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三电子热过载保护
本功能为保护电动机过热而设置,它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升,从而进行过热保护。
本功能只适用于“一拖一”场合,而在“一拖多”时,则应在各台电动机上加装热继电器。
电子热保护设定值(%)=[电动机额定电流(A)/变频器额定输出电流(A)]×
100%。
四频率限制
即变频器输出频率的上、下限幅值。
频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障,而引起输出频率的过高或过低,以防损坏设备的一种保护功能。
在应用中按实际情况设定即可。
此功能还可作限速使用,如有的皮带输送机,由于输送物料不太多,为减少机械和皮带的磨损,可采用变频器驱动,并将变频器上限频率设定为某一频率值,这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。
五偏置频率
有的又叫偏差频率或频率偏差设定。
其用途是当频率由外部模拟信号(电压或电流)进行设定时,可用此功能调整频率设定信号最低时输出频率的高低,如图1。
有的变频器当频率设定信号为0%时,偏差值可作用在0~fmax范围内,有的变频器(如明电舍、三垦)还可对偏置极性进行设定。
如在调试中当频率设定信号为0%时,变频器输出频率不为0Hz,而为xHz,则此时将偏置频率设定为负的xHz即可使变频器输出频率为0Hz。
六频率设定信号增益
此功能仅在用外部模拟信号设定频率时才有效。
它是用来弥补外部设定信号电压与变频器内电压(+10v)的不一致问题;
同时方便模拟设定信号电压的选择,设定时,当模拟输入信号为最大时(如10v、5v或20mA),求出可输出f/V图形的频率百分数并以此为参数进行设定即可;
如外部设定信号为0~5v时,若变频器输出频率为0~50Hz,则将增益信号设定为200%即可。
七转矩限制
可分为驱动转矩限制和制动转矩限制两种。
它是根据变频器输出电压和电流值,经CPU进行转矩计算,其可对加减速和恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善。
转矩限制功能可实现自动加速和减速控制。
假设加减速时间小于负载惯量时间时,也能保证电动机按照转矩设定值自动加速和减速。
驱动转矩功能提供了强大的起动转矩,在稳态运转时,转矩功能将控制电动机转差,而将电动机转矩限制在最大设定值内,当负载转矩突然增大时,甚至在加速时间设定过短时,也不会引起变频器跳闸。
在加速时间设定过短时,电动机转矩也不会超过最大设定值。
驱动转矩大对起动有利,以设置为80~100%较妥。
制动转矩设定数值越小,其制动力越大,适合急加减速的场合,如制动转矩设定数值设置过大会出现过压报警现象。
如制动转矩设定为0%,可使加到主电容器的再生总量接近于0,从而使电动机在减速时,不使用制动电阻也能减速至停转而不会跳闸。
但在有的负载上,如制动转矩设定为0%时,减速时会出现短暂空转现象,造成变频器反复起动,电流大幅度波动,严重时会使变频器跳闸,应引起注意。
八加减速模式选择
又叫加减速曲线选择。
一般变频器有线性、非线性和S三种曲线,通常大多选择线性曲线;
非线性曲线适用于变转矩负载,如风机等;
S曲线适用于恒转矩负载,其加减速变化较为缓慢。
设定时可根据负载转矩特性,选择相应曲线,但也有例外,笔者在调试一台锅炉引风机的变频器时,先将加减速曲线选择非线性曲线,一起动运转变频器就跳闸,调整改变许多参数无效果,后改为S曲线后就正常了。
究其原因是:
