變頻調(diào)速技術(shù)在長(zhǎng)慶油田輸油泵電機(jī)上的運(yùn)用

王志東 鄭鑫杰 姜海永

摘 要：變頻調(diào)速技術(shù)屬于一項(xiàng)綜合性技術(shù)，其中涉及到多種技術(shù)，主要涵蓋交流電源變換技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電腦控制技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中是利用電源輸入頻率來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到控制設(shè)備儀器運(yùn)行效率的目的。而油氣集輸站在進(jìn)行原油輸送時(shí)，對(duì)輸油泵設(shè)備的自身控制能力提出了較高的要求，只有保證輸油泵設(shè)備的運(yùn)行效率與實(shí)際原油輸送量相符才能保證集輸系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。此時(shí)就突出了變頻調(diào)速技術(shù)的重要作用，在輸油泵電機(jī)上的應(yīng)用可以保障輸油泵設(shè)備的柔性啟動(dòng)。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù)；長(zhǎng)慶油田；輸油泵；電機(jī)

由于油田輸油泵設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，依據(jù)原油輸送量的不同，對(duì)于輸油泵的運(yùn)行效率也提出了較高的要求。怎樣在保證輸油泵運(yùn)行質(zhì)量的基礎(chǔ)上，滿足原油輸送需求已經(jīng)成為集輸站工作中的重點(diǎn)內(nèi)容。變頻調(diào)速技術(shù)，在油田輸油泵電機(jī)上的應(yīng)用，可以有效控制輸油泵運(yùn)行效率，不僅能夠節(jié)省電能消耗，還能起到保護(hù)輸油泵設(shè)備的作用。文中就以長(zhǎng)慶油田的安塞油田張渠集中處理站的原油運(yùn)輸工作為例，對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)在輸油泵電機(jī)上的運(yùn)用進(jìn)行探討。

1 安塞油田張渠集中處理站的基本情況

本次所研究的安塞油田張渠集中處理站的總體庫(kù)容量為4000m3，其中凈化油安全庫(kù)容量為3400m3。該集中處理站的凈化油處理量為每年104t。張渠集中處理站的主要作業(yè)內(nèi)容為對(duì)該區(qū)域內(nèi)的含水原油進(jìn)行凈化處理，并且進(jìn)行集中外輸。數(shù)據(jù)顯示，安塞油田張渠集中處理站的日輸出量為600m3。而在該處理站中所選用的輸油泵僅需要達(dá)到每小時(shí)30m3即可滿足處理站的輸油需求。該集中處理站所選用的輸油泵為型號(hào)是TDWY45-50×12的離心輸油泵。具體參數(shù)如下，電機(jī)功率是132kW，在每天持續(xù)運(yùn)行二十小時(shí)的情況下，每日消耗電量2640kW·h，年均消耗電量963600kW·h。

2 變頻調(diào)速技術(shù)在油田輸油泵電機(jī)上的應(yīng)用探討

在環(huán)境和能源問(wèn)題日益顯著的基礎(chǔ)上，我國(guó)針對(duì)各類生產(chǎn)活動(dòng)提出了節(jié)能環(huán)保的政策要求，油田開(kāi)采與集運(yùn)的過(guò)程中會(huì)造成大量能源損耗。同時(shí)，油氣運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中也會(huì)形成一定的電能消耗，油田企業(yè)要想獲得可持續(xù)發(fā)展，就必須順應(yīng)國(guó)家的政策要求，采取有效的措施進(jìn)行節(jié)能生產(chǎn)。油氣集輸?shù)倪^(guò)程中，輸油泵的運(yùn)行功率如果不能得到有效控制就會(huì)帶來(lái)一定的能源消耗，有違我國(guó)的節(jié)能環(huán)保政策要求，而變頻調(diào)速技術(shù)在輸油泵電機(jī)上的應(yīng)用，可以有效達(dá)到節(jié)能效果，并且在安裝操作方面也相對(duì)簡(jiǎn)便。下面就針對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)在輸油泵電機(jī)上的應(yīng)用效果進(jìn)行闡述。輸油泵運(yùn)行的過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)會(huì)吸收一定量的電功率，并且利用內(nèi)部的電磁將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能功率輸出。在此過(guò)程中，必定會(huì)產(chǎn)生一定的能源損耗，而在變頻器的作用下，會(huì)形成恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，進(jìn)而降低電動(dòng)機(jī)的能源消耗。

