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變頻器的油田應(yīng)用及節(jié)能效果

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（1.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠；2.建設(shè)集團(tuán)化建公司；

3.大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠；4.大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

近些年國(guó)際油價(jià)持續(xù)低迷，大慶油田原油生產(chǎn)的高成本與低油價(jià)形成了新的矛盾。油田生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)的電能消耗是生產(chǎn)成本中重要組成部分，如何節(jié)約電動(dòng)機(jī)的電能消耗也是降低生產(chǎn)成本的重要課題。目前，大慶油田內(nèi)部主要采用變頻器作為電動(dòng)機(jī)的節(jié)能裝置。文中對(duì)某廠某油礦變頻器現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，結(jié)合積累的使用經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)變頻器使用中的影響因素和常見故障，使管理人員能更好地利用變頻器，延長(zhǎng)其使用壽命，提高投入產(chǎn)出比。

變頻器；節(jié)能；故障

變頻器是通過(guò)對(duì)電力半導(dǎo)體器件的控制，實(shí)現(xiàn)將工頻（380 V 50 Hz）變換為頻率可調(diào)的電能控制裝置。油田采出過(guò)程中主要用于對(duì)交流電動(dòng)機(jī)(異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī))轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能、調(diào)節(jié)和保護(hù)的目的。

隨著油田進(jìn)入高含水期，生產(chǎn)環(huán)節(jié)中節(jié)能降耗和安全生產(chǎn)成為油田生產(chǎn)的兩個(gè)重要方面，變頻器的使用能夠滿足節(jié)能降耗和安全生產(chǎn)的實(shí)際要求。十幾年間，變頻器被大量應(yīng)用在油田生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，如何加強(qiáng)科學(xué)管理和使用，有效延長(zhǎng)變頻器的使用壽命，提高投入產(chǎn)出比成為管理者應(yīng)該思考的問(wèn)題。

1 變頻器應(yīng)用情況

變頻器的應(yīng)用已經(jīng)深入到油田生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，按照使用地點(diǎn)分為站庫(kù)和單井；按照使用領(lǐng)域分為采出、處理和運(yùn)輸；按照使用地點(diǎn)的工藝、設(shè)備分為螺桿泵（側(cè)驅(qū)、直驅(qū)）、抽油機(jī)、原油外輸、污水反沖洗、聚合物配制和注入、注水、鍋爐給水、恒壓供水、消防和加熱爐自動(dòng)點(diǎn)火等。

以第一采油廠第五油礦進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

變頻器按照使用地點(diǎn)分類，統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 站庫(kù)和單井變頻器使用情況統(tǒng)計(jì)

站庫(kù)變頻器按照使用工藝或設(shè)備分類，統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 站庫(kù)各工藝設(shè)備變頻器使用情況統(tǒng)計(jì)

單井（螺桿泵）變頻器按照電動(dòng)機(jī)種類，統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 單井螺桿泵變頻器使用情況統(tǒng)計(jì)

根據(jù)實(shí)際情況的不同，變頻器側(cè)重節(jié)能或調(diào)節(jié)控制的重點(diǎn)也不同。以節(jié)能為重點(diǎn)的有原油外輸、聚合物注入、注水、螺桿泵和抽油機(jī)；以調(diào)節(jié)為重點(diǎn)的有污水反沖洗、鍋爐給水和加熱爐自動(dòng)點(diǎn)火，使被控量符合設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的要求。

2 影響變頻器使用的因素

實(shí)際使用中，變頻器受本身品質(zhì)影響之外，還受到其他因素的影響。在變頻器的設(shè)計(jì)、安裝和使用時(shí)，避免或減少影響因素可以延長(zhǎng)變頻器的使用時(shí)間，提高變頻器的投入產(chǎn)出比。以下列舉影響變頻器使用的五個(gè)主要因素。

2.1使用環(huán)境

變頻器是由電子器件制成，電子器件的使用受環(huán)境影響較大。在變頻器說(shuō)明書中，規(guī)定了變頻器使用時(shí)的溫度（-10～50℃）和濕度（周圍濕度90%以下）。

在實(shí)際使用中，由于變頻器使用環(huán)境惡劣、維護(hù)保養(yǎng)不到位導(dǎo)致溫度不能滿足規(guī)定要求，尤其在電泵井和抽油機(jī)上使用的變頻器。冬季，當(dāng)電泵井和抽油機(jī)上的變頻器處于-20～30℃的狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行時(shí)由于自身器件產(chǎn)生熱量，所以不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但停下來(lái)或維修后再使用就可能因?yàn)樽冾l器的保護(hù)而不能使用。