起动前引风机由于烟道烟气流动而自行转动,且反转而成为负向负载,这样选取了S曲线,使刚起动时的频率上升速度较慢,从而避免了变频器跳闸的发生,当然这是针对没有起动直流制动功能的变频器所采用的方法。
九转矩矢量控制
矢量控制是基于理论上认为:
异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。
矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流,分别进行控制,同时将两者合成后的定子电流输出给电动机。
因此,从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能。
采用转矩矢量控制功能,电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩,尤其是电动机在低速运行区域。
现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制,由于变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿,使电动机具有很硬的力学特性,对于多数场合已能满足要求,不需在变频器的外部设置速度反馈电路。
这一功能的设定,可根据实际情况在有效和无效中选择一项即可。
与之有关的功能是转差补偿控制,其作用是为补偿由负载波动而引起的速度偏差,可加上对应于负载电流的转差频率。
这一功能主要用于定位控制。
十节能控制
风机、水泵都属于减转矩负载,即随着转速的下降,负载转矩与转速的平方成比例减小,而具有节能控制功能的变频器设计有专用V/f模式,这种模式可改善电动机和变频器的效率,其可根据负载电流自动降低变频器输出电压,从而达到节能目的,可根据具体情况设置为有效或无效。
要说明的是,九、十这两个参数是很先进的,但有一些用户在设备改造中,根本无法启用这两个参数,即启用后变频器跳闸频繁,停用后一切正常。
究其原因有:
(1)原用电动机参数与变频器要求配用的电动机参数相差太大。
(2)对设定参数功能了解不够,如节能控制功能只能用于V/f控制方式中,不能用于矢量控制方式中。
(3)启用了矢量控制方式,但没有进行电动机参数的手动设定和自动读取工作,或读取方法不当。
交流变频调速技术在国民经济和日常生活中发挥着日益重要的作用,已被广泛应用于工业生产以及人们日常生活中,这主要得益于其优良的节能特性和调速特性。
中国产值能耗是世界上最高的国家之一。
要解决产品能耗问题,除其他相关技术问题需改进外,交流变频调速技术已成为节能及提高产品质量的有效措施。
油田作为一个特殊行业,有其独特的背景,以风机、泵类负载为主,因而决定了变频器在油田中的应用应以节能为第一目标。
油田中交流变频调速技术的应用主要集中在下述5个方面。
一在游梁式抽油机控制中的应用
目前,在胜利油田采用的抽油设备中,以游梁式抽油机最为普遍,数量也最多。
一方面,游梁式抽油机运动为反复上下提升,一个冲程提升一次,其动力来自电动机带动的两个重量相当大的钢质滑块,当滑块提升时,类似杠杆作用,将采油机杆送入井中;
滑块下降时,采油杆提出带油至井口,由于电动机转速一定,滑块下降过程中,负荷减轻,电动机拖动产生的能量无法被负载吸引,势必会寻找能量消耗的渠道,导致电动机进入再生发电状态,将多余能量反馈到电网,引起主回路母线电压升高,势必会对整个电网产生冲击,导致电网供电质量下降,功率因数降低的危险;
频繁的高压冲击会损坏电动机,造成生产效率降低、维护量加大,极不利于抽油设备的节能降耗,给企业造成较大经济损失。
另一方面,游梁式抽油机引入两个大质量的钢质滑块,导致抽油机的起动冲击大等诸多问题。
