輸油變頻控制系統(tǒng)在油田中的應(yīng)用

邵明智（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

輸油變頻控制系統(tǒng)在油田中的應(yīng)用

邵明智（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

大慶油田第七采油廠中轉(zhuǎn)站輸油泵采用工頻直接啟動(dòng)，存在啟動(dòng)電流過大、勞動(dòng)強(qiáng)度大、電耗大的問題，為此采用TD2000—4T0750P通用變頻器對(duì)輸油控制系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)變頻控制改造，實(shí)現(xiàn)了輸油系統(tǒng)的自動(dòng)恒液位輸油，大大降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了電耗，節(jié)能效果明顯。

輸油泵 變頻器 開環(huán)控制 閉環(huán)控制 工頻控制 恒液位輸油

1 系統(tǒng)狀況

大慶油田第七采油廠中轉(zhuǎn)站擔(dān)負(fù)著輸送原油的任務(wù)，每個(gè)中轉(zhuǎn)站有3臺(tái)輸油泵、3個(gè)工頻控制柜，24 h運(yùn)行。3臺(tái)輸油泵中2#、3#為正常工作泵，1#為備用泵。本次改造工程采用TD2000—4T0750P通用變頻器。

改造前輸油泵采用工頻直接啟動(dòng)，存在以下問題：

1）采用工頻直接啟動(dòng)45 kW輸油泵時(shí)，電流達(dá)到200 A左右，而穩(wěn)定運(yùn)行保持在60 A左右。長(zhǎng)期啟動(dòng)運(yùn)行，過大電流沖擊電動(dòng)機(jī)繞組及絕緣電纜，會(huì)產(chǎn)生一定的損害，曾多次出現(xiàn)故障，造成較高的維護(hù)成本。

2）從輸油泵的運(yùn)行狀況看，泵在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)輸油量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際輸油量，只能通過調(diào)節(jié)閥門開度的辦法控制整個(gè)輸油管網(wǎng)壓力，造成閥門前后壓差增大，一般閥門損失在20%左右，并且控制精度及可操作性差，操作工須經(jīng)常調(diào)節(jié)閥門，勞動(dòng)強(qiáng)度增大。

3）輸油泵長(zhǎng)期24 h工頻運(yùn)行時(shí)，大量電能消耗在閥門上，造成大量的電力資源浪費(fèi)。

采用變頻一拖二閉環(huán)調(diào)速方式對(duì)工頻控制進(jìn)行了技術(shù)改造，改造后具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）變頻器軟啟、軟停：45 kW輸油泵在變頻器50 Hz啟動(dòng)時(shí)，電流不超過60 A，不僅對(duì)絕緣電纜、輸油泵等具有保護(hù)作用，而且減小了對(duì)電纜橫截面積的要求，大大提高了維護(hù)人員的安全因數(shù)。

2）節(jié)能效果明顯：當(dāng)變頻器工作在44 Hz時(shí)，45 kW摻水泵輸出電流為40 A，而工頻工作電流為60 A，長(zhǎng)期運(yùn)行可節(jié)省大量電費(fèi)。

3）輸油泵啟動(dòng)平滑，且具有過壓、過流、欠壓、短路及缺相等保護(hù)功能，確保了整個(gè)電網(wǎng)及供電系統(tǒng)的穩(wěn)定。

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4）形成閉環(huán)一拖二壓力控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸油泵的轉(zhuǎn)速，控制精度高，輸油狀況穩(wěn)定。

5）接觸器、電機(jī)軸承、泵機(jī)輪、閥門等易損件檢修與更換周期明顯增長(zhǎng)。

6）自動(dòng)化程度高，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 改造方案

由于輸油泵在油田輸油回路中起著舉足輕重的作用，用戶對(duì)改造工程非常重視，提出以下要求：

◇變頻柜能分別控制工頻和變頻兩路，并且互相聯(lián)鎖；

◇變頻柜具有開環(huán)、閉環(huán)設(shè)定功能。

恒液位輸油系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

針對(duì)用戶的要求，對(duì)2、3輸油泵進(jìn)行變頻一拖二技術(shù)改造，采用1臺(tái)艾默生TD2000—4T0750P變頻器拖動(dòng)2#、3#輸油泵。

在總油罐上加裝液位變送器，閉環(huán)控制時(shí)，變送器將檢測(cè)到的油罐實(shí)際液位反饋值與設(shè)定液位值進(jìn)行比較，比較后的差值信號(hào)控制輸油泵的轉(zhuǎn)速，使液位穩(wěn)定在設(shè)定值上。如果1臺(tái)變頻泵滿足不了輸油需求，變頻器自動(dòng)啟動(dòng)第2臺(tái)工頻泵，當(dāng)輸油量下降時(shí)，變頻器自動(dòng)甩掉工頻泵，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)恒液位輸油。

