高压变频器在油田注水泵上的应用（下）(一)

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3 、现场情况和节能效果统计
针对现场存在的问题，系统优化改造主要需解决两方面的问题：第一，在满足系统配注水量的基础上尽可能减少排量损失；第二，在满足注水压力的前提下尽可能减少泵管压差，即减少压力损失。系统优化拟从动能和势能两方面同时入手，尽可能降低能耗、提高系统效率。
3.1 现场的系统构成

系统闭环控制过程如下：由智能传感器对各运行注水泵进行实时数据监控和处理，即采集和传输注水泵、站的运行参数，如：泵的排量 Q 单、电机电流 I 、泵进、出口压力 P 泵，注水站出口干压 P 干、总排量 Q 总、平均单耗等，并将这些控制参数（ Q 单、 I 、 P 泵， P 干、 Q 总、）与其期望值及泵本身的特性曲线进行对比和优化计算。其中，注水站干压和总流量是系统所需监测和控制的两个最主要参数。本系统中，一方面在泵出口管线上安装一只高可靠性压力传感器，将实测的压力信号与系统的配注压力（期望值）相比，并将其差值送往过程参数调节器（ PID ）进行比例和积分运算，最后将输出结果送给可编程控制器（ PLC ）；另一方面在泵入口管线上安装一只流量计，用于监测系统实际总流量，将该值与系统配注量的差值再进行一次 PID 整定，最后将输出结果送给 PLC 。 PLC 根据所接收的两个 PID 整定信号，利用模糊推理的方法，在满足系统干压的前提下，系统及时自动调整高压变频器的输出频率从而控制变频泵的转速。由离心泵原理知，泵转速的变化可引起相应的排量变化，通过频率的变化以达到期望的排量值。通过上述闭环控制，使系统的实际压力和排量与系统的配注压力和配注量相接近。系统设计为闭环控制系统，流量和压力为系统的两个主要参数，将系统实测的流量和压力信号与地质要求的流量和压力（期望值）进行双 PID 调节；通过模糊推理的方法自动寻优控制，根据推理结果，系统及时自动调整高压变频器的输出，并自动计算出变频器的最佳运行频率。
3.2 节电效果分析
3.2.1 由功率和转速的立方成比例：
p 1 /p 2 μ (n 1 /n 2 ) 3 （其中， n 为机泵转速， p 为输出功率）
　　可知，泵的功率变化与转速的三次方成正比，也就是说，当泵的转速下降 1 个单位，则泵的功率将以该单位的三次方的关系下降。而变频调速正式通过变频器改变电源的频率来控制泵的转速，这充分说明变频调速是节能的最好方法。
3.2.2 系统效率提高，单耗降低
　　系统通过高压变频装置改造后，使各泵在高效区运行的前提下满足系统的注水量，有效提高了系统效率，降低系统单耗。据分析计算，系统改造后可实现 注水单耗平均降低 0.2~0.4kW/h ，取平均值 0.3kW/h ， 每天 注水量平均为 4100 m 3 /d ， ，每度电以 0.5 元计，则一年可以节约电费为：
4100 ′ 365 ′ 0.3 ′ 0.5=22.4 万元（人民币）
3.2.3 调整多余水量，节约电能
　　每天平均注水量为 4100 m 3 /d ， 由于要求的 注水量的波动较大（有时需要注 2600 m 3 /d ，有时又需要注 5500 m 3 /d ）且变化频繁（一周或几天一变）。对该站实施高压变频改造，可根据站外要求的水量灵活调整站内泵的运行，使之在满足系统压力要求的前提下尽可能与要求的注水量一致，重大程度减少电能和水源的浪费。
　　当要求注 3600 m 3 /d 水时，泵的能力大于要求的水量，将多注 1500m 3 /d ；当要求注 5500 m 3 /d 时，开 1 台泵水量不够，开 2 台泵将多注 2220 m 3 /d 水，都将造成水源和电能的浪费。根据以上数据及站内运行情况推算，为满足配注量，每天平均多注水 1600 m 3 /d ， 系统单耗为 7.1 kW/h ，按每度电电费为 0.5 元计，改造前每年约有 150 天水量处于不匹配状态，则通过高压变频调节后年节电费为：
1600 ′ 150 ′ 7.1 ′ 0.5=85.2 万元（人民币）
3.3 实际节电效果
　　该变频器于 2004 年 8 月在新三联 2# 注水电机安装正式运行，使用变频器前后的耗电情况统计见下表：

由表 1 ，表 2 可以看出， 2# 注水泵电机安装变频器前后的注水单耗从 6.79 下降到 5.38 ，不考虑其它方面的影响：
节电率 = （安装前耗电 - 安装后耗电） / 安装前耗电 *100 ﹪
=(1244246-698215)/1244246*100 ﹪
=43.88 ﹪
　　考虑到注水量各方面条件的影响，实际的节电率与计算值有所不同，但根据现场的运行情况来看，不会有太大的出入，总体的节电效果不会改变的。