一、前言
一般油田注水站注水泵流程大多采用傳統(tǒng)的水源井深井泵，將水供到儲水大罐，再由喂水泵將水從儲水罐供給注水泵，最后由注水泵將水注入地層。注水泵電動機(jī)大多為大功率電動機(jī)（110、185KW），注水泵出口壓力通常是通過調(diào)節(jié)閥門來實(shí)現(xiàn)的，操作人員隨時(shí)靠觀察壓力表的壓力來調(diào)節(jié)閥門，而水泵電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速基本保持不變，這樣，對電動機(jī)而言，“大馬拉小車”的現(xiàn)象十分嚴(yán)重，管網(wǎng)水泵較多，流程復(fù)雜，既浪費(fèi)電能，又增加了操作人員的勞動強(qiáng)度。利用變頻器恒壓供水控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對水泵電動機(jī)的無級調(diào)速，依據(jù)注水壓力的要求自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量變化時(shí)保持管網(wǎng)水壓恒定，以滿足注水要求。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)是先進(jìn)合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用中得到了很大發(fā)展，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來越強(qiáng)，充分利用變頻器的各種功能，對應(yīng)用恒壓變頻供水系統(tǒng)有著重要的意義。
采油五廠趙112站和晉93站注水泵從建站開始就采用并安裝了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，從裝配控制柜、施工安裝、調(diào)試保運(yùn)等都是由電管大隊(duì)自己實(shí)施，本人當(dāng)時(shí)在電管大隊(duì)電工隊(duì)工作，一直是該工程施工調(diào)試的主要參與者和保運(yùn)人員。
二、正文
1、該變頻調(diào)速控制系統(tǒng)裝置采用的是艾默森變頻器為主要控制器件，通過壓力變送器采集4～20mA信號傳輸給變頻器PID控制器，以監(jiān)測供水和注水管網(wǎng)的壓力變化，控制變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)水泵的工作狀態(tài)，使管網(wǎng)壓力保持在一個(gè)恒定的壓力范圍。水源井深井泵電動機(jī)功率為5.5KW，用15KW變頻器驅(qū)動控制；注水泵電動機(jī)功率為110KW（或185KW），用150KW(或200KW)變頻器驅(qū)動控制，根據(jù)不同水量及壓力要求，實(shí)行變頻運(yùn)行、工頻備用等來實(shí)現(xiàn)恒定水壓，系統(tǒng)通過PID控制器設(shè)定參數(shù)，根據(jù)變頻顯示、壓力顯示、欠壓超時(shí)、水壓報(bào)警指示及上、下限保持壓力等來控制系統(tǒng)的運(yùn)行。在注水泵進(jìn)口前端管網(wǎng)上安裝一只壓力變送器來控制深井泵變頻器的運(yùn)行；在注水泵出口管網(wǎng)上安裝一只壓力變送器來控制注水泵變頻器的運(yùn)行，控制變頻器輸出頻率的大小，從而改變水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制管網(wǎng)壓力恒定的目的。
當(dāng)實(shí)際管網(wǎng)壓力小于給定壓力值時(shí)，變頻器輸出頻率上升，電動機(jī)轉(zhuǎn)速加快，管網(wǎng)壓力開始升高；反之，變頻器輸出頻率降低，電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，管網(wǎng)壓力降低，系統(tǒng)通過自動調(diào)節(jié)，使實(shí)際壓力圍繞設(shè)定壓力保持管網(wǎng)壓力恒定。
變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在水泵運(yùn)行過程中形成可控參數(shù)閉環(huán)控制，實(shí)行恒壓供水，保持注水系統(tǒng)和用量處于平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動控制。
過去注水泵流程一般為：水源井—儲水罐—喂水泵—注水泵。安裝變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，通過恒壓供水控制可使流程簡化為：水源井—注水泵。這一技術(shù)革新簡化了工藝流程，減少了操作步驟和水源井的頻繁起停，實(shí)現(xiàn)了自動化供水，這樣即節(jié)約了電能，降低了成本，又減少了操作員工的勞動強(qiáng)度。
變頻調(diào)速技術(shù)是通過改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量的，能有效抑制機(jī)泵運(yùn)行中存在的“大馬拉小車”現(xiàn)象，減少用電設(shè)備的損耗。這樣既減輕了操作者的勞動強(qiáng)度，還能節(jié)省電能，延長設(shè)備使用壽命，而且還能簡化供水流程，提高工作效率。
2、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)示意圖
整套設(shè)備控制系統(tǒng)的工作原理為：
供水管網(wǎng)的壓力通過壓力變送器采集反饋信號，再通過變頻器的A/D轉(zhuǎn)換模塊將設(shè)定值及采集偏差信號值同時(shí)經(jīng)過PID控制進(jìn)行比較，PID根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將處理結(jié)果以運(yùn)行頻率的形式進(jìn)行輸出。