要充分考慮變頻器的使用環(huán)境，可使用輔助設(shè)備來(lái)改善其使用環(huán)境。例如，控制系統(tǒng)中增加軸流風(fēng)機(jī)加強(qiáng)通風(fēng)，達(dá)到降溫目的；增加加熱器，對(duì)冬季使用的變頻器進(jìn)行加熱。

2.2使用和維護(hù)

當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，按照工頻設(shè)備操作，沒有對(duì)變頻器本身進(jìn)行檢查和故障復(fù)位，強(qiáng)行送電，導(dǎo)致變頻器損壞。變頻器長(zhǎng)時(shí)間得不到維護(hù)，內(nèi)部積灰嚴(yán)重，影響內(nèi)部熱量的散發(fā)，導(dǎo)致變頻器內(nèi)部溫度升高，功率器件性能下降，加速器件老化，縮短其使用周期。大量灰塵的另一個(gè)危害是導(dǎo)致強(qiáng)電器件間短路，致使變頻器損壞。

變頻器使用時(shí)，對(duì)操作員工進(jìn)行變頻器知識(shí)普及，遇到變頻器故障時(shí)能夠正確對(duì)待、準(zhǔn)確記錄和及時(shí)處理。同時(shí)，制定變頻器的維護(hù)計(jì)劃，定期對(duì)變頻控制系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。

2.3變頻控制系統(tǒng)

變頻器的節(jié)能和調(diào)節(jié)功能要由變頻控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，變頻器也受到控制系統(tǒng)中其他設(shè)備的影響。旋鈕、按鈕、電器元件等狀態(tài)變化也是使用和管理中需要注意的環(huán)節(jié)。使用中，常常有故障是由于以上器件損壞造成的，變頻器不能變頻調(diào)節(jié)，也不能變頻與工頻間轉(zhuǎn)換，變頻控制系統(tǒng)無(wú)法使用。

使用中，對(duì)變頻控制系統(tǒng)的器件狀態(tài)也要進(jìn)行觀察、檢查，尤其是常動(dòng)作的按鈕、旋鈕和交流接觸器。保證變頻控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)功能要求，同時(shí)在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)能夠保證工頻運(yùn)行，保證生產(chǎn)運(yùn)行連續(xù)性。維修人員要掌握變頻控制系統(tǒng)的所有功能及各功能間的轉(zhuǎn)換。

2.4PLC

很多變頻器應(yīng)用PLC進(jìn)行控制，按照預(yù)先編制的程序?qū)涣鹘佑|器進(jìn)行邏輯控制，或?qū)崿F(xiàn)模擬量的調(diào)節(jié)。PLC程序編制不合理，導(dǎo)致變頻控制系統(tǒng)邏輯控制不合理或變頻器啟停、頻率變化頻繁，增加了電動(dòng)機(jī)增速、減速對(duì)變頻器的影響次數(shù)。使用中，根據(jù)工藝和安全需要，優(yōu)化變頻器的控制方式，減少變頻器啟停次數(shù)，降低變頻器頻率變化幅度和頻次，

2.5電動(dòng)機(jī)

變頻器使用時(shí)，為了達(dá)到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的需要，并考慮投入產(chǎn)出比，一般按照變頻器輸出功率比電動(dòng)機(jī)功率大一個(gè)等級(jí)的原則選取變頻器，這樣可以降低變頻器滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)會(huì)。

但在實(shí)際使用中，變頻器輸出功率與電動(dòng)機(jī)功率有相同或偏小的情況。變頻器滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，相同情況下內(nèi)部溫度升高，加速了變頻器中電子器件的老化，長(zhǎng)時(shí)間使用功率器件帶載能力下降，器件損壞概率大大增加。變頻器使用時(shí)，考慮變頻器功率之外，還要考慮負(fù)載的類型。

3 變頻器常見故障

變頻器故障一般分為兩類：運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)故障停機(jī)，出現(xiàn)故障代碼；環(huán)境惡劣造成變頻器硬件損壞；第一種可以歸為軟故障，根據(jù)故障代碼和說(shuō)明書檢查、復(fù)位進(jìn)行處理；第二種可以歸為硬件故障，常有器件、板卡、保險(xiǎn)等損壞。常見故障主要有以下幾種。

