變頻調速技術是基于交一直一交電源變換技術.它是集電力電子、微電腦控制等技術于一身的速技術因其顯著的節電效益、較高的調速精度、較寬的調速范圍、完善的保護功能、易綜合性電氣產品。變頻調于實現自動控制、運行安全可靠、安裝使用維護簡單等優點已被廣泛應用于各行各業，成為世界上公認的節電新技術之一。坪橋集中處理站是坪橋一東營輸油管線的首站，坪營輸油管線建于1996年，總長度為33.4 km，管徑為4159x6 mm。日均輸送原油l 200 m3。首站外輸原油。夏季采取不加熱輸送，出站油溫為39℃左右，泵出口壓力為4.5～5.0 Mpa;冬季采取換熱器加熱輸送方式。出站油溫為55℃左右，泵出El壓力為5.0～5.8 Mpa。目前配備的兩臺外輸泵，型號為5DY一71/5，2001年投入使用，其中l#泵可進行變頻調節。

1機泵變頻原理

交流電動機的同步轉速表達式為：

n=60f(1-s)/p (1)

式(1)中，n為異步電動機的轉速，為電源的頻率，s為電動機轉差率，P為電動機極對數。

由上式可知，電動機的轉速n與電源頻率.廠成正比，只要改變頻率廠即可改變電動機的轉速，當頻率.廠在O～50 Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬11.-21。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，變頻器是把工頻電源變換成某種頻率的交流電源以實現電機的變速運行，是一種理想的高效率、高性能的調速設備。

變頻器主要由控制電路、整流電路、直流中間電路、逆變電路等相應電路組成。其中控制電路完成對主電路的控制.整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說。有時還需要一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。

2變頻裝置節能原理

2.1變頻節能

有流體力學知識可知：

P=-QH (2)

式(2)中，P為功率，Q為流量，H為壓力。

Q∝N，H∝N2 (3)

P∝N3 (4)

由式(4)可知，泵的功率與轉速N3成正比，如果泵的效率一定，當要求調節流量下降時，轉速N如果成比例地下降。此時軸輸出功率P就會成立方關系下降，即泵電機的耗電功率與轉速近似成立方關系的下降131。理論上對于一臺160 kW的電機，當轉速為額定轉速的4/5時，其理論功率為82.0 kW，省電48.8%。

2.2功率因數補償節能

有公式

H=Sxcos∮ Q=Sxsin∮ (5)

式(5)中，H為有功功率，Q為無功功率，s為視在功率，cos∮偽功率因數。

無功功率不僅增加線損和設備的發熱。更主要的是功率因數的降低導致有功功率的降低。大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重。由公式(5)可知，功率因數cos∮越大，有功功率日越大，對于普通異步電動機功率因數在0.6—0.7之間，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，cos∮=1.0。從而減少無功損耗，增加了電網的有功功率。

2.3軟啟動節能

由于普通電機為直接啟動或Y/D啟動。起動電流為4—7倍額定電流。這樣會給機電設備和供電電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動對泵體和閥門的損害極大.對設備、管路的使用壽命極為不利。采用變頻器運轉，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下(根據機種不同.為125%～200%)，傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.2一1.5倍。起動轉矩為70%一120%額定轉矩;對于帶有轉矩自動增強功能的變頻器，起動轉矩為100%以上，可以帶全負載起動，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命，節省了設備的維護費用15-61。

2.4減小局部水頭損失節能

一般使用泵的額定流量和揚程.通常都超過實際需要的流量和揚程，又因為工藝要求需要在運行中流量。目前，采用閥門來調節流量的調節方式較為普遍，雖然方法簡單，但實際上是通過人為增加局部阻力的辦法達到調節的目的。這種節流調節方法浪費大量電能.而且使泵本身在低效率點工作.回收這部分電能損耗會收到很大的節能效果。

