關于在注水泵上安裝變頻柜的實驗剖析
時間:2014-08-01
1變頻調速的原理1.1 變頻調速的定義 變頻(變頻器的應用)調速是改變電動機定子電源的頻率,從而改變其同步轉速的調速方法。1.2 變頻調速的原理n=60 f(1-s)/p式中:n 為電動機轉速;f為工作電源頻率;s 為電機的轉差率;p 為電機的極對數。通過改變供電頻率 f、電動機的極對數 p 及轉差率 s 均可達到改變轉速的目的。從上述公式可見,若保持 p(極對數)、S(轉差率)不變,平滑的改變電機的供電頻率,則電機轉速 n=Kf(k 為比例系數),即可得到平滑的改變,這就是變頻調速的原理。2變頻柜的概述2.1 變頻柜的定義 所謂變頻柜,將變頻器及其他電氣元件放入柜體內集成控制的一種變頻調速設備,其通過開環或閉環控制來調節變頻器的輸出電壓、電流和頻率,以實現對流體(如水等)的壓力、流量、速度和轉矩等的控制。它的作用是對三相交流電動機進行變頻調速控制,減少電動機非必要的耗電量,降低運行成本。2.2 變頻柜的構成元件 主要部分是變頻器,附件還有電流表、電壓表、頻率表、按鈕、指示燈、斷路器、中間繼電器、電位器等,如果是一拖多(一臺變頻器拖動多臺
1變頻調速的原理
1.1 變頻調速的定義 變頻(變頻器的應用)調速是改變電動機定子電源的頻率,從而改變其同步轉速的調速方法。
1.2 變頻調速的原理n=60 f(1-s)/p式中:n 為電動機轉速;f為工作電源頻率;s 為電機的轉差率;p 為電機的極對數。
通過改變供電頻率 f、電動機的極對數 p 及轉差率 s 均可達到改變轉速的目的。從上述公式可見,若保持 p(極對數)、S(轉差率)不變,平滑的改變電機的供電頻率,則電機轉速 n=Kf(k 為比例系數),即可得到平滑的改變,這就是變頻調速的原理。
2變頻柜的概述
2.1 變頻柜的定義 所謂變頻柜,將變頻器及其他電氣元件放入柜體內集成控制的一種變頻調速設備,其通過開環或閉環控制來調節變頻器的輸出電壓、電流和頻率,以實現對流體(如水等)的壓力、流量、速度和轉矩等的控制。它的作用是對三相交流電動機進行變頻調速控制,減少電動機非必要的耗電量,降低運行成本。
2.2 變頻柜的構成元件 主要部分是變頻器,附件還有電流表、電壓表、頻率表、按鈕、指示燈、斷路器、中間繼電器、電位器等,如果是一拖多(一臺變頻器拖動多臺電動機)的柜子里面還應該有延時繼電器、接觸器、熱繼電器等。
2.3 變頻柜的主要特點
2.3.1 高效節能由電機學公式:P 2 /P 1 =(n 2 /n 1)3,式中:n 為電機轉速;p 為輸出功率。可知,系統電機功耗與電機轉速成立方關系,在壓力不變時,注水泵出水量與電機轉速成正比。
2.3.2 變頻柜主要起調節電動機轉速的作用,最大限度減少大功率注水泵對電網的沖擊和大副的壓降,避免啟動時大電流沖擊電網。
2.4 變頻柜的主要功能
2.4.1 變頻柜的電源切換和保護功能 變頻柜通常設計有斷路器元件,它連接著進線電源,可以幫助變頻柜完成電路的通斷操作,并能夠在電路和變頻器出現短路或過載時提供保護。此外變頻柜還可以在電機維護時切斷電源保證操作人員安全。
2.4.2 變頻柜的變頻調速功能 變頻柜的控制面板上設置有變頻調速用的電位器,可以根據設置的輸出頻率,向電機輸送指令信號,控制電機的轉速。變頻柜中的部分產品設置有工頻切換功能,以保證在變頻器出現故障時,通過自動控制回路將電動機切換回工頻電源。
2.4.3 變頻柜的直觀控制功能 變頻柜的柜體上設計有顯示設備與操作面板,它與變頻柜內部的電器元件相連,可以直觀顯示變頻柜的運行狀態,同時方便操作人員控制變頻裝置的運行,及對電機等被控制設備進行操作。變頻柜的柜體上,還安裝有各種儀器儀表及指示燈,例如電壓表、電流表、頻率表,及電源指示燈、報警指示燈、運行指示燈、工頻指示燈等。變頻柜的運行及操作狀態,可以直接反應在各項儀表及指示燈上,實現對變頻器工作狀態的實時監測。
2.4.4 變頻柜的安全防護功能 變頻柜將各種包括變頻器在內的各種電氣元件都集中在柜體內,這樣可以減少外部環境對電氣元件的影響程度,降低電氣元件受外界因素的影響,也降低了操作人員的操作風險。
