邵明智（大庆油田技术监督中心）

输油变频控制系统在油田中的应用

邵明智（大庆油田技术监督中心）

大庆油田第七采油厂中转站输油泵采用工频直接启动，存在启动电流过大、劳动强度大、电耗大的问题，为此采用TD2000—4T0750P通用变频器对输油控制系统进行了自动变频控制改造，实现了输油系统的自动恒液位输油，大大降低了人工劳动强度，降低了电耗，节能效果明显。

输油泵 变频器 开环控制 闭环控制 工频控制 恒液位输油

1 系统状况

大庆油田第七采油厂中转站担负着输送原油的任务，每个中转站有3台输油泵、3个工频控制柜，24 h运行。3台输油泵中2#、3#为正常工作泵，1#为备用泵。本次改造工程采用TD2000—4T0750P通用变频器。

改造前输油泵采用工频直接启动，存在以下问题：

1）采用工频直接启动45 kW输油泵时，电流达到200 A左右，而稳定运行保持在60 A左右。长期启动运行，过大电流冲击电动机绕组及绝缘电缆，会产生一定的损害，曾多次出现故障，造成较高的维护成本。

2）从输油泵的运行状况看，泵在额定转速下运行时输油量远远大于实际输油量，只能通过调节阀门开度的办法控制整个输油管网压力，造成阀门前后压差增大，一般阀门损失在20%左右，并且控制精度及可操作性差，操作工须经常调节阀门，劳动强度增大。

3）输油泵长期24 h工频运行时，大量电能消耗在阀门上，造成大量的电力资源浪费。

采用变频一拖二闭环调速方式对工频控制进行了技术改造，改造后具有以下优点：

1）变频器软启、软停：45 kW输油泵在变频器50 Hz启动时，电流不超过60 A，不仅对绝缘电缆、输油泵等具有保护作用，而且减小了对电缆横截面积的要求，大大提高了维护人员的安全因数。

2）节能效果明显：当变频器工作在44 Hz时，45 kW掺水泵输出电流为40 A，而工频工作电流为60 A，长期运行可节省大量电费。

3）输油泵启动平滑，且具有过压、过流、欠压、短路及缺相等保护功能，确保了整个电网及供电系统的稳定。

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4）形成闭环一拖二压力控制，自动调节输油泵的转速，控制精度高，输油状况稳定。

5）接触器、电机轴承、泵机轮、阀门等易损件检修与更换周期明显增长。

6）自动化程度高，减轻了工人的劳动强度。

2 改造方案

由于输油泵在油田输油回路中起着举足轻重的作用，用户对改造工程非常重视，提出以下要求：

◇变频柜能分别控制工频和变频两路，并且互相联锁；

◇变频柜具有开环、闭环设定功能。

恒液位输油系统工作原理如图1所示。

针对用户的要求，对2、3输油泵进行变频一拖二技术改造，采用1台艾默生TD2000—4T0750P变频器拖动2#、3#输油泵。

在总油罐上加装液位变送器，闭环控制时，变送器将检测到的油罐实际液位反馈值与设定液位值进行比较，比较后的差值信号控制输油泵的转速，使液位稳定在设定值上。如果1台变频泵满足不了输油需求，变频器自动启动第2台工频泵，当输油量下降时，变频器自动甩掉工频泵，实现了自动恒液位输油。

采用闭环控制方式时，变频器设定模拟输入端子VRF、VCI、GND 0～10 VDC来控制变频器的运转频率，从而手动调节油位，也减轻了工人的劳动强度。采用工频控制方式时，关掉开环与闭环，直接启动按钮实现启与停。

3 方案设计

针对用户要求，对变频柜进行了如图2所示的设计。

变频控制柜电路分主回路和控制回路两部分。主回路输入电源为380 V、50 Hz，三相交流电源，由空开，变频器输出接触器KM0、KM2，工频输出接触器KM1、KM3及2台电动机组成。控制回路输入为单相220 V交流电源，包括变频器供电、停电，变频器运行、停机，变频器故障复位，PID智能仪和液位变送器的供电和停电等功能。

合空开QF、ZK，使系统上电，电源指示灯HD1亮，合QF2使变频器上电，操作面板显示0000。

3.1 闭环控制方式

首先将转换开关KZ3断开位置（白杠在中间位置），然后转换开关KZ2-1来选择变频2#泵电动机，之后KZ1-1接通变频位置，交流接触器KM0线圈得电吸合，LD2指示灯亮，变频器开始运转。对液位变送器检测到的实际液位值与给定液位值进行比较，比较后的差值信号控制输油泵的转速，当2#变频泵达不到设定要求时，变频器将输出Y1端子，YS1线圈得电，待10 s后仍满足不了设定要求时，YS1触点延时闭合，中间继电器KA1得电，KA1触点闭合，3#工频输油泵启动，当8液位逐渐下降时，变频器自动延时甩掉3#工频泵（2#、3#输油泵逆止阀正常工作情况下）实现恒液位输油。同样，选择3#变频泵时与2#变频泵控制原理相同。

3.2 开环控制方式

首先将转换开关KZ3接通位置（白杠在右侧位置），然后转换开关KZ2来选择2#或3#变频泵，再把KZ1接通，变频器开始启动。通过给定电位器的旋钮来控制变频器的转速，继而可控制管网的压力，保持恒液位输油。Y1、Y2的输出端子则与闭环方式的相同。

3.3 工频控制方式

KZ1接通工频位置，按下SB3按钮，2#工频泵启动，按下SB1停止；按下SB4按钮，3#泵工频启动，按下SB2停止。

当变频器出现故障时，TA—TC触点闭合，变频故障灯亮，触动故障复位按钮，TA—TC触点断开，变频故障灯灭，根据面板故障显示码查找故障原因。

4 调试步骤

TD2000-4T变频器在输油泵调试中参数设置如表1所示[1]。

表1

电位器模拟电压控制非常实用（由于变频器操作面板按键多，易产生失误，不宜操作）。参数设置完后应检查接线是否正确，是否对地绝缘，电位器极性是否接反等，检查无误后方可继续操作。

以上为输油泵参数粗调步骤，经过几小时上电跟踪运行，系统运行良好，满足用户要求。

5 结论

采用变频调速技术恒液位输油控制是油田地区改造的一大趋势，不仅节约了电力资源，而且机械部分检修周期大大延长，减轻了工人的劳动强度，提高了自动化程度。为了保证用户使用放心、质量放心，为该系统建立了质量、技术、节能跟踪卡。从近3个多月的运行情况看，运行稳定，节能效果明显。

[1]艾默生网络能源有限公司.TD2000系列通用变频器用户手册.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.011

邵明智，1989年毕业于黑龙江省电子工业学校，从事容量、流量计量检定工作，E-mail：smz680904@sina.com，地址：黑龙江省大庆市让胡路区西宾路552号，163453。

2011-11-12）