3.1過(guò)熱

變頻器內(nèi)部溫度超過(guò)溫度限制，溫度檢測(cè)器件檢測(cè)到溫度過(guò)高，主控板停止變頻器運(yùn)行并報(bào)故障，一般故障代碼為“OH”。溫度超限，一般由于變頻器風(fēng)道堵塞或軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，變頻器內(nèi)部熱量不能及時(shí)排出。遇到這種情況，清理變頻器風(fēng)道，更換軸流風(fēng)機(jī)，使變頻器內(nèi)部空氣暢通，熱量能夠及時(shí)散出。

3.2欠壓或過(guò)壓

當(dāng)電網(wǎng)電壓過(guò)低或過(guò)高時(shí)，變頻器會(huì)停止工作，一般欠壓用“LV”、過(guò)壓用“OV”表示。欠壓或過(guò)壓故障主要是由外部電源引起的，少數(shù)是由電壓檢測(cè)電路或主回路電解電容損壞造成的。

遇到欠壓或過(guò)壓故障時(shí)，首先檢查外部電壓是否滿足銘牌要求，同時(shí)檢查整流電路是否正常。檢查以上正常后，如果仍然出現(xiàn)欠壓或過(guò)壓，需檢查變頻器電壓檢測(cè)電路和主回路電解電容。

3.3過(guò)流

過(guò)流故障情況復(fù)雜，常用“OC”表示。出現(xiàn)過(guò)流故障，可能是由電動(dòng)機(jī)負(fù)載突變、相間絕緣不好或變頻器本身的故障引起的。處理過(guò)流故障，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行分析，找到引起故障的原因。

3.4過(guò)載

過(guò)載是變頻器保護(hù)比較頻繁的故障之一，常用“OL”表示。發(fā)生過(guò)載故障時(shí)，首先分析是電動(dòng)機(jī)過(guò)載還是變頻器自身過(guò)載。一般情況下，電動(dòng)機(jī)由于過(guò)載能力較強(qiáng)，只要變頻器參數(shù)表的電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置得當(dāng)，不會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)載。

變頻器本身由于過(guò)載能力較差，很容易出現(xiàn)過(guò)載報(bào)警，可以通過(guò)檢測(cè)變頻器輸出電壓和電流進(jìn)行判斷。

4 節(jié)能效果

對(duì)160 kW電動(dòng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與使用變頻器前后的用電量進(jìn)行對(duì)比，數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 電動(dòng)機(jī)使用變頻器前后用電量對(duì)比

全年節(jié)電量為48 180 kWh，較未使用變頻器前節(jié)電9.25%，全礦變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的總功率為10 957 kW，全年節(jié)電量預(yù)計(jì)為137 476 kWh。

使用GB/T 28750—2012標(biāo)準(zhǔn)，采用直接比較法計(jì)算節(jié)能量。在其他工況相同的情況下，電動(dòng)機(jī)消耗的能量為電能，以電能并使用標(biāo)準(zhǔn)中的公式計(jì)算。

報(bào)告期內(nèi)的節(jié)能量Es可由下述公式求得：

Es=Er-Ea

式中：Es為節(jié)能量，kWh；Er為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期能耗，kWh；Ea為校準(zhǔn)能耗，kWh。

通過(guò)對(duì)變頻器使用的影響因素進(jìn)行分析，加強(qiáng)日常維護(hù)管理，既能提高變頻器的使用效率，又能降低變頻器的故障率，減少變頻器停運(yùn)時(shí)間，增加節(jié)電效果。

掌握并及時(shí)處理變頻器故障，也可提高變頻器的使用效率。常見的變頻器故障，為現(xiàn)場(chǎng)操作人員處理故障提供了參考，避免錯(cuò)誤的檢查和操作，造成變頻器的二次損壞和故障處理的延誤，增加變頻器的運(yùn)行時(shí)間。

5 結(jié)論

變頻器的使用已經(jīng)成為日常管理的一項(xiàng)內(nèi)容，加強(qiáng)變頻器的使用、維護(hù)管理能充分發(fā)揮其節(jié)能降耗、安全生產(chǎn)的作用，可以減少或避免影響變頻器的不利因素，提高變頻器的使用效率和投入產(chǎn)出比。隨著變頻器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展、數(shù)量的不斷增加，變頻器的維修和維護(hù)作用日顯重要，油田生產(chǎn)中需要專業(yè)的變頻器維修和維護(hù)隊(duì)伍。

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.019

2016-05-25

（編輯 李珊梅）

劉爾俊，2014年畢業(yè)于佳木斯大學(xué)（機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)），從事采油礦機(jī)關(guān)調(diào)度等工作，E-mail：mdyesyy623@163.com，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠第五油礦機(jī)關(guān)調(diào)度室，163000。