輸油變頻控制系統在油田中的應用

邵明智（大慶油田技術監督中心）

輸油變頻控制系統在油田中的應用

邵明智（大慶油田技術監督中心）

大慶油田第七采油廠中轉站輸油泵采用工頻直接啟動，存在啟動電流過大、勞動強度大、電耗大的問題，為此采用TD2000—4T0750P通用變頻器對輸油控制系統進行了自動變頻控制改造，實現了輸油系統的自動恒液位輸油，大大降低了人工勞動強度，降低了電耗，節能效果明顯。

輸油泵 變頻器 開環控制 閉環控制 工頻控制 恒液位輸油

1 系統狀況

大慶油田第七采油廠中轉站擔負著輸送原油的任務，每個中轉站有3臺輸油泵、3個工頻控制柜，24 h運行。3臺輸油泵中2#、3#為正常工作泵，1#為備用泵。本次改造工程采用TD2000—4T0750P通用變頻器。

改造前輸油泵采用工頻直接啟動，存在以下問題：

1）采用工頻直接啟動45 kW輸油泵時，電流達到200 A左右，而穩定運行保持在60 A左右。長期啟動運行，過大電流沖擊電動機繞組及絕緣電纜，會產生一定的損害，曾多次出現故障，造成較高的維護成本。

2）從輸油泵的運行狀況看，泵在額定轉速下運行時輸油量遠遠大于實際輸油量，只能通過調節閥門開度的辦法控制整個輸油管網壓力，造成閥門前后壓差增大，一般閥門損失在20%左右，并且控制精度及可操作性差，操作工須經常調節閥門，勞動強度增大。

3）輸油泵長期24 h工頻運行時，大量電能消耗在閥門上，造成大量的電力資源浪費。

采用變頻一拖二閉環調速方式對工頻控制進行了技術改造，改造后具有以下優點：

1）變頻器軟啟、軟停：45 kW輸油泵在變頻器50 Hz啟動時，電流不超過60 A，不僅對絕緣電纜、輸油泵等具有保護作用，而且減小了對電纜橫截面積的要求，大大提高了維護人員的安全因數。

2）節能效果明顯：當變頻器工作在44 Hz時，45 kW摻水泵輸出電流為40 A，而工頻工作電流為60 A，長期運行可節省大量電費。

3）輸油泵啟動平滑，且具有過壓、過流、欠壓、短路及缺相等保護功能，確保了整個電網及供電系統的穩定。

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4）形成閉環一拖二壓力控制，自動調節輸油泵的轉速，控制精度高，輸油狀況穩定。

5）接觸器、電機軸承、泵機輪、閥門等易損件檢修與更換周期明顯增長。

6）自動化程度高，減輕了工人的勞動強度。

2 改造方案

由于輸油泵在油田輸油回路中起著舉足輕重的作用，用戶對改造工程非常重視，提出以下要求：

◇變頻柜能分別控制工頻和變頻兩路，并且互相聯鎖；

◇變頻柜具有開環、閉環設定功能。

恒液位輸油系統工作原理如圖1所示。

針對用戶的要求，對2、3輸油泵進行變頻一拖二技術改造，采用1臺艾默生TD2000—4T0750P變頻器拖動2#、3#輸油泵。

在總油罐上加裝液位變送器，閉環控制時，變送器將檢測到的油罐實際液位反饋值與設定液位值進行比較，比較后的差值信號控制輸油泵的轉速，使液位穩定在設定值上。如果1臺變頻泵滿足不了輸油需求，變頻器自動啟動第2臺工頻泵，當輸油量下降時，變頻器自動甩掉工頻泵，實現了自動恒液位輸油。

采用閉環控制方式時，變頻器設定模擬輸入端子VRF、VCI、GND 0～10 VDC來控制變頻器的運轉頻率，從而手動調節油位，也減輕了工人的勞動強度。采用工頻控制方式時，關掉開環與閉環，直接啟動按鈕實現啟與停。

3 方案設計

針對用戶要求，對變頻柜進行了如圖2所示的設計。

變頻控制柜電路分主回路和控制回路兩部分。主回路輸入電源為380 V、50 Hz，三相交流電源，由空開，變頻器輸出接觸器KM0、KM2，工頻輸出接觸器KM1、KM3及2臺電動機組成。控制回路輸入為單相220 V交流電源，包括變頻器供電、停電，變頻器運行、停機，變頻器故障復位，PID智能儀和液位變送器的供電和停電等功能。

合空開QF、ZK，使系統上電，電源指示燈HD1亮，合QF2使變頻器上電，操作面板顯示0000。

3.1 閉環控制方式

首先將轉換開關KZ3斷開位置（白杠在中間位置），然后轉換開關KZ2-1來選擇變頻2#泵電動機，之后KZ1-1接通變頻位置，交流接觸器KM0線圈得電吸合，LD2指示燈亮，變頻器開始運轉。對液位變送器檢測到的實際液位值與給定液位值進行比較，比較后的差值信號控制輸油泵的轉速，當2#變頻泵達不到設定要求時，變頻器將輸出Y1端子，YS1線圈得電，待10 s后仍滿足不了設定要求時，YS1觸點延時閉合，中間繼電器KA1得電，KA1觸點閉合，3#工頻輸油泵啟動，當8液位逐漸下降時，變頻器自動延時甩掉3#工頻泵（2#、3#輸油泵逆止閥正常工作情況下）實現恒液位輸油。同樣，選擇3#變頻泵時與2#變頻泵控制原理相同。

3.2 開環控制方式

首先將轉換開關KZ3接通位置（白杠在右側位置），然后轉換開關KZ2來選擇2#或3#變頻泵，再把KZ1接通，變頻器開始啟動。通過給定電位器的旋鈕來控制變頻器的轉速，繼而可控制管網的壓力，保持恒液位輸油。Y1、Y2的輸出端子則與閉環方式的相同。

3.3 工頻控制方式

KZ1接通工頻位置，按下SB3按鈕，2#工頻泵啟動，按下SB1停止；按下SB4按鈕，3#泵工頻啟動，按下SB2停止。

當變頻器出現故障時，TA—TC觸點閉合，變頻故障燈亮，觸動故障復位按鈕，TA—TC觸點斷開，變頻故障燈滅，根據面板故障顯示碼查找故障原因。

4 調試步驟

TD2000-4T變頻器在輸油泵調試中參數設置如表1所示[1]。

表1

電位器模擬電壓控制非常實用（由于變頻器操作面板按鍵多，易產生失誤，不宜操作）。參數設置完后應檢查接線是否正確，是否對地絕緣，電位器極性是否接反等，檢查無誤后方可繼續操作。

以上為輸油泵參數粗調步驟，經過幾小時上電跟蹤運行，系統運行良好，滿足用戶要求。

5 結論

采用變頻調速技術恒液位輸油控制是油田地區改造的一大趨勢，不僅節約了電力資源，而且機械部分檢修周期大大延長，減輕了工人的勞動強度，提高了自動化程度。為了保證用戶使用放心、質量放心，為該系統建立了質量、技術、節能跟蹤卡。從近3個多月的運行情況看，運行穩定，節能效果明顯。

[1]艾默生網絡能源有限公司.TD2000系列通用變頻器用戶手冊.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.011

邵明智，1989年畢業于黑龍江省電子工業學校，從事容量、流量計量檢定工作，E-mail：smz680904@sina.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區西賓路552號，163453。

2011-11-12）