高压变频器一拖二在输油泵上的应用

高压变频器一拖二在输油泵上的应用

张振

国家管网集团西南管道南宁输油气分公司，广西南宁，530000

摘要：输油泵在油库生产运行中发挥了积极的作用，输油泵是能耗设备，泵的特性和管路特性不匹配，容易在实际运行中产生矛盾，根据工况情况控制输油泵出口阀的开度调节流量，满足工业生产需要，这种流量调节方式产生较大的泵压差，因此，采用变频操作容易实现输油运行的节能操作。本文重点介绍了输油泵机组一拖二高压变频调速系统的构成和控制方式，根据输油泵实际运行情况分析了变频运行为输油管理带来的节能效益。

关键词：高压变频器；一拖二；输油泵；应用

前言

输油泵担负着来油外输的关键性任务，在应用变频器使用前注入泵，采用调节出口阀方式运行，阀门开口度在15%左右，这种方式能耗高效率低，安装变频器控制系统以后，降低了能耗，优化了运行方式，采用高压变频器一拖二的控制方式，取得了良好的效果。
一、高压变频器一拖二系统原理

（一）系统运行原理

变频器采用的是无谐波系列变频器，通过将固定频率、固定电压、公用电源转化为可变频率、可变电压改变电机速度，这种变化是电子式的变化，没有任何运动部件。变频器由变压器部分组成，用户I/O部分组成，控制部分功率单元，组成部分包括输入隔离变压器、输入电源线、电机输出电源线、输入隔离变压线等18个隔离特殊变压器，每个功率单元由输入隔离变压器从不同角度相位差的次级供电源通过光纤接收信号产生，负载所输出的电压和频率与标准的P WM系统一样，在电子端子上电压有许多小幅度电压叠加而成，可以较少地使用大幅度电压，这样能够对电机绝缘压力减小，电机电流质量明显提升，变频器无外置升压，变压器不会使工厂配电系统产生谐波，不需要电源滤波器，对敏感设备不会存在干扰现象，变频器输入电流失真明显减少输出的是完美的，正弦波不存在，不会引起电机发热，可以使普通的发电机提高效率。

（二）采用的主要设备

高压变频系统一拖二采用一套PF7000变频器实现对1号2号注泵的机组同步切换，实现一拖二变频控制，一拖二变频系统采用同步切换系统和控制系统两部分构成，同步系统切换变频器进线切入器，输出断路器和旁路断路器组成同步切换系统。
变频进线断路器柜安装在变电所高压室内，进线采用不同母线阶段，保证每台电机运行能够对应母线取得的电源，两台进线柜之间设计电气互锁功能，防止核查情况出现。
两台旁路柜安装于变电所高压室内作为电机工频运行，连接对应的6000微母线和电机在变频切换时闭合旁路将电机切入工频运行，在特殊情况下可以采用直接启动的方式，变频器输入柜用于变频工作模式，在电机运行不同的状态时对应输出柜闭合。

二、高压变频器运行方式

（一）控制方式

高压变频控制方式采用机组调节方式来控制重要枢纽环节，对本身设备有较高的要求，需要在技术方案上结合现场工艺条件充分考虑现场的启动和停机，例如系统具备工频变频手动切换功能，一旦系统出现屏障以后，可以采用手动切换工频，将变频系统甩开。在变频系统维修期间，保障所有正常运行，满足所有生产需要。

系统的运转频率调节，采用开环手动调节方式，及时捕捉压力点变化特点，采用闭环调节方式让整个输油系统管网波动较小，避免输油系统引起扰动调节速度，根据系统变化压力变化点来控制，可以采用开环人为控制的方式，在一定时间技术方式之内调整变频技术，减少初期的投入，保障所有系统安全。

现场设置启动停止和紧急停机，在控制室机位按钮上对参数进行设计，极大方便的操作人员的使用，对设备实施系统监控。优化系统保护参数，确保系统正常运行在所有系统时，慎重选择按照保护参数执行。由于变频系统保护过于灵敏而造成使用泵停机，这样一来就会影响输油系统的安全，在并联输油泵工艺要求上采用一拖二为方案，其中一拖二方案可以实时互相切换，增加运行的可靠性，运用变频与工频切换的方式，避免造成变频器损坏，有利于提高主动力电源系统的效能。

（二）运行模式

调节速度运行，满足工艺控制需要，同步切换功能，根据工艺需要，采用泵切换功能，在工频运行中泵切换到变频运行状态，实现将泵变频启动切换到功变频运行，将泵变频启动，实现一拖二控制功能。
   控制系统由PLC控制组形成，同步切换控制系统，同步切换系统，PLC完成对变频器进线输出旁路柜的控制，同步切换系统，PLC提供与站控SCAD系统控制接口，SCAD控制系统对本系统的PLC发出指令，在柜体安装按钮实现同步功能下，完成变频启动工作，完成停车控制切换系统。