除上述两方面问题外,油田采油的特殊地理环境决定了采油设备有其独特的运行特点:
在油井开采前期储油量大,供液足,为提高功效可采用工频运行,保证较高产油量;
在中后期,由于石油储量减少,易造成供液不足,电动机若仍工频运行,势必浪费电能,造成不必要损耗,这时须考虑实际工作情况,适当降低电动机转速,减少冲程,有效提高充盈率。
目前,对游梁式抽油机的交流变频调速技术改造主要有以下3个方面:
(1)以提高电网质量,减小对电网影响为目标的变频改造。
这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合,为避免电网质量的下降,需引入变频控制,其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。
这种应用在胜利油田临盘采油厂已提上应用日程。
(2)以节能为第一目标的变频改造。
这点较普遍,一方面,油田抽油机为克服大的起动转矩,采用的电动机远远大于实际所需功率,工作时电动机利用率一般为20%~30%,最高不会超过50%,电动机常处于轻载状态,造成资源浪费。
另一方面,抽油机工作情况的连续变化,取决于地底下的状态,若始终处于工频运行,也会造成电能浪费。
为了节能,提高电动机工作效率,需进行变频改造。
(3)以提高电网质量和节能为目的的变频改造。
这种情况综合了上面两种改造的优点,是应用中的一个重要发展方向。
在实际应用过程中出现了许多问题,主要集中在游梁式抽油机发电状态产生能量的处理上。
对于上述第一种情况,采用普通变频器加能耗制动单元可较方便实现,这是以多耗电能为代价的,主要因为发电能量不能回馈电网造成。
在未采用变频器时,电动机处于电动状态时,从电网吸收电能;
电动机处于发电状态时,释放能量,电能直接回馈电网的,并未在本地设备上耗费掉。
综合表现为抽油机供电系统的功率因数较低,对电网质量影响较大。
但在使用普通变频器时,情况发生了变化。
普通变频器输入是二极管整流,能量不可反方向流动。
上述这部分电能没有流回电网的通路,须用电阻就地消耗,这是必须使用能耗制动单元的原因。
对于上述第二、三种情况,必须妥善处理电动机发电状态产生的电能,将其反馈到电网,否则通过调节抽油机冲程节省的电能可能无法抵消变频器制动单元消耗的电能,造成变频运行时反而耗能,与节能的目标背道而驰。
为解决这个问题,有必要对普通变频器进行改造,在结构上引入双PWM结构变频器,保证发电状态产生的电能回馈电网;
在控制方法引入自适应控制、模糊控制等以适应游梁式抽油机多变的工作环境。
二在电潜泵控制中的应用
油田中应用较多的另一种采油设备是电潜泵,它是井下工作的多级离心泵,同油管一起下入井内,地面电源通过变压器、控制屏和电潜泵专用电缆将电能输送给井下电潜泵电动机,使电动机带动多级离心泵旋转,将电能转换为机械能,把油井中的液体举升到地面。
由于电潜泵在地下两千多米的井底工作,环境非常恶劣(高温、强腐蚀等),传统供电方式—全压、工频使它故障频繁,运行成本大增。
一方面,电潜泵在工频启动时,启动电流大,电动机电缆压降较大,使得启动过程中反压较高,绝缘性能降低,每次开机都会使电潜泵寿命大打折扣,影响使用寿命。
电潜泵损坏后提到地面上修理,仅工程费一项就达5万元,价值10万元的电缆平均提上放下5次就须更换,电潜泵平均每10个月就须维修一次,维修费用约8万元,成本较高。
另一方面,电潜泵在正常工作时,普遍存在着电动机负载率较低情况,“大马拉小车”现象严重。
潜油电泵功率因数较低,耗电量多,工频工作时,始终在额定转速下,如井下液量供不应求,容易造成“死井”,则损失惨重。
为解决该问题,电潜泵应能根据地质情况变化,调节抽油量。
