关于在注水泵上安装变频柜的实验剖析

1变频调速的原理 1.1 变频调速的定义　变频(变频器的应用)调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。 1.2 变频调速的原理n=60 f(1-s)/p式中：n 为电动机转速;f为工作电源频率;s 为电机的转差率;p 为电机的极对数。 通过改变供电频率 f、电动机的极对数 p 及转差率 s 均可达到改变转速的目的。从上述公式可见，若保持 p(极对数)、S(转差率)不变，平滑的改变电机的供电频率，则电机转速 n=Kf(k 为比例系数)，即可得到平滑的改变，这就是变频调速的原理。 2变频柜的概述 2.1 变频柜的定义　所谓变频柜，将变频器及其他电气元件放入柜体内集成控制的一种变频调速设备，其通过开环或闭环控制来调节变频器的输出电压、电流和频率，以实现对流体(如水等)的压力、流量、速度和转矩等的控制。它的作用是对三相交流电动机进行变频调速控制，减少电动机非必要的耗电量，降低运行成本。 2.2 变频柜的构成元件　主要部分是变频器，附件还有电流表、电压表、频率表、按钮、指示灯、断路器、中间继电器、电位器等，如果是一拖多(一台变频器拖动多台电动机)的柜子里面还应该有延时继电器、接触器、热继电器等。 2.3 变频柜的主要特点 2.3.1 高效节能由电机学公式：P 2 /P 1 =(n 2 /n 1)3，式中：n 为电机转速;p 为输出功率。可知，系统电机功耗与电机转速成立方关系，在压力不变时，注水泵出水量与电机转速成正比。 2.3.2 变频柜主要起调节电动机转速的作用，最大限度减少大功率注水泵对电网的冲击和大副的压降，避免启动时大电流冲击电网。 2.4 变频柜的主要功能 2.4.1 变频柜的电源切换和保护功能　变频柜通常设计有断路器元件，它连接着进线电源，可以帮助变频柜完成电路的通断操作，并能够在电路和变频器出现短路或过载时提供保护。此外变频柜还可以在电机维护时切断电源保证操作人员安全。 2.4.2 变频柜的变频调速功能　变频柜的控制面板上设置有变频调速用的电位器，可以根据设置的输出频率，向电机输送指令信号，控制电机的转速。变频柜中的部分产品设置有工频切换功能，以保证在变频器出现故障时，通过自动控制回路将电动机切换回工频电源。 2.4.3 变频柜的直观控制功能　变频柜的柜体上设计有显示设备与操作面板，它与变频柜内部的电器元件相连，可以直观显示变频柜的运行状态，同时方便操作人员控制变频装置的运行，及对电机等被控制设备进行操作。变频柜的柜体上，还安装有各种仪器仪表及指示灯，例如电压表、电流表、频率表，及电源指示灯、报警指示灯、运行指示灯、工频指示灯等。变频柜的运行及操作状态，可以直接反应在各项仪表及指示灯上，实现对变频器工作状态的实时监测。 2.4.4 变频柜的安全防护功能　变频柜将各种包括变频器在内的各种电气元件都集中在柜体内，这样可以减少外部环境对电气元件的影响程度，降低电气元件受外界因素的影响，也降低了操作人员的操作风险。 2.5 变频柜的工作原理　供水系统运行时，由压力传感器连续采集供水管网中的水压及水压变化率信号，并将其转换为电信号传送至变频柜，变频柜将反馈回来的信号与设定压力值进行比较、运算。 2.5.1 发现供水系统的实际压力比操作人员设定压力值低，变频柜就会发出指令让运行的 1# 注水泵加速运行，如果实际压力比操作人员设定的压力值设高，变频柜则会发出指令让运行的 1# 注水泵减速运行，当供水系统管网的实际压力与工作人员设定的压力值相同时，就发出指令让运行的 1# 注水泵维持该运行频率; 2.5.2 变频柜经过一段时间的比较、运算后，发现运行的 1#注水泵达到了额定转速(频率)，管网压力仍低于设定压力，则变频柜会将运行的 1# 注水泵切换至工频运行，并变频启动 2# 注水泵，如果还不行，就让 2# 注水泵也转入工频继续工作，同时变频启动 3# 注水泵，如此循环，直至管网压力达到设定压力为止; 2.5.3 变频柜经过一段时间的比较、运算后，发现管道压力高于工作人员的设置压力值，那么，变频柜就会给 N(1芨N芨6)号注水泵下令，让其减速运行，如果管道压力还是偏高，就会下达指令让 N 号注水泵停止运行，让 N-1 号注水泵进入变频状态工作，如此循环，直至管网压力恒定在设定压力范围内。 3变频柜应用的可行性分析 3.1 原注水站工作方式　在过去，油田建厂时很多都建有注水站，根据流量大小和压力高低的情况，均采用以闸板阀门控制的高压注水方式。工艺要求，不允许长时间小排量运行，否则注水泵会因温度升高而造成汽蚀和机件烧毁等问题，被迫采用大回流方法降低温升，这样就造成电力大量消耗，给油田造成了大量能源损失，增加了企业的生产成本。 3.2 变频柜应用的可行性 3.2.1 原有控制方式的启动、停止和调节进水阀门开关需要人工操作，即费时又费力，且容易出现人为因素操作失误，造成不必要的损失。采用变频控制方式，其操作方便，无须手动调节进水阀门，极大减轻了劳动强度，提高了工作效率。 3.2.2 启动噪音低，启动过程中电动机从低频开始缓慢加速，经大约 20 秒后达到设定频率，启动电流很小，减小了对电网冲击，保护了设备，延长了电动机的使用寿命，提高了电机效率，节约维修成本。 3.2.3 系统采用一拖一或一拖二控制方式，采用压力变送器反馈电流信号(4―20mA)至变频器中央处理器(CPU)，经 PID 控制组成闭环控制系统。其输出频率大小由作用处理器控制，使电机转速自动增加或降低;保持工作水压恒定。这样减小了电动机无功功率，提高了注水泵工作效率，节约了能源。 3.2.4 可以采用循环软启动方式，当系统投入一台以上的注水泵时，总是将运行中的注水泵切换到工频，再变频启动下一台注水泵，即每台注水泵都是由变频器启动的，如此可降低电气及机械冲击。 3.2.5 可以用压力闭环或流量闭环控制注水的压力或流量，在注水泵工况改变时，变频柜可以使注水泵自动调节注水压力或流量。此时，泵的出口阀门全开，使泵的压差减至为零。 3.2.6 可以实现有线或无线网络远程监控。 总体而言，采用变频调速的方式，注水泵既可大流量，也可小流量，既可高压力，也可低压力运行。 4效益测算 通过变频柜的使用，注水泵在满足系统注水量的同时，有效提高了系统效率，降低系统单耗，节能效果明显。根如每天的耗电量为 114.4kwh，一年变频柜使用时间按 300d计算，一年节电量为：114.4×64%×300=21964.8k.目前电价按 1～/kWh 算，则一年可节电费：21964.8×1=21964.8 元。 5结论 油田的注水系统非常多，通过使用变频柜装置，不但节约了电能，提高系统自动化运行程度，延长填料的使用周期，减小设备的磨损;也可自动根据需求量调节转速，减少了人员的劳动强度，而且注水泵的运行参数得以改进，系统效率大为提高，具有控制精度高，节能、高效等优点。相信在不久的将来，变频柜一定可以在油田的开发建设中得到广泛的应用。