油田生产系统应用变频技术节能效果分析

油田生产系统应用变频技术节能效果分析摘要本文通过对变频器的节能原理、节能方式及在油田应用后节能情况的分析，阐述了变频器的节电效果、应用过程中存在问题和对变频器应用中的建议。

关键词变频；油田；应用

中图分类号te37 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）44-0100-02

目前，河南油田已经处于原油高含水开发后期，含水量已经达到90%以上，开采过程中使用大量抽液抽气、注水注气、油水输送等设备，用于动力的电能达到50%以上，应用变频调速技术实施节能的潜力非常大，变频技术在原油生产系统中的节能应用有非常广阔的发展前景。本文就变频调速器在油田部分单位的生产应用效果进行简要分析。

1 变频调速器的节能原理

变频调速器的节能原理如下：

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。通过改变电动机的工作频率，来控制电动机的转速，使转速在我们希望的使用范围内运行。

电机的转速n 与供电频率f 有以下关系：

n = 2× 60 f（1–s）/q

其中，q为电机极数，s为转差率

可以看出，转速n 与频率f 成正比，如果不改变电动机的极数（设备投入生产后一般也不容易改变），只要改变频率 f 就可以改变电动机的转速，当频率 f 在0~50hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。所以变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。变频器的几种节能方式：

1）变频节能：为了保证生产的可靠性，各种生产设备在设计配用动力时，都留有一定的富余量。电动机不可能在满负荷下运行，除了满足动力要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏高或偏低时，根据实际情况实施闭环、开环调节，降低或提高电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能；

2）动态调整节能：迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有5 000次/s的测控输出功能，保持电机的输出始终在高效率状态下运行。对于经常发生负载变化的如过山车、抽油机、分压供水等方面很有意义；

3）变频自带软启动节能：在电机直接硬启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收7倍左右的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动影响也大，也增加了线损和变损。采用软启动后，启动电流可以从0至电机额定电流逐步上升，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命；

4）可以提高功率因数节能：电动机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用而产生力矩。绕组由于其感抗作用。对区域电网而言，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功率因数低。采用变频节能调速器后，由于其性能已变为： ac-dc-ac，在整流滤波后，负载特性发生了变化。变频调速器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数升高，减少了无功损耗。

2 变频调速器在河南油田机械采油、注水系统、输油系统中的使用情况

目前在河南油田的采油一厂、采油二厂等生产单位中的抽油机、输油泵、锅炉给水泵、注水泵、污水泵等的应用，其节能效果一般都能达到20%甚至更多。

变频器的应用虽然节能效果比较明显，但是随着通用变频器应用范围的扩大，暴露出来的问题也越来越多，主要有以下几方面：1）谐波问题。变频器输出电压中含有除基波以外的其它谐波，较低次谐波通常对电动机负载影响较大，引起转矩脉动，而较高的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电动机出力不足，另外谐波会对供电电源系统产生电力污染，会影响电网系统中其它设备的正常使用。因此变频器输出的高低次谐波都必须抑制；

2）变频器负载匹配问题。主要考虑电流、电压和转矩几个方面的匹配。电流匹配要求变频器的额定电流与电机的额定电流相符，对于特殊的负载则要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电

流。电压匹配要求变频器的额定电压与负载的额定电压相符。转矩匹配主要针对生产机械的种类繁多，性能和工艺要求各异，其转矩特性也是复杂的，大体分为3种类型：恒转矩负载、风机泵类负载和恒功率负载。针对不同的负载类型，应选择不同类型的变频器；

3）发热问题。变频器的发热是由内部的损耗产生的。在变频器中各部分损耗中主要以主电路为主，约占98%，控制电路占2%。为了保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热，环境温度以控制在0℃~40℃为宜；

4）适用性问题。目前我油田采油二厂主要采用稠油热采技术，把蒸汽注入到一口或多口井中，将生产井的稠油采出，因为是蒸汽吞吐，周期开采，这样就造成开采负荷变化大，抽油机比较适合采用变频调节器进行节能控制。

3 应用变频技术的建议

变频调速器在河南油田中的应用主要集中在抽油机、输油泵、注水泵、污水泵等方面。在油田注水、油气集输、污水抽排、恒压供水等方面其应用技术已经比较成熟。但是变频调速器在“磕头机”也就是游梁式抽油机和电潜泵控制中的应用还有待进一步发展和

提高。

3.1 变频器选型

针对以上问题，应用过程中选用变频器首先要搞清电动机所带负载的性质。不同负载类型，选不同类型的变频器。并且两者功率

要相互匹配。这样不仅可以节约投资，使投资回收期更短，而且有更好的节能效果。且良好的选型是保证变频器长周期安全运行的前提。

3.2 相适应的工作环境

变频器的安装环境对其使用寿命来说有着极大影响，变频器要有良好的运行工作环境，变频器对环境的要求主要是温度、粉尘和湿度，环境运行温度一般要求+5 ℃ ~ +40℃，就我油田情况而言建议工作环境最低不低于-10℃，最高不要超过 55℃。同时要有合适的防尘和防潮措施，以增加设备使用可靠性、延长变频器的寿命。

3.3 采用自动闭环调整

目前我油田应用的变频器有许多采用开环控制，人为地根据设备工作负荷调节工作频率，这样势必不能最大限度地发挥变频器的作用，影响变频器的节能效果。如果能够根据实际情况确定相对固定参数，实行闭环自动调整将是最理想的方式。

4 结论

总之，变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术，其应用已渗透到油田行业的各个部门和单位。由于在输水泵、输油泵等改造方面，其应用技术已经很成熟，应用也十分普遍，如能不断总结提高、推广应用、扩大战果将对河南油田经济的发展起到了促进作用，为创造节约型社会立下汗马功劳。

参考文献