變頻器的油田應用及節能效果

劉爾俊劉超群張超仇佳寶張月

變頻器的油田應用及節能效果

劉爾俊1劉超群2張超2仇佳寶3張月4

（1.大慶油田有限責任公司第一采油廠；2.建設集團化建公司；

3.大慶油田有限責任公司第四采油廠；4.大慶油田有限責任公司第六采油廠）

近些年國際油價持續低迷，大慶油田原油生產的高成本與低油價形成了新的矛盾。油田生產中，電動機的電能消耗是生產成本中重要組成部分，如何節約電動機的電能消耗也是降低生產成本的重要課題。目前，大慶油田內部主要采用變頻器作為電動機的節能裝置。文中對某廠某油礦變頻器現狀進行介紹，結合積累的使用經驗，總結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，延長其使用壽命，提高投入產出比。

變頻器；節能；故障

變頻器是通過對電力半導體器件的控制，實現將工頻（380 V 50 Hz）變換為頻率可調的電能控制裝置。油田采出過程中主要用于對交流電動機(異步電動機或同步電動機)轉速進行調節，達到節能、調節和保護的目的。

隨著油田進入高含水期，生產環節中節能降耗和安全生產成為油田生產的兩個重要方面，變頻器的使用能夠滿足節能降耗和安全生產的實際要求。十幾年間，變頻器被大量應用在油田生產的各個環節，如何加強科學管理和使用，有效延長變頻器的使用壽命，提高投入產出比成為管理者應該思考的問題。

1 變頻器應用情況

變頻器的應用已經深入到油田生產的各個環節中，按照使用地點分為站庫和單井；按照使用領域分為采出、處理和運輸；按照使用地點的工藝、設備分為螺桿泵（側驅、直驅）、抽油機、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、消防和加熱爐自動點火等。

以第一采油廠第五油礦進行統計分析。

變頻器按照使用地點分類，統計如表1所示。

表1 站庫和單井變頻器使用情況統計

站庫變頻器按照使用工藝或設備分類，統計如表2所示。

表2 站庫各工藝設備變頻器使用情況統計

單井（螺桿泵）變頻器按照電動機種類，統計如表3所示。

表3 單井螺桿泵變頻器使用情況統計

根據實際情況的不同，變頻器側重節能或調節控制的重點也不同。以節能為重點的有原油外輸、聚合物注入、注水、螺桿泵和抽油機；以調節為重點的有污水反沖洗、鍋爐給水和加熱爐自動點火，使被控量符合設計和生產的要求。

2 影響變頻器使用的因素

實際使用中，變頻器受本身品質影響之外，還受到其他因素的影響。在變頻器的設計、安裝和使用時，避免或減少影響因素可以延長變頻器的使用時間，提高變頻器的投入產出比。以下列舉影響變頻器使用的五個主要因素。

2.1使用環境

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

在實際使用中，由于變頻器使用環境惡劣、維護保養不到位導致溫度不能滿足規定要求，尤其在電泵井和抽油機上使用的變頻器。冬季，當電泵井和抽油機上的變頻器處于-20～30℃的狀態時，運行時由于自身器件產生熱量，所以不會出現問題，但停下來或維修后再使用就可能因為變頻器的保護而不能使用。

要充分考慮變頻器的使用環境，可使用輔助設備來改善其使用環境。例如，控制系統中增加軸流風機加強通風，達到降溫目的；增加加熱器，對冬季使用的變頻器進行加熱。

2.2使用和維護

當變頻器出現故障時，按照工頻設備操作，沒有對變頻器本身進行檢查和故障復位，強行送電，導致變頻器損壞。變頻器長時間得不到維護，內部積灰嚴重，影響內部熱量的散發，導致變頻器內部溫度升高，功率器件性能下降，加速器件老化，縮短其使用周期。大量灰塵的另一個危害是導致強電器件間短路，致使變頻器損壞。

變頻器使用時，對操作員工進行變頻器知識普及，遇到變頻器故障時能夠正確對待、準確記錄和及時處理。同時，制定變頻器的維護計劃，定期對變頻控制系統進行維護。

2.3變頻控制系統

變頻器的節能和調節功能要由變頻控制系統實現，變頻器也受到控制系統中其他設備的影響。旋鈕、按鈕、電器元件等狀態變化也是使用和管理中需要注意的環節。使用中，常常有故障是由于以上器件損壞造成的，變頻器不能變頻調節，也不能變頻與工頻間轉換，變頻控制系統無法使用。

使用中，對變頻控制系統的器件狀態也要進行觀察、檢查，尤其是常動作的按鈕、旋鈕和交流接觸器。保證變頻控制系統能夠實現功能要求，同時在變頻器出現故障時能夠保證工頻運行，保證生產運行連續性。維修人員要掌握變頻控制系統的所有功能及各功能間的轉換。