传统调节方式是靠更换油嘴调节产量,既造成能量损失又不能精确控制。
有时使得电动机与泵长期在高压状态下运行;
有时使得油井出沙严重,使设备寿命缩短,因而有必要引入交流变频调速控制系统,调节油压、调节产量。
针对电潜泵特殊情况,成都佳灵电气制造有限公司和山东风光电子有限责任公司都有现成产品提供,并在胜利油田有一些应用,取得了一定效果。
对电潜泵井进行变频改造后,实现了电潜泵的软启动、软停车,有效保护了电潜泵与电缆;
通过调节频率可方便调节油压,避免了电潜泵在高压下长期运行;
延长了电潜泵寿命,节约了油井维修、维护费用,使电泵机组在最佳工况下运行,大大提高了电潜泵采油系统的效率。
同时,提高功率因数,提高电网供电能力,节电效果明显。
大面积推广电潜泵变频技术改造,将带来良好的经济和社会效益。
应用中也暴露出一些问题,一方面,因是新产品,在产品软硬件设计和设备配套上有一些不足,这时就要将新的控制方法引入到实际应用中去发展变化适应多变的工作环境,提高配套产品质量;
另一方面,控制系统一次性投资较高,有的甚至高于电潜泵投资,只有进一步降低成本,才能促进交流变频调速控制技术在电潜泵中的应用。
三在注水泵控制中的应用
油田开发过程中地层能量不断衰减,常用注水方式以保持地层能量,进行油田开发。
一方面,注水压力高低是决定油田合理开发和地面管线及设备状态的重要参数。
考虑到后期开发注水井的增多,注水工艺设计和机电设备配置都比实际宽裕,加之地质情况的变化,开关井数的增减,洗井及供水不足的影响,经常引起注水压力的波动,注水量不均匀,不稳定。
注水压力控制难度大,也给油田生产和管理带来诸多不便,因而要求油田注水压力恒定。
另一方面,由于储油地层压力及油气水分布不断发生变化,其数值很难准确预测和控制,考虑到油田开发中的需要,在工艺和机电设备配置上都按照油田最大可能需求设计,这点在注水系统设计中尤为突出。
油田注水设备多采用高压离心泵匹配高压电动机,大功率系统运行常是“大马拉小车”,效率低下。
注水压力靠泵出口闸门手动控制,即靠改变管网特性曲线来调节泵的排量,泵、电动机匹配难以达到在泵的最佳工况点运行,管网效率低,电能损失高达50%以上。
正是从恒压注水和节能两个方面考虑,在油田注水系统中引入变频控制。
目前变频调速技术在注水系统中主要应用在供水水源井电潜泵、注水站注水泵、配水间增压泵工艺中。
应用变频调速技术,对注水设备的电动机转速进行调节,达到稳压、稳流供注水。
同时软起软停功能代替减压启动,使电动机起停平稳,减少对电网和机械设备的冲击,不会造成管网压力、流量、流速剧烈变化,无需阀门截流,因此对防止汽蚀、水击、喘振极为有利,可延长管网、泵、阀门维修周期和使用寿命。
注水泵变频改造中涉及品牌较多,进口品牌有ABB、A-B、三菱、东芝、富士、西门子等,国产品牌有佳灵、安圣等,在该领域的应用技术已较成熟。
四在油气集输控制中的应用
在油田生产中,与注水泵类似,输油泵额定排量往往大于实际需要排量,出现“大马拉小车”现象。
一方面,如完全采用阀门调节输油量,一旦油量变化较快,输油阀门调节频繁,增加了工作人员劳动强度且所需人员也较多。
若阀门调节不当,易造成被抽干或冒罐现象。
泵出现干抽烧损,冒罐则造成原油白白浪费。
另一方面,为保证输出油量恒定,需保证管压恒定,阀门开度直接影响到管压。
如使用变频调速器,可彻底解决该问题。
它通过减小电动机电源频率实现降低电动机转速。
电动机带动泵运行,转速降低,对于柱塞泵,就是降低了柱塞运行频率,减小泵实际排量;
对于离心泵,降低了叶轮转速,同样降低泵排量。
因此,当需排量变化时,可通过调节变频器输出频率,达到控制排量的目的,保证管压恒定。
泵排量降低,电动机负荷也随之减小,这样电动机输出功率亦减小,效率可大大提高,达到节能目的。