PID控制模塊具有比較和差分的功能，供水管網(wǎng)的壓力低于設(shè)定壓力，變頻器就會將運(yùn)行頻率升高，反則將降低，并根據(jù)壓力變化的快慢進(jìn)行差分調(diào)節(jié)，以負(fù)作用為例：如果壓力在上升接近設(shè)定值的過程中，上升速度過快，PID運(yùn)算也會減少執(zhí)行量，從而穩(wěn)定壓力。
在PID控制下，使用一個(gè)4mA對應(yīng)0MPa，20mA對應(yīng)1MPa的壓力變送器調(diào)節(jié)水源井深井泵的供水壓力，另使用一個(gè)4mA對應(yīng)0MPa，20mA對應(yīng)25MPa的壓力變送器調(diào)節(jié)注水泵的注水壓力，設(shè)定值通過變頻器端子（0～5V）給定。
整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行中，當(dāng)出現(xiàn)缺相、欠壓、變頻器故障、壓力下限超壓等情況時(shí)，系統(tǒng)皆能發(fā)出聲響報(bào)警信號，特別是當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、超壓時(shí)，系統(tǒng)會自動停機(jī)，并發(fā)出報(bào)警信號，維修人員及時(shí)維護(hù)處理，使其恢復(fù)正常。此外，變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)可切換至手動方式，用備用工頻方式運(yùn)行，保證注水生產(chǎn)。 變頻器的軟起功能還減少了設(shè)備電動機(jī)啟動時(shí)的沖擊電流，從而有效保護(hù)設(shè)備、電網(wǎng)等，延長設(shè)備的使用壽命。
3、應(yīng)用及創(chuàng)效情況：
趙112和晉93站注水泵安裝了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，從進(jìn)材料和元器件后，電管大隊(duì)自己裝配、施工、安裝、調(diào)試，每套比外購成套設(shè)備節(jié)約資金12萬元，共節(jié)約資金24萬元；趙112站年可節(jié)約電費(fèi)11.4萬元；晉93站年可節(jié)約電費(fèi)19.2萬元；同時(shí)還省去兩臺喂水泵及其所需消耗電費(fèi)3.2萬元。每年節(jié)約電費(fèi)33.8萬元，共創(chuàng)效57.8萬元。
4、創(chuàng)效計(jì)算依據(jù)及方法
按年運(yùn)行300天、電費(fèi)0.4元/kw.h（通常變頻器運(yùn)行頻率多為32Hz）計(jì)算：
趙112站年可節(jié)約電費(fèi)（電動機(jī)為110 kw）：
W1=（110×24-110×24×32/50）×300×0.4≈11.4（萬元）
晉93站年可節(jié)約電費(fèi)（電動機(jī)為185 kw）：
W2=（185×24-185×24×32/50）×300×0.4≈19.2（萬元）
兩臺喂水泵年消耗電費(fèi)（電動機(jī)為5.5 kw）：
W3=5.5×2×24×300×0.4≈3.2（萬元）
年節(jié)約電費(fèi)11.4+19.2+3.2=33.8萬元
節(jié)約資金12萬元
共創(chuàng)效12+33.8=57.8萬元
5、可推廣范圍：
所有泵類負(fù)載，如注水泵、輸油泵、熱水泵、深井泵、風(fēng)機(jī)等。
三、結(jié)束語
以上變頻調(diào)速控制系統(tǒng)采用變頻器調(diào)速運(yùn)行方式，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定管網(wǎng)水壓自動調(diào)節(jié)水泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使注水管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)約電能，并且系統(tǒng)能處于可靠運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水、注水，系統(tǒng)水壓、水量的任何變化均能使管網(wǎng)中的壓力保持恒定，大大提高了注水質(zhì)量，同時(shí)也解決了電動機(jī)“大馬拉小車”、操作員工操作復(fù)雜、工作強(qiáng)度大等問題，變頻器故障維修期間，仍能使用工頻拖動，保證注水工作的進(jìn)行，具有一定的先進(jìn)性，目前此系統(tǒng)使用、運(yùn)行穩(wěn)定，效果明顯。
本人自從參與此工程的施工、安裝、調(diào)試后，對變頻器技術(shù)有了全新的了解和認(rèn)識，對變頻調(diào)速控制系統(tǒng)有了更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)了解。以上論文的撰寫，是本人參與、學(xué)習(xí)的一些體會，從而在今后變頻器應(yīng)用中能更好地操作、維護(hù)，更好地使用變頻技術(shù)，最大限度的發(fā)揮變頻器的使用功能，為油田自動化生產(chǎn)運(yùn)行、節(jié)能降耗、優(yōu)化管理達(dá)到最佳效果而努力。
撰寫本論文的過程中，由于水平有限，對控制系統(tǒng)的認(rèn)識、學(xué)習(xí)還不夠深刻，僅僅有個(gè)基礎(chǔ)的了解，同時(shí)，所寫論文中還存在許多不足和不妥之處，以及對變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的諸多功能還不是很清楚，希望各位老師、專家、同行給予批評指正，多提寶貴意見，在此，本人深表感謝！
2009年05月
