1、淺談變頻調速技術在油田生產中的應用孫軼聞(中國石油遼河油田公司 遼寧盤錦 124010)摘要：通過變頻調速技術的分析對比，闡述變頻技術在油田生產中的現狀、效果、前景和技術發展趨勢，對于技術的普及和推廣具有指導和借鑒意義。關鍵詞：變頻技術；油井；生產；應用1 變頻調速的工作原理變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：n =60× f（1-s）p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數），通過改變電動機 TDGC-5K 帶電動機 工作電源頻率達到改變電機轉速的目的；通過改變定子供電頻率f，就可以改變電機轉數n，變頻后的交流電作用于

2、電機，改變電機轉數進而改變電機輸出功率；在調節過程中，電機轉速大部分時間里都低于額定轉速，在頻率調節范圍以及改變頻率后電機的特性等方面，都具有明顯的優勢。流量計在獲取流量信號后,送到PID調節器,再由PID送入變頻器 ,由變頻器輸出的信號可以顯示在PID面板上,對PID輸出進行設定,最終信號去控制電機的轉速,既而影響流量,形成了一個閉環控制系統回路。不但控制精度高、運行平穩，節能效果也非常明顯。結合PID調節能大大減少電機啟動次數。現場調節注聚量只需對PID進行設定，根劇配注方案,對PID輸出進行設定只需一個人幾分鐘就可完成，方便快捷、安全可靠，減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率。采用變頻調

3、速技術改變泵 液控閥門校驗泵站 的轉速來控制現場過程參數，要比采用閥門調節更為節能，設備運行工況也將得到明顯改善。閉環控制框圖如下：2 變頻技術的核心內容及關鍵技術 2.1新型電力電子器件的應用技術：可關斷驅動技術；雙PWM逆變技術；循環變流 / 電流型交-直-交（CC / CSI0）變流技術（12脈波變頻技術）；同步機交流勵磁變速運行技術；軟開關PWM變流技術。2.2高壓、大電流技術：動態、靜態均壓技術（6kV、10kV回路中3英寸晶閘管串聯，靜動態均壓系數大于0.9）；均流技術，大功率晶閘管并聯的均流技術，均流系數大于0.85）；浪涌吸收技術（10 kV、6kV回路中）；光控及電磁觸發技術

4、（電/光，光/電變換技術）；導熱與散熱技術（主要解決導熱及散熱性好、電流出力大的技術，如熱管散熱技術）；高壓、大電流系統保護技術（抗大電流電磁力結構、絕緣設計）；等效負載模擬技術。2.3全數字自動化控制技術：參數自設定技術；過程自優化技術；故障自診斷技術；對象自辨識技術。2.4現代控制技術：多變量解耦控制技術；矢量控制和直接力矩控制技術；自適應技術。3 變頻調速技術在油田現場應用效果分析3.1 2006年4月遼河油田的某區塊建成并投用聚和物驅油系統。注聚系統90%以上的用電量消耗在注聚泵電機上。在設備調試運行期間，對6口井進行了現場測試，在注入壓力，注入量都不變的情況下。這6口井用工頻運行平均

5、單井有功功率為9.7KW，改為變頻運行平均單井有功功率為7.88KW，有功功率降低了1.68KW,平均單井日節電40.09KW.H,節電效果明顯。從應用的變頻器使用情況分析，平均單井日節電44.06KW.H,全站14臺變頻器每年可節電23.05萬KW/H。電費按0.72元/KW.H計算，全站14臺變頻器每年可節約電費12.59萬元。3.2 注聚泵采用工頻運行依靠調節旁通閥門的開度控制泵排量，無法有效地解決注聚泵排量和注聚區塊實際需要注入量的矛盾，無法保證注入濃度和實現聚合物溶液的連續注入。將變頻調速技術，流量計及PID控制技術結合應用在注聚泵上；實現了自動控制，運行平穩,提高了注入聚合物設計量

6、和注聚區塊實際需要量的精確注入計量，保證了聚合物注入濃度和聚合物溶液的連續注入；提高了注聚效率，為降水增產打下了基礎。3.3電機直接啟動，啟動沖擊電流大，機械沖擊大、電氣保護差；這對管路、泵體和閥門的密封性能形成威脅和破壞；影響設備使用壽命，增加了設備的故障率。而變頻控制穩定的軟起動AJR2 功能降低了電機起動電流，減小了起動沖擊電流對供電電網的影響，起到了優化電網的作用。變頻器安裝使用后它的軟起動功能減緩了泵腔、閥體的磨損及泵體、電機等工藝設備因振動而帶來的隱患和損耗，延長了設備使用壽命；減少了設備故障停機率。采用變頻調速技術設備機械磨損小，噪音明顯下降；減少了閥門、泵體、電機等相關設備的維

7、護、修理、更換等工作量，降低了工人的勞動強度。4該系統經過半年多的運行，變頻器運行穩定，已有20多口井受益，部分井綜合含水下降1%4%，產量有所上升。同時使設備維護、維修費用居高不下，能源浪費和設備損耗等；困擾注聚站節能降耗、降低生產成本的難題得到解決。4變頻技術的發展方向4.1實現高水平的控制?；陔妱訖C和機械模型的控制策略，有矢量控制、磁場控制、直接傳矩控制和機械扭振補償等；基于現代理論的控制策略，有滑模變結構技術、模型參考自適應技術、采用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀察器，在某種指標意義下的最優控制技術和其它優化的設計方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神經元網絡、專家系統

8、和各種各樣的自優化、自診斷技術等。4.2開發清潔電能的變流器。所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數為1，網側和負載側有盡可能低的諧波分量，以減少對電網的公害和電動機的轉矩脈動。對中小容量變流器，提高開關頻率的PWM控制是有效的。對大容量變流器，在常規的開關頻率下，可改變電路結構和控制方式，實現清潔電能的變換。4.3縮小裝置的尺寸。緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模塊、緊湊型的光耦合器、高頻率的開關電源，以及采用新型電工材料制造的小體積變壓器、電抗器和電容器。功率器件冷卻方式的改變（如水冷、蒸發冷卻和熱管）對縮小裝置的尺寸也很效。4.4高速度的數字控制。以32位高速微處理器為基礎的數字控制模板有足夠的能力實現各種控制算法，Windows操作系統的引入使得可自由設計，圖形編程的控制技術也有很大的發展。4.5模擬與計算機輔助設計（CAD）技術。電機模擬器、負載模擬器以及各種CAD軟件的引入對變頻器的設計和測試提供了強有力的支持。雖然變頻器初次安裝費用較高，但是變頻調速技術在改善設備運行工況，提高系統的安全性、可靠性、延長設備使用壽命、降低勞動強度、提高工作效率、節能降耗等方面有著很大的潛在的優勢。由于油田是較大的能耗單位，因此，隨著應用范圍的不斷擴大，其潛在的綜合效益將會得到充分的體現。參考文獻1張燕賓.變頻調速應用實踐.機械工業