；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、專家系統(tǒng)

8、和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術等。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)側和負載側有盡可能低的諧波分量，以減少對電網(wǎng)的公害和電動機的轉矩脈動。對中小容量變流器，提高開關頻率的PWM控制是有效的。對大容量變流器，在常規(guī)的開關頻率下，可改變電路結構和控制方式，實現(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的數(shù)字控制模板有足夠的能力實現(xiàn)各種控制算法，Windows操作系統(tǒng)的引入使得可自由設計，圖形編程的控制技術也有很大的發(fā)展。4.5模擬與計算機輔助設計（CAD）技術。電機模擬器、負載模擬器以及各種CAD軟件的引入對變頻器的設計和測試提供了強有力的支持。雖然變頻器初次安裝費用較高，但是變頻調速技術在改善設備運行工況，提高系統(tǒng)的安全性、可靠性、延長設備使用壽命、降低勞動強度、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。由于油田是較大的能耗單位，因此，隨著應用范圍的不斷擴大，其潛在的綜合效益將會得到充分的體現(xiàn)。參考文獻1張燕賓.變頻調速應用實踐.機械工業(yè)