富士變頻器在油田的應用
摘要：本文介紹富士變頻器恒壓供水用系列變頻器在油田中的應用。
1、變頻器選型
勝利油田位于山東省境內，由于遠離城市，輸電成本較高，平均每千瓦小時電價在1元以上，所以該油田節約電能以降低采油成本顯得十分重要。
在勝利油田作業區，原來注水泵電機采用自耦降壓啟動器控制，啟動沖擊電流大，運轉穩定后，注水泵長期每日24小時工作在工頻下，壓力大小由閥門調節，浪費了大量的電能。為停止電能的浪費，在深入了解變頻器節能特性的基礎上，油田作業區負責人決定為注水泵安裝變頗器。
通過大量的比較和篩選，最后該油田選用了富士P11系列恒壓供水專用型變頻器。變頻器在設計上吸取各種品牌變頻器的優點，內部采用了世界上先進的功率模塊，控制電路和整機運行可靠，輸入電壓范圍容許額定電壓的20%上下波動，適合類似油田這種電壓有波動的場所；變頻器帶內置PI調節器，使注水泵很容易構成閉環系統；價格低于進口品牌，性能卻不低于進口品脾，性價比好。
2、方案的選擇
勝利油田作業區共有三臺同一型號立式注水泵，并列擺放，二用一備，電動機額定功率75KW，額定電壓380V，額定電流138A，額定轉速2900轉／分鐘，額定頻率50HZ，絕緣等級F級。針對注水泵二臺工作一臺備用，有采用變頻器調速進行恒壓供水時存在著一個用一臺變頻器還是用二臺變頻器的問題：
2.1用一臺變頻調速器的節電效果
這是應用得較為普遍的方案，其控制過程是：用水量少時由變頻器控制1號泵，進行恒壓供水控制．當用水量逐漸增加1號泵的工作頻率達到接近50HZ時，將其電動機切換成工頻電源供電．同時將變頻器切換到2號泵上，由2號泵進行補充供水．反之，當用水量逐漸減少，即使2號泵的工作頻率已降為下限頻率，而供水壓力仍偏大時，則關掉1號泵，同時迅速升高2號泵的工作頻率．并進行恒壓控制．此方案的主要特點是只用一臺變頻器，故設備投資少，但如果用水量恰巧在一臺泵全速供水量上下變動是，將會出現供水系統來回切換的狀態。為了避免這種現象的發生，可將供水壓力設定一個范圍，此方法適用于控制精度要求不是很高的場合。此方案取用電功率的計算如下：
75KW的拖動電動機容量為Pmn=75KW,
全速時的供水量為Qn
泵的空載損耗為PO=0.1*75KW=7.5KW
每天的平均總供水流量為140％.Qn
則1號泵為全速，其平均取用功率為Pm2=PMn=75KW
而2號的平均轉速的40%，其平均取用功率為Pm2=(7.5+0.43*75)KW=12.3KW
兩臺泵取用的總平均功率為 75+12.3=87.3
2.2用二臺變頻調速器的節電效果
用二臺變頻器分別控制二臺電動機，一次設備投資費用較高，但運行時的節能效果如何？計算如下：每天的平均總供水流量還為140%Qn,供水流量可由二臺水泵平均分擔，則每臺的平均供水流量為70％Qn。每臺電動機的取用電功率為Pm1=(7.5+0.73*75)KW=33.23KW。二臺水泵共用功率為2*33.23=66.46
由以上數據可以看出來采用二臺變頻器方案比采用一臺變頻方案還節約屯量20.84KW，最后決定采用二臺變頻器的調速方案。
3、電氣設計
在變頻器的品牌和數量選定后，根據用戶要求設計出電路圖。用戶要求本系統兩臺變頻器分別閉環控制1號和2號注水泵、3號注水泵為備用泵、用軟啟動控制起停，正常運行的注水泵如遇故障或檢修，估計在一天之內即可排除故障或檢修完畢，在這期間可啟用備用泵．在二次控制線路上注水泵壓力給定量由1-3K電位給定，而壓力反饋值由壓力變送器以4-20mA電流形成從IS端輸入。變頻器的啟動和停止由FWD、X1、COM端子組成三線式運轉模式且為雙工控制的邏輯啟停。PM和GND接出0-10V直流電壓表以觀察變頻器輸出頻率，A、C接入閃光報警器，一旦變頻器出現故障及時報警。一次主線路380V電源經過斷路器QF接入變頻器R、S、T端子，U、V、W為變頻器輸出，接至注水泵電動機，接的時候一定要注意進出電源不能接反。
4、主要參數設定與調試
H03=1 恢復出廠設定值
F01=3 模擬電流／電壓端子（IS-GND）的電流輸入設定，范圍：DCO-20mA
F02=2 控制端子控制
F12 下限率
P1 上限率
F93=1 禁止變頻器反向運轉
F11=4 選擇模擬反饋的閉環控制功能
F90=2 由VCI模擬電壓給定
F91=3 由CCI模擬電流輸入4-20mA
F88 比例
F89 積分
設置完畢后經檢查確認無誤，再次檢查電機線及控制線連接是否正確，也確認無誤后通電運行。由于前期工作做的細致，試車一次成功。
5、結論
該系統經過半年運行，變頻器運行穩定，二臺注水泵一般在40HZ左右運行，節能效果非常明顯。一年內就收回了投資，設備機械磨損小，噪音明顯下降，自動化程度提高，勞動強度減輕，電氣和機械維修量大大降低，用戶十分滿意。
1、變頻器選型