五在电驱钻机中的应用
由于石油特殊行业背景,决定了石油钻机有其本身特点。
整个钻井过程的复杂性决定了电动机电控系统的复杂性和多样性。
当前常用机电传动系统按其驱动电动机类型分为直流传动和交流传动两大类,目前发展为SCR传动系统和交流变频传动系统。
SCR电传动系统是柴油机驱动交流发电机,发电机发出的交流电通过SCR整流装置,将交流电变换为可控的直流电控制直流电动机,由直流电动机驱动绞车、转盘及泥浆泵等;
交流变频传动系统是柴油机驱动交流发电机,发电机发出的交流电通过变频装置,将交流电变换为可大范围调整频率的交流电,控制交流变频电动机,驱动绞车、转盘及钻井泵等。
一方面,交流变频电传动钻机的绞车、转盘可实现无级调速,调速范围宽,这样不仅可去掉绞车、转盘内变速系统,且使绞车结构简化、质量减轻、体积缩小,为工程作业提供非常优越的施工条件。
另一方面,交流变频电传动钻机可使电动机短时过载倍数达2倍以上,提高了钻机提升和处理事故能力,尤其是在带负载情况下,可平稳启动、制动和调速,具有软启动性能,可降低供电电源容量;
可采用计算机自动控制技术,便于对现场情况的监控现控制;
对于交流变频电传动钻机钻井泵排量、冲数、转盘转数、扭矩等参数,可实现全数字显示,实现钻机的自动化、智能化和对外界变化的自适应控制。
与SCR直流传动系统相比,交流变频电传动钻机具有能耗制动功能,可实现辅助刹车;
可简化掉绞车、转盘内变速系统,实现无级调速;
具有辅助刹车功能,采用计算机自动控制技术,可实现主电动机自动送钻。
交流电动机没有碳刷换向器,维护费用低,使用安全可靠,易于操作管理,具有安全保护功能,可实现电动机的免维护运行;
负载功率因数高,能耗低、传动效率高。
综上所述,由于交流电动机自身优点,使得交流变频电驱动钻机无需再配电磁辅助刹车、易实现自动送钻、钻机结构简单、效率高、易实现自动化等,自产生以来在国内得到一定发展。
但是,当前情况下,各油田应用的钻机以直流驱动钻机为主,且钻机品种和质量基本满足了国内不同地区、不同井深的需要。
已有一批国产钻机在国外承担钻井作业服务,并受到用户好评。
而在交流钻机方面,仅有长庆石油勘探局ZJ15DB型钻机、四川石油管理局ZJ40DBS钻机等少量机型应用了交流变频电驱动系统,并在应用过程中受到了钻井队工程技术人员和设备管理人员的好评。
但其交流变频功能并没能完全开发,因而有广泛的应用前景。
在国内,交流钻机正成为研究热点,许多单位和科研院所将其作为重点开发产品。
总之,交流变频调速技术作为高新技术、基础技术和电动机控制技术,其应用已渗透到石油行业各个技术部门。
在游梁式抽油机控制、电潜泵控制和电驱钻机控制中的应用还处于开始阶段,在应用中也出现了许多问题,有待进一步解决。
只有充分考虑油田油井实际情况,才能促进交流变频调速技术在采油设备中的应用。
在油田注水和油气集输中的应用与生活中的恒压供水类似,其应用技术已成熟。
交流变频调速技术在油田中的应用应集中解决以下问题:
(1)解决变频器的控制问题。
须解决变频器如何适应多变的工作环境,对某台抽油机控制的成功并不代表对所有油井都成功,因而须提高变频器控制技术适应不同井况的能力。
(2)解决变频控制成本较高的问题。
与一般控制柜相比,变频控制成本太高。
无论是双PWM变频器还是电潜泵专用变频器,都面临着该问题,因而须提高相关产品的配套能力,在保证可靠性前提下降低成本。
(3)作为电驱钻机发展方向的交流变频调速控制,需进一步加大投资,毕竟其控制过程较复杂,牵涉因素较多。
根据《关于印发采油厂6kv及以下配电线路划入上市部分实施方案的通知》(胜油局发[1999]358号)及《胜利油田电力调度规程》的有关精神,为进一步加强全厂电力运行管理工作,明确职责,理顺关系,结合采油厂实际,特制定本规定。
