工频与变频调节技术能耗分析

工频与变频调节技术能耗分析

刘丽波潘春清胡延军

某某2101中转站是1983年9月10日正式投产的，占地面积为：4500㎡，建筑面积为：450㎡，设计日处理外输能力为4000m3/d，由于打加密井，在1991年3月-8月对本站进行第一次系统改造，占地面积为9000㎡，建筑面积为585㎡，设计日处理外输能力提高到10000m3/d，设计含水85%，收油站数为10个。

由于经过十多年运行，设备腐蚀老化等问题比较严重，存在较大安全隐患，2008年7月对本站进行第二次系统改造，更换了大量的机泵和设备，这里只对输油泵做以解释，本次更换了1号、3号排量为200m3/h的输油泵，排量根据开发预测重新匹配，拆除4号输油泵，给1号、2号输油泵安装一拖二变频1套，实现闭环控制。

一、工频调节：

所谓工频调节就是利用调节离心泵的出口闸门来控制离心泵的排量。离心泵在正常情况下工作，如果来液量突然变化，就必须通过调节出口闸门来控制排量和压力，以本站2号输油泵为例：型号为150D30A×4的输油泵额定排量为155m3/h，扬程为122.8m，转数为1480r/min，额定电流为161/93A，电压为380/660V，频率为50Hz，功率为90Kw，但在实际生产工作中，从2009年1月-5月的生产数据表明，平均日产液为2204m3/d左右，每日耗电平均为1452KW，泵效为57.31%，离心泵长时间处于大马拉小车工作状态，电动机耗电多，浪费了大量的电能，缩短了泵和电机的使用寿命，频繁的人工控制离心泵的出口闸门，会经常出现油气分离器高低液位，使生产不稳定，增加了职工的劳动强度。

二、变频器调节：

由于本站输油泵效率太低，损失了大量的电能，单耗太高，泵的使用寿命短，通过系统改造对输油泵安装变频调速器后，该站脱离了离心泵长时间处于小流量运行状态，还是以2号输油泵为例：从2010年1月-5月的生产数据表明，平均日产液为:2366m3/d左右，每日耗电平均为552Kw，泵效为61.52%，电动机在经过变频运行后，输入功率不变，耗电量从原来的1452Kw降到552Kw，其节电率为62.98%，节电效果显著。

1、节电年度收益情况：

节电费用（按油田工业用电每千瓦小时1.25元计算）

年节电费：(1452-552)KW×365天×1.25元/KW=41、0625万元

2、两年度资料对比表

三、变频器的基本工作原理：

1、离心泵转差率的公式：

n=60f（1-S）/p

式中：n—电动机转数；

f—异步电动机的频率；

S—电动机转差率；

P—电动机磁极对数

由上式可知：转数n和频率f成正比，主要改变频率f就可以改变电动机的转数，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转数调节范围非常宽，变频器就是通过改变电动机频率来实现调节，是一种理想的高效率、高性能的调整手段。

2、离心泵变频器的原理

其简单原理就是利用将工频电源变换成另一频率的电能控制装置，我们现在使用的变频器主要采用交-直-交方式，先把工频交流电源通过整流转换成恒定的直流电源，然后再把直流转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机，由于采用微处理机编程的正弦波PWM控制电流输出故可用于交流电动机的无级调速。变频器的电路一般由整流，中间直流环节，逆变和控制4个部分组成，

四、本站变频控制系统的构成：

（一）、变频器的内部结构：

变频器的整个控制系统由电源→断路器或漏电开关→电磁接触器→交流电抗器→输入测噪声滤波器→直流电抗器→变频器→接地→输出测噪声滤波器→电动机等组成。

（二）变频器由外部设备和远控键盘组成。

1、变频器的外部设备由：安装孔、前外罩、端子外罩、本机键盘、塑料模压箱体、压铸铝散热器等组成。

2、远控键盘由：LED监视器、液晶显示器、键盘电位器、状态指示灯、单位指示灯、操作按键等组成。

本站变频器使用的是闭环PID控制方法：使用PID控制功能可实现简单的闭环控制。所谓闭环控制，就是用传感器检测的输出物理量作为反馈，调节变频器的输出频率（电动机转速），使某一物理量的输出与指令目标一致的控制方式，本站PID控制对流量控制反馈有效。

闭环PID控制的输入方式由数字键盘、计算机、模拟电位器、电压源、电流源及其相互组合，闭环控制系统结构简单。

五、总论：

综合上述的各项数据和设备的优越性质看出，本站安装变频后的节能效果是非常显著的，日节电900Kw，机泵的效率提高了4.21%，延长的泵的使用寿命，一次性投入长期收益，是一种即节能又减轻职工劳动强度的好设备，随着变频器应用领域的拓宽，这个应用技术将大有发展前途