勝利油田位于山東省境內，由于遠離城市，輸電成本較高，平均每千瓦小時電價在1元以上，所以該油田節約電能以降低采油成本顯得十分重要。
在勝利油田作業區，原來注水泵電機采用自耦降壓啟動器控制，啟動沖擊電流大，運轉穩定后，注水泵長期每日24小時工作在工頻下，壓力大小由閥門調節，浪費了大量的電能。為停止電能的浪費，在深入了解變頻器節能特性的基礎上，油田作業區負責人決定為注水泵安裝變頗器。
通過大量的比較和篩選，最后該油田選用了富士P11系列恒壓供水專用型變頻器。變頻器在設計上吸取各種品牌變頻器的優點，內部采用了世界上先進的功率模塊，控制電路和整機運行可靠，輸入電壓范圍容許額定電壓的20%上下波動，適合類似油田這種電壓有波動的場所；變頻器帶內置PI調節器，使注水泵很容易構成閉環系統；價格低于進口品牌，性能卻不低于進口品脾，性價比好。
2、方案的選擇
勝利油田作業區共有三臺同一型號立式注水泵，并列擺放，二用一備，電動機額定功率75KW，額定電壓380V，額定電流138A，額定轉速2900轉／分鐘，額定頻率50HZ，絕緣等級F級。針對注水泵二臺工作一臺備用，有采用變頻器調速進行恒壓供水時存在著一個用一臺變頻器還是用二臺變頻器的問題：
2.1用一臺變頻調速器的節電效果
這是應用得較為普遍的方案，其控制過程是：用水量少時由變頻器控制1號泵，進行恒壓供水控制．當用水量逐漸增加1號泵的工作頻率達到接近50HZ時，將其電動機切換成工頻電源供電．同時將變頻器切換到2號泵上，由2號泵進行補充供水．反之，當用水量逐漸減少，即使2號泵的工作頻率已降為下限頻率，而供水壓力仍偏大時，則關掉1號泵，同時迅速升高2號泵的工作頻率．并進行恒壓控制．此方案的主要特點是只用一臺變頻器，故設備投資少，但如果用水量恰巧在一臺泵全速供水量上下變動是，將會出現供水系統來回切換的狀態。為了避免這種現象的發生，可將供水壓力設定一個范圍，此方法適用于控制精度要求不是很高的場合。此方案取用電功率的計算如下：
75KW的拖動電動機容量為Pmn=75KW,
全速時的供水量為Qn
泵的空載損耗為PO=0.1*75KW=7.5KW
每天的平均總供水流量為140％.Qn
則1號泵為全速，其平均取用功率為Pm2=PMn=75KW
而2號的平均轉速的40%，其平均取用功率為Pm2=(7.5+0.43*75)KW=12.3KW
兩臺泵取用的總平均功率為 75+12.3=87.3
2.2用二臺變頻調速器的節電效果
用二臺變頻器分別控制二臺電動機，一次設備投資費用較高，但運行時的節能效果如何？計算如下：每天的平均總供水流量還為140%Qn,供水流量可由二臺水泵平均分擔，則每臺的平均供水流量為70％Qn。每臺電動機的取用電功率為Pm1=(7.5+0.73*75)KW=33.23KW。二臺水泵共用功率為2*33.23=66.46
由以上數據可以看出來采用二臺變頻器方案比采用一臺變頻方案還節約屯量20.84KW，最后決定采用二臺變頻器的調速方案。
3、電氣設計
在變頻器的品牌和數量選定后，根據用戶要求設計出電路圖。用戶要求本系統兩臺變頻器分別閉環控制1號和2號注水泵、3號注水泵為備用泵、用軟啟動控制起停，正常運行的注水泵如遇故障或檢修，估計在一天之內即可排除故障或檢修完畢，在這期間可啟用備用泵．在二次控制線路上注水泵壓力給定量由1-3K電位給定，而壓力反饋值由壓力變送器以4-20mA電流形成從IS端輸入。變頻器的啟動和停止由FWD、X1、COM端子組成三線式運轉模式且為雙工控制的邏輯啟停。PM和GND接出0-10V直流電壓表以觀察變頻器輸出頻率，A、C接入閃光報警器，一旦變頻器出現故障及時報警。一次主線路380V電源經過斷路器QF接入變頻器R、S、T端子，U、V、W為變頻器輸出，接至注水泵電動機，接的時候一定要注意進出電源不能接反。
4、主要參數設定與調試
H03=1 恢復出廠設定值
F01=3 模擬電流／電壓端子（IS-GND）的電流輸入設定，范圍：DCO-20mA
F02=2 控制端子控制
F12 下限率
P1 上限率
F93=1 禁止變頻器反向運轉
F11=4 選擇模擬反饋的閉環控制功能
F90=2 由VCI模擬電壓給定
F91=3 由CCI模擬電流輸入4-20mA
F88 比例
F89 積分
設置完畢后經檢查確認無誤，再次檢查電機線及控制線連接是否正確，也確認無誤后通電運行。由于前期工作做的細致，試車一次成功。
5、結論
該系統經過半年運行，變頻器運行穩定，二臺注水泵一般在40HZ左右運行，節能效果非常明顯。一年內就收回了投資，設備機械磨損小，噪音明顯下降，自動化程度提高，勞動強度減輕，電氣和機械維修量大大降低，用戶十分滿意。
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