采用閉環(huán)控制方式時(shí)，變頻器設(shè)定模擬輸入端子VRF、VCI、GND 0～10 VDC來控制變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，從而手動(dòng)調(diào)節(jié)油位，也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用工頻控制方式時(shí)，關(guān)掉開環(huán)與閉環(huán)，直接啟動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn)啟與停。

3 方案設(shè)計(jì)

針對(duì)用戶要求，對(duì)變頻柜進(jìn)行了如圖2所示的設(shè)計(jì)。

變頻控制柜電路分主回路和控制回路兩部分。主回路輸入電源為380 V、50 Hz，三相交流電源，由空開，變頻器輸出接觸器KM0、KM2，工頻輸出接觸器KM1、KM3及2臺(tái)電動(dòng)機(jī)組成?？刂苹芈份斎霝閱蜗?20 V交流電源，包括變頻器供電、停電，變頻器運(yùn)行、停機(jī)，變頻器故障復(fù)位，PID智能儀和液位變送器的供電和停電等功能。

合空開QF、ZK，使系統(tǒng)上電，電源指示燈HD1亮，合QF2使變頻器上電，操作面板顯示0000。

3.1 閉環(huán)控制方式

首先將轉(zhuǎn)換開關(guān)KZ3斷開位置（白杠在中間位置），然后轉(zhuǎn)換開關(guān)KZ2-1來選擇變頻2#泵電動(dòng)機(jī)，之后KZ1-1接通變頻位置，交流接觸器KM0線圈得電吸合，LD2指示燈亮，變頻器開始運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)液位變送器檢測(cè)到的實(shí)際液位值與給定液位值進(jìn)行比較，比較后的差值信號(hào)控制輸油泵的轉(zhuǎn)速，當(dāng)2#變頻泵達(dá)不到設(shè)定要求時(shí)，變頻器將輸出Y1端子，YS1線圈得電，待10 s后仍滿足不了設(shè)定要求時(shí)，YS1觸點(diǎn)延時(shí)閉合，中間繼電器KA1得電，KA1觸點(diǎn)閉合，3#工頻輸油泵啟動(dòng)，當(dāng)8液位逐漸下降時(shí)，變頻器自動(dòng)延時(shí)甩掉3#工頻泵（2#、3#輸油泵逆止閥正常工作情況下）實(shí)現(xiàn)恒液位輸油。同樣，選擇3#變頻泵時(shí)與2#變頻泵控制原理相同。

3.2 開環(huán)控制方式

首先將轉(zhuǎn)換開關(guān)KZ3接通位置（白杠在右側(cè)位置），然后轉(zhuǎn)換開關(guān)KZ2來選擇2#或3#變頻泵，再把KZ1接通，變頻器開始啟動(dòng)。通過給定電位器的旋鈕來控制變頻器的轉(zhuǎn)速，繼而可控制管網(wǎng)的壓力，保持恒液位輸油。Y1、Y2的輸出端子則與閉環(huán)方式的相同。

3.3 工頻控制方式

KZ1接通工頻位置，按下SB3按鈕，2#工頻泵啟動(dòng)，按下SB1停止；按下SB4按鈕，3#泵工頻啟動(dòng)，按下SB2停止。

當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，TA—TC觸點(diǎn)閉合，變頻故障燈亮，觸動(dòng)故障復(fù)位按鈕，TA—TC觸點(diǎn)斷開，變頻故障燈滅，根據(jù)面板故障顯示碼查找故障原因。

4 調(diào)試步驟

TD2000-4T變頻器在輸油泵調(diào)試中參數(shù)設(shè)置如表1所示[1]。

表1

電位器模擬電壓控制非常實(shí)用（由于變頻器操作面板按鍵多，易產(chǎn)生失誤，不宜操作）。參數(shù)設(shè)置完后應(yīng)檢查接線是否正確，是否對(duì)地絕緣，電位器極性是否接反等，檢查無誤后方可繼續(xù)操作。

以上為輸油泵參數(shù)粗調(diào)步驟，經(jīng)過幾小時(shí)上電跟蹤運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行良好，滿足用戶要求。

5 結(jié)論

采用變頻調(diào)速技術(shù)恒液位輸油控制是油田地區(qū)改造的一大趨勢(shì)，不僅節(jié)約了電力資源，而且機(jī)械部分檢修周期大大延長(zhǎng)，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了自動(dòng)化程度。為了保證用戶使用放心、質(zhì)量放心，為該系統(tǒng)建立了質(zhì)量、技術(shù)、節(jié)能跟蹤卡。從近3個(gè)多月的運(yùn)行情況看，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。

[1]艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司.TD2000系列通用變頻器用戶手冊(cè).

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.011

邵明智，1989年畢業(yè)于黑龍江省電子工業(yè)學(xué)校，從事容量、流量計(jì)量檢定工作，E-mail：smz680904@sina.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西賓路552號(hào)，163453。

2011-11-12）