例如实践中采用并联泵流量调节方式，在正常生产情况下两台泵并联使用一台备用，通过调节泵出口阀门开度调节流量，以全线八泵运行为例，主要运行参数为泵压式5.0MPa，干压2.6MPa，则压差为2.4MPa，压力损失48%，节流损失严重，采用车重调节方式，出口阀前后压力较大，泵本身承受的压力也会较大，改变电机流量以后进行调整，出口阀全开，降低阀门泵承受压力，提高使用效率，减少维修量，节省资金，降低电压。根据实际情况运行中采用一台变频器带两台电机，同时变频的方式可以发挥积极的作用，这是一拖二的设计有利于并联泵达到要求。

图1 主线接图

    运行过程：

1号泵变频运行指令，在1号泵停车状态下，PLC系统闭合，DI1进线和OP1出现断路器，启动变频器，通过调速指令控制变频泵转速在1号泵工频运行且变频停车状态下，PLC将执行的1号泵工频切换变频操作。进线柜变频器断开，BP旁路断路器闭合初段路器启动变频器变频运行，在50Hz和进入变频工作状态下实现切换完成状态。

2号变频运行指令在2号泵停车状态下，PLC系统将闭合的DI2进线和OP2出线断路器，然后启动变频器，通过调速指令控制变频泵转速，在2号泵工频运行状态下，且变频停车状态下PLC将执行2号工频变频操作，DI2进线柜变频器就绪以后，断开BP2旁路断路器，闭合OPR输出，断路器启动,变频器变频运行，在50Hz进入变频工作状态完成切换.

1号泵工频运行指令在1号泵停车状态下，PLC系统将直接闭合的BP旁路断路器实现1号泵工频直接启动，在1号泵变频运行时执行1号泵变频至工频切换,PLC执行如下步骤确认运行至50Hz，根据一段进线电压调节变频输出电压和相角，输出电压满足条件时，停变频器闭合BP一旁路断路器断开OP1，输出断路器断开，进线DI1断路器，1号泵工频切换完成.

2号泵工频运行指令，在2号泵停车状态下，PLC系统直接闭合，bp2旁的断路器实现2号泵工频直接启动，在2号泵变频运行时执行2号泵变频至工频切换，PLC执行如下步骤确认运行至50Hz，根据两段进线电压调节变频输出电压和相交，输出电压满足条件时停变频器闭合BP2旁路断路器，断开OP2输出断路器，断开进线DI2断路器，2号泵工频切换完成。

在实践中发现输油泵均为并联泵，正常生产情况下基本为两台泵并联运行一台备用，通过调节泵油出口阀门开度来调节流量，浪费电费，采用高压变频器可以实现输油泵的小速控制，取得良好的效果，能够节能达到30~40%，有效降低了输油成本，提高了自动化程度。泵机组在应用过程中，有效减少了渗漏爆管，延长了设备使用寿命。

三、变频应用后节能分析

高压变频器应用以后，轴功率和轴转速之间形成立方正比关系，节约电能效果明显，选取近相似的运行工况，对泵机组成变频工频运行的能耗对比可以显示发现，当前工况运行下，变频运行比工频运行每天节约6000kw/h，按当前工业电价要求全年会节省百万费用。
发电机组是输油泵不可缺少的动力，支持发电机组有利于降低管道运行耗能，变频电机组有效降低了管道的运输成本，有利于实现输油泵的节能减排。
   变频技术是通过改善供电频率，将交流贷换成直流电，也可以将直流电转换成交流电，二者之间相互转化不会影响电能，但是，却能够降低能耗，在输油泵机组使用中，变频技术有效调节输油管道流量，改变工作频率，降低能耗，以更精准的方式对机组进行控制，改善运行状态，可以延长油泵的使用寿命，降低运营成本。

变频技术的原理是通过变频技术达到节能效果，调整泵出口开度这样的方式，改变油泵的转速，在降低电耗过程中降低油泵的扬程，满足各种技术需要。运用变频技术改善参数，使各种转速发生变化，泵转速小时，轴功率会发生明显变化，出油量降低时会降低电机频率输出功率和泵的扬程，满足泵的需要。变频技术具有节能的原理，油泵机组输送的流量不变，但是，泵的扬程发生变化会达到节能的目标，在工业中应用变频技术，采用三相定制绕组，通过三相电流产生旋转磁场，运用变频设备，搭建输油泵机组，实现设备的改造。
结语

输油泵采用变频以后实现了对泵机组的软启动，减少了对泵机组的冲击，降低了运行中的磨损和噪音，延长了机泵的使用，在泵出口压力转速调节处出口阀处于松弛位置，不但节约了流量，而且将损害降到最低，由于节流产生的振动对石油设备产生不利影响，因此，采用变频技术以后，降低了设备故障率。

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作者简介：张振（1989.3～），男，毛南族，广西河池人，本科，学士，助理工程师，工程师，南宁输油气分公司，研究方向：UPS。