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1变频调速系统的节能原理
在输水泵工频运转维持在一定速度的情况下，通过改变泵出口阀门来控制泵的运转，降低电机的负荷。假设水泵本是在点A运行的，在出口阀门全开的情况下，其出水量达到QA，扬程为HA。如今为了减少注水量，想要将流量降至QB，如果没有使用调速装置，那只能是通过关闭阀门的方式来对出水量进行调解，这种方法在出口阀门上就需作出QAx(HA-HB)的功，能耗较大，且出现故障的可能性较高，会缩短相关设备和设施的使用寿命。而变频调速系统，则是将AB视作泵的性能曲线，结合曲线QA计算在既定流量下所产生的相应的压力，在A点的水泵达到最高效率时，关闭阀门，而多出来的能耗则作为热量损失被流动的物质带走，从而实现对出水量的有效控制。而变频调速器，在这个过程中所承担的任务就是在任何的流量条件下，都能匹配出与之相应的泵的特性曲线，并且随着流量的减小，电机的运转速度也要相应的减慢，同时由于改变水流而产生的压差也需与电机的运转速度的平方呈正相关。进而根据实际的注水和出水变化来及时准确的调节水泵的扬程，有效降低能耗，实现节能减排的作用。
在油田注水的过程中，注水站是满足油田注水系统的源头，且输水泵需要持续的变动外输泵的运转形式，来应对供水过程中输水量和压力的改变。在没有使用变频调速技术时，人们多数是通过对开泵台数和人工调节阀门的方式来控制水的流量，注水系统的负担较重，同时工作效率偏低。而在现实的生产工作中，一个承担着15座注水站的供水以及调节相关地区的供水平衡的供水站，假设其平均日供水在9000-10000m3之间，且拥有4台型号为LzA200-630D外输供水泵，平均每台的装机容量达132kW，日常工作中只运转其中的2台，其余两台备用。由于在实际的生产过程中，外围注水站的注水量直接与供水系统的日供水量向挂钩，假设油田供水系统的水压为1.1MPa，受外围注水量减小的影响，供水系统的供水压强增加，这时为了对水量进行高效的控制，人们采用变频调速器，通过实际的情况，来对正在运动的水泵进行变频调速，使之与实际的注水和输水相匹配。有研究报告曾表示在使用变频节能技术进行控制之前，我国油田供水系统的工作效率不足30%，而在使用变频节能技术后，效率提升了5个百分点，同时在供水过程的耗能远低于之前供需水的消耗。
3变频调速器在供水系统应用的优势分析
3．1减少管网穿孔和补漏次数
恒压变量给水是油田供水系统中变频节能技术所常用的一种措施，即为了使水泵出水口的压力维持在一个恒定的水平，将压力传感器设置在水泵机组的出水口，并将该压力值设为最不利于水泵出水所需的值。一旦管网出口的压力超出传感器上所设定的压力值，那么压力传感器就会将实际检测到的压力值传给PID调节器，由PID调节器对高于或者低于设定值的数据进行处理，将处理结果交给变频器，再由变频器对来改变电动机的运转速度，通过这样一个过程来达到恒压的目的。管网压力越趋于稳定，其在工作过程中所出现的压力失恒现象也就越少，同时由于管网压力过高而造成管网穿孔和补漏的次数也将明显降低，有研究者曾对此作出相关的统计和分析，发现使用变频调速技术而产生管网穿孔的概率仅为不适用变频调速技术的一半，换句话说即使用变频调速技术，管网穿孔的可能性将降低50%。管网穿孔的次数降低了相应的由此而产生的补漏的次数也必然会随着降低，减轻了维修人员工作负担，节约了维修成本，同时延长了管网等设备的使用寿命，有效的控制了油田供水系统的运转成本，提高了其工作效率。
3.2减少设备切换次数
通常在设计油田供水系统中的泵站时，一般都会对油田的用水量和实际所需水量做自己的考察、统计和分析，在充分考虑各种因素的基础上，来确定在泵站中所安装的水泵的型号、大小规模等，有针对性的选曲合适的水泵设备。比如，某中心泵站有六台卧式离心泵，其中有三台机是250S65A型号的，还有三台是350S75B型号的，通常白天运行一台350S75B型号的离心泵，晚上运行的则是一台250S65A型号的离心泵，在没有使用变频节能技术前由于频繁的切换水泵，使得电机水泵在启动时受到较大的冲击，知识水泵和电动机在运转中经常出现故障需要维修，加大了维系人员的劳动负担，同时缩减了设备的使用年限，加快了资产折旧的速度，增加了供水系统运转的成本。而随着变频调速器的投入，大大的减少了油田供水系统中水泵等设备的切换次数，减少了设备应频繁切换而造成的损失，延长了设备的使用时间，从侧面减少了油田供水所花费的成本。
3．3减少电机和管网的损耗
变频调速器除了具备过压、过流、过载、过热等保护功能，其自身还自带软启动功能。在未使用变频节能技术时，油田供水系统中的电动机一般都是以直接启动的方式加入系统的运转之中，然而这样的方式却会产生强大的电流冲击以及转矩冲击，这些都会对电动机本身的运转以及由其负载的水泵带来十分不利的影响，会增大电动机和管网的损耗。而变频调节技术具备的相对比较全面的保护功能，在其软启动功能的保护下，其电动机启动时所产生的启动电流仅为试运行电流的1-3倍，其在启动过程中所受到的冲击远小于直接启动所受到的冲击，电动机和管网因冲击而产生的折损明显缩小，机泵、管网等设备的使用寿命得以延长。此外，在实际的生产过程中，变频节能技术能够有效降低油田供水系统的用电量。将两台同类型的设备放在一起，一台使用工频设备，另一台使用变频设备，在同等的工作时间下，在经过研究对比后发现，使用变频设备平均每年可节约工业用电费用至少20多万元，在烧煤发电的形式下，平均每年减少烧煤量近40吨，这还只是一台机器的每年所减少的能耗。如果是一个颇具规模的油田生产基地，变频节能技术的运用，每年为其所省去的相关生产成本将是不可估量的。
4结语
总之，变频节能技术所设计的内容较广，对促进我国的油田供水和相关的生产工作有着非凡的意义，其在油田供水系统的具体应用和优势绝不止上述文中所提到的内容，笔者仅是对该技术做了初步的探索。但笔者有一点可以确定的就是，随着该项技术在我国油田供水系统应用的逐渐成熟，必将使油田工作的环境得到极大的改善，并且为我国的节能减排事业的不断推进做出贡献。
作者：薛洪江 丁玉见 张建成 单位：华北油田公司供水供电服务中心 华北油田公司水电厂 华北油田公司器材供应处企管科