2.4PLC

很多變頻器應用PLC進行控制，按照預先編制的程序對交流接觸器進行邏輯控制，或實現模擬量的調節。PLC程序編制不合理，導致變頻控制系統邏輯控制不合理或變頻器啟停、頻率變化頻繁，增加了電動機增速、減速對變頻器的影響次數。使用中，根據工藝和安全需要，優化變頻器的控制方式，減少變頻器啟停次數，降低變頻器頻率變化幅度和頻次，

2.5電動機

變頻器使用時，為了達到電動機驅動的需要，并考慮投入產出比，一般按照變頻器輸出功率比電動機功率大一個等級的原則選取變頻器，這樣可以降低變頻器滿負荷運轉的機會。

但在實際使用中，變頻器輸出功率與電動機功率有相同或偏小的情況。變頻器滿負荷運行時，相同情況下內部溫度升高，加速了變頻器中電子器件的老化，長時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，考慮變頻器功率之外，還要考慮負載的類型。

3 變頻器常見故障

變頻器故障一般分為兩類：運行中頻繁出現故障停機，出現故障代碼；環境惡劣造成變頻器硬件損壞；第一種可以歸為軟故障，根據故障代碼和說明書檢查、復位進行處理；第二種可以歸為硬件故障，常有器件、板卡、保險等損壞。常見故障主要有以下幾種。

3.1過熱

變頻器內部溫度超過溫度限制，溫度檢測器件檢測到溫度過高，主控板停止變頻器運行并報故障，一般故障代碼為“OH”。溫度超限，一般由于變頻器風道堵塞或軸流風機運轉不正常，變頻器內部熱量不能及時排出。遇到這種情況，清理變頻器風道，更換軸流風機，使變頻器內部空氣暢通，熱量能夠及時散出。

3.2欠壓或過壓

當電網電壓過低或過高時，變頻器會停止工作，一般欠壓用“LV”、過壓用“OV”表示。欠壓或過壓故障主要是由外部電源引起的，少數是由電壓檢測電路或主回路電解電容損壞造成的。

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

3.3過流

過流故障情況復雜，常用“OC”表示。出現過流故障，可能是由電動機負載突變、相間絕緣不好或變頻器本身的故障引起的。處理過流故障，要根據現場的情況進行分析，找到引起故障的原因。

3.4過載

過載是變頻器保護比較頻繁的故障之一，常用“OL”表示。發生過載故障時，首先分析是電動機過載還是變頻器自身過載。一般情況下，電動機由于過載能力較強，只要變頻器參數表的電動機參數設置得當，不會出現電動機過載。

變頻器本身由于過載能力較差，很容易出現過載報警，可以通過檢測變頻器輸出電壓和電流進行判斷。

4 節能效果

對160 kW電動機進行監測，與使用變頻器前后的用電量進行對比，數據如表4所示。

表4 電動機使用變頻器前后用電量對比

全年節電量為48 180 kWh，較未使用變頻器前節電9.25%，全礦變頻器驅動電動機的總功率為10 957 kW，全年節電量預計為137 476 kWh。

使用GB/T 28750—2012標準，采用直接比較法計算節能量。在其他工況相同的情況下，電動機消耗的能量為電能，以電能并使用標準中的公式計算。

報告期內的節能量Es可由下述公式求得：

Es=Er-Ea

式中：Es為節能量，kWh；Er為統計報告期能耗，kWh；Ea為校準能耗，kWh。

通過對變頻器使用的影響因素進行分析，加強日常維護管理，既能提高變頻器的使用效率，又能降低變頻器的故障率，減少變頻器停運時間，增加節電效果。

掌握并及時處理變頻器故障，也可提高變頻器的使用效率。常見的變頻器故障，為現場操作人員處理故障提供了參考，避免錯誤的檢查和操作，造成變頻器的二次損壞和故障處理的延誤，增加變頻器的運行時間。

5 結論

變頻器的使用已經成為日常管理的一項內容，加強變頻器的使用、維護管理能充分發揮其節能降耗、安全生產的作用，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出比。隨著變頻器應用領域的不斷擴展、數量的不斷增加，變頻器的維修和維護作用日顯重要，油田生產中需要專業的變頻器維修和維護隊伍。

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.019

2016-05-25

（編輯 李珊梅）

劉爾俊，2014年畢業于佳木斯大學（機械設計制造及其自動化專業），從事采油礦機關調度等工作，E-mail：mdyesyy623@163.com，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責任公司第一采油廠第五油礦機關調度室，163000。