2.5 變頻柜的工作原理 供水系統運行時,由壓力傳感器連續采集供水管網中的水壓及水壓變化率信號,并將其轉換為電信號傳送至變頻柜,變頻柜將反饋回來的信號與設定壓力值進行比較、運算。
2.5.1 發現供水系統的實際壓力比操作人員設定壓力值低,變頻柜就會發出指令讓運行的 1# 注水泵加速運行,如果實際壓力比操作人員設定的壓力值設高,變頻柜則會發出指令讓運行的 1# 注水泵減速運行,當供水系統管網的實際壓力與工作人員設定的壓力值相同時,就發出指令讓運行的 1# 注水泵維持該運行頻率;
2.5.2 變頻柜經過一段時間的比較、運算后,發現運行的 1#注水泵達到了額定轉速(頻率),管網壓力仍低于設定壓力,則變頻柜會將運行的 1# 注水泵切換至工頻運行,并變頻啟動 2# 注水泵,如果還不行,就讓 2# 注水泵也轉入工頻繼續工作,同時變頻啟動 3# 注水泵,如此循環,直至管網壓力達到設定壓力為止;
2.5.3 變頻柜經過一段時間的比較、運算后,發現管道壓力高于工作人員的設置壓力值,那么,變頻柜就會給 N(1芨N芨6)號注水泵下令,讓其減速運行,如果管道壓力還是偏高,就會下達指令讓 N 號注水泵停止運行,讓 N-1 號注水泵進入變頻狀態工作,如此循環,直至管網壓力恒定在設定壓力范圍內。
3變頻柜應用的可行性分析
3.1 原注水站工作方式 在過去,油田建廠時很多都建有注水站,根據流量大小和壓力高低的情況,均采用以閘板閥門控制的高壓注水方式。工藝要求,不允許長時間小排量運行,否則注水泵會因溫度升高而造成汽蝕和機件燒毀等問題,被迫采用大回流方法降低溫升,這樣就造成電力大量消耗,給油田造成了大量能源損失,增加了企業的生產成本。
3.2 變頻柜應用的可行性
3.2.1 原有控制方式的啟動、停止和調節進水閥門開關需要人工操作,即費時又費力,且容易出現人為因素操作失誤,造成不必要的損失。采用變頻控制方式,其操作方便,無須手動調節進水閥門,極大減輕了勞動強度,提高了工作效率。
3.2.2 啟動噪音低,啟動過程中電動機從低頻開始緩慢加速,經大約 20 秒后達到設定頻率,啟動電流很小,減小了對電網沖擊,保護了設備,延長了電動機的使用壽命,提高了電機效率,節約維修成本。
3.2.3 系統采用一拖一或一拖二控制方式,采用壓力變送器反饋電流信號(4―20mA)至變頻器中央處理器(CPU),經 PID 控制組成閉環控制系統。其輸出頻率大小由作用處理器控制,使電機轉速自動增加或降低;保持工作水壓恒定。這樣減小了電動機無功功率,提高了注水泵工作效率,節約了能源。
3.2.4 可以采用循環軟啟動方式,當系統投入一臺以上的注水泵時,總是將運行中的注水泵切換到工頻,再變頻啟動下一臺注水泵,即每臺注水泵都是由變頻器啟動的,如此可降低電氣及機械沖擊。
3.2.5 可以用壓力閉環或流量閉環控制注水的壓力或流量,在注水泵工況改變時,變頻柜可以使注水泵自動調節注水壓力或流量。此時,泵的出口閥門全開,使泵的壓差減至為零。
3.2.6 可以實現有線或無線網絡遠程監控。
總體而言,采用變頻調速的方式,注水泵既可大流量,也可小流量,既可高壓力,也可低壓力運行。
4效益測算
通過變頻柜的使用,注水泵在滿足系統注水量的同時,有效提高了系統效率,降低系統單耗,節能效果明顯。根如每天的耗電量為 114.4kwh,一年變頻柜使用時間按 300d計算,一年節電量為:114.4×64%×300=21964.8k.目前電價按 1~/kWh 算,則一年可節電費:21964.8×1=21964.8 元。
5結論
油田的注水系統非常多,通過使用變頻柜裝置,不但節約了電能,提高系統自動化運行程度,延長填料的使用周期,減小設備的磨損;也可自動根據需求量調節轉速,減少了人員的勞動強度,而且注水泵的運行參數得以改進,系統效率大為提高,具有控制精度高,節能、高效等優點。相信在不久的將來,變頻柜一定可以在油田的開發建設中得到廣泛的應用。
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