一、管理机构及管辖范围
采油厂用电管理科负责全厂电力系统的业务管理工作;
水电讯大队负责全厂6kv线路的日常维护、管理、运行;
维修大队负责电力变压器、电泵变压器及电控房的吊换安装:
配电变压器6kv侧零克保险的看护、熔丝更换、低压侧及以下部分用电设备的安装、维护、管理工作由配电变压器使用单位负责。
二、电力调度及其管辖范围
水电讯大队生产调度行使采油厂电力调度职责,接受采油厂生产调度的指导。
(一)采油厂6kv线路及接入采油厂电网用户的用电调度权归采油厂电力调度,一切电网设备的操作均在电力调度指挥下进行。
(二)线路检修、事故处理及其它需要停、送电的工作,由厂电力调度向电力管理总公司区调提出工作申请,待批准并办理工作票后,方可进行。
(三)办理工作申请必须按《胜利油田电力调度规程》(Q/SL077b—1997)2.8节的规定执行。
(四)根据胜利石油管理局(1999)358号文件规定:
35kY无人
值守临时变的35kv进线隔离开关与高压零克,经电力管理总公司区调同意,厂电力调度可安排专业人员进行操作。
(五)高压注水电机的启运由注水站值班员向变电所值班员提出申请,经电力管理总公司电力调度值班员同意后,方可送电启运。
(六)用户需要对配电变压器6kv侧零克进行停、送操作的,必须事先经用电三级单位调度报采油厂电力调度批准后,方可由专业电工进行操作。
(七)水电讯大队以外任何单位、个人不得擅自操作6kV线路上的开关、刀闸,不得私自进行6kv线路的卡火、搭火。
各矿对地方限电需操作限电开关时,可由矿用电管理队报厂调度备案。
三、口常运行及线路事故处理
(一)电力调度及上作人员,必须严格执行《电业安全工作规程》和《胜利油田电力调度规程》,在各级电力调度统一调度下,进行正常及事故情况的倒闸操作。
(二)水电讯大队在6kV网上的任何操作,需6kv线路局部或全线停电,对正常生产造成影响的,须事先报厂生产调度同意;
影响生产面积较大时由厂生产调度请示厂领导同意后方可实施。
(三)当6kv线路发生跳闹事故时,由厂电力调度向厂生产调度汇报,同时尽快安排事故处理,并将事故原因及处理结果及时汇报电力总公司区调和采油厂生产调度。
采油厂生产调度得到厂电力调度停电报告后,要及时通知采油矿巡查用电设备,协助水电讯大队巡视人员尽快寻找事故点。
厂生产调度接到电力调度事故处理完毕线路送电的报告后,及时通知采油矿组织开井。
(四)厂电力调度接到6kv线路发生单相接地故障报告时,要立
即安排接地故障巡视,在变电所限定的运行时间之内完成。
需要
作选择性停电时,须经厂生产调度批准方可实施。
巡视结果要及时汇报电力管理总公司区调。
(五)单台用电设备发生保险熔断、开关跳闸、零克跌落现象时,用户应切断电源,仔细检查用电设备,找出故障点并排除故障后方可试送电。
严禁盲目强送。
四、线路的倒闸操作
(—)35kV临时变的6kV开关和35kY线路与6kV的变压器台上的零克,由水电讯大队负责操作。
(二)泵站配电室倒负荷操作,由采油矿电工和泵站电工操作。
(三)电网检修、倒负荷操作,由水电讯大队负责,并挂牌警示。
五、电力施工管理
(一)采没厂用电管理科负责采油厂6kv线路的新建、改造方案设计,计划科安排计划,工程临理部负责组织施工,关键材料由甲方供料,施工单位不得自购。
新建电力设施和线路改造开工前,由用电管理科、计划科、工程监理部、水电讯大队、技术检测站现场交底,完工后组织现场验收。
不合格工程禁止搭火用电。
(二)电力工程施工过程中,工程监理部要实施跟踪监督,对施工材料要重点把关,确保施工质量
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