2.1 U1/f比值變化的影響

輸油泵電機(jī)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，轉(zhuǎn)子與定子發(fā)生的銅損現(xiàn)象與電機(jī)的運(yùn)行頻率并不存在直接關(guān)聯(lián)。然而，在運(yùn)行時(shí)，特定環(huán)境下需要對(duì)定子繞組電壓進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，也需對(duì)頻率和外施電源電壓進(jìn)行調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，U1/f比值必定會(huì)發(fā)生變化。另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)處于最佳狀態(tài)時(shí)，U1/f比值也會(huì)相應(yīng)發(fā)生改變。此時(shí)，電流的變化會(huì)對(duì)銅損造成影響，頻率改變也會(huì)對(duì)銅耗形成一定影響。為此，便可以通過(guò)變頻器來(lái)改變輸油泵電機(jī)運(yùn)行頻率，從而降低銅耗。

2.2 鐵耗影響

輸油泵運(yùn)行的過(guò)程中，電機(jī)中的鐵耗會(huì)隨著頻率的變化而發(fā)生改變。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的頻率降低時(shí)，鐵耗也會(huì)隨之降低。然而，在應(yīng)用電壓型逆變器變頻電源對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電源供給時(shí)，電源電壓中的高次諧波分量會(huì)與正弦波電源所產(chǎn)生的鐵耗形成一定的差異。相對(duì)來(lái)說(shuō)，高次諧波分量的鐵耗較大。除此之外，其余的部分損耗也會(huì)在高次諧波分量增大的同時(shí)，產(chǎn)生增加，從而產(chǎn)生大量的能源消耗。

2.3 機(jī)械損耗影響

相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，輸油泵的電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，軸承元件的摩擦損耗會(huì)與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速形成正比關(guān)系，通風(fēng)損耗也與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。為此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率發(fā)生改變時(shí)，軸承元件損耗與通風(fēng)損耗均會(huì)發(fā)生改變。我們可以利用變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)電源頻率進(jìn)行調(diào)整，在保證輸油功率的基礎(chǔ)上，有效控制電源頻率，從而達(dá)到降低軸承元件摩擦損耗與通風(fēng)損耗的目的。在對(duì)輸油泵電機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，各類損耗量進(jìn)行分析之后可以得出，機(jī)械損耗占整體損耗的50%以下。為此，對(duì)于部分機(jī)械損耗量可以忽略不計(jì)。針對(duì)一些損耗量較大的因素進(jìn)行綜合考慮，并且利用變頻器對(duì)其運(yùn)行頻率進(jìn)行控制，對(duì)電機(jī)運(yùn)行的整體能源消耗形成有效控制，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能生產(chǎn)的效果。在針對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行分析，可以看出，使用變頻器之后，電動(dòng)機(jī)的總體損耗可以有效降低。由此可見(jiàn)，變頻調(diào)速技術(shù)在長(zhǎng)慶油田輸油泵電機(jī)中進(jìn)行應(yīng)用的重要性。

3 現(xiàn)場(chǎng)變頻節(jié)能實(shí)際效果

根據(jù)在實(shí)際運(yùn)行中測(cè)得的數(shù)據(jù)，按輸油30m3/h計(jì)，每小時(shí)可節(jié)約電量33kW·h；每天輸油時(shí)間20h，每天可節(jié)約660kW·h。年節(jié)約電量共240900kW·h，節(jié)約電費(fèi)約15.7萬(wàn)元，節(jié)能25%，節(jié)能效果非常明顯。

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作者簡(jiǎn)介：

王志東（1987- ），男，甘肅會(huì)寧人，本科，主要從事石油工程。