3引進變頻裝置的必要性

3.1機泵運行時間長

為完成全年39萬噸原油外輸任務.坪橋首站外輸泵年運轉時間約為8 400 h，因此泵效每提高1%，年節約電量約為1.344萬愿，節能效益相當可觀。因受沿河灣一陽山輸油管線的限制。坪橋一東營輸油有時采取"泵一泵"輸油流程，有時采取"泵一罐一泵"輸油流程，同時考慮到坪橋一東營管線的承壓能力及譚家營一東營輸油管線的影響，坪橋首站外輸壓力波動范圍為3.1—6.0 MPa。排量波動范圍為45娟7 m3/h，首站兩臺柱塞式外輸泵型號為5DY-71，5，理論排量為71 m3，額定工作壓力為5.0 MPa。流量的變化幅度為5.6%一36.6%，此時，若不采取變頻調速原理進行調節，為了滿足外輸排量和管壓的要求主要通過回流閥門進行調節。這樣就因節流原因造成能量耗浪費。

3.3理論計算節電量

通過理論計算節電量來論證選擇安裝變頻器的機泵是否經濟。對計劃安裝變頻器的機泵進行多種處理量時的理論節電量的計算(考慮泵共振頻率除外)。經過計算得到機泵運行效率最大處理量時的節電率為：l#外輸泵在外輸量在1 500 m3/d時節電率可達23.7%，機泵效率提高10%左右，說明在該機泵上使用變頻調速器是可行的。

4效益分析

4.1運行參數

為評價變頻裝置的經濟效益，綜合分析兩臺泵由07年8月到08年5月的運行參數。分別計算出各自平均排量和壓力下的機泵效率.機泵效率計算結果如表l所示。

表機泵效率計算結果

Tab.1 Computational results of pump efficiency

由表1可見，兩臺同型號的泵，在工作環境相同的情況下增加變頻裝置后，電機輸入功率減小25.08 kW，泵效提高了9.9%。節能效果明顯。

4.2節能效果評價

目前坪橋集中處理站日平均外輸原油為l 200 m3左右。如果只使用l#變頻泵，流量為53.5 m3/h，日運轉時間22.4 h，一年按360天計算，則年耗電量為。22.4x58.075x360---46.83x104 kW·h如果只使用2#變頻泵，流量為55.3 m3/h，日運轉時間為21.7 h.一年按360天計算.則年耗電量為：21.7x83.155x360=-64.96x104 kW·h兩者相比較，一年完成相同輸出量，電費按工業用電0.45元，kW計算，可節約成本：(64.96x104-46.83x104】>cO.45=8.15x104元通過比較可以發現如果全部采用變頻裝置，一年可節省費用8.15xlo.元。目前改變頻裝置只要稍加改造即可控制兩臺外輸泵中任意一臺。

另外，該站還有兩臺型號為5ZB一12/42的供水泵，其中l#泵泵效為28.17%，2#泵泵效為28.88%。日平均供水量850 m3，泵出口壓力4.5 MPa。若增加變頻裝置把泵效提高到45%，則年節約電量18.13x104 kW·h。節約成本8.15x104元，而一套變頻裝置的費用大約為5萬元，投用當年即節約成本3.15萬元。

5結論

本文結合水力學基本知識、變頻節能原理，首先對兩臺外輸泵進行參數采集.然后進行效率分析.通過兩臺同型號、同步投用的柱塞泵的實際運行工況比較得出以下結論：

1)l撐外輸泵增加變頻裝置后效率較2薦泵提高了9.9%，泵體噪音減小很多，維修保養次數減少。但其實際排量和壓力均小于設計值，泵效遠低于國內平均輸油泵效64.9%.可根據管壓適當調整頻率，使泵在接近額定工況下工作提高泵效。

2)2#外輸泵柱塞泵運行效率較低，運行效率只有28.1l%。實際排量效于設計排量，目前靠回流和出口閥門控制排量，增加變頻裝置來調節流量節能效果明顯。

3)兩臺供水柱塞泵平均泵效只有28.53%，低于國內柱塞臺外輸泵中任意一臺。式注水泵平均泵效72.1%，目前其在額定排量和壓力下工作，但泵體噪音較大，啟動負荷大，可增加變頻裝置改善其工作性能提高工作效率。

參考文獻：

【l】蔣楊貴.輸油技術讀本[MI.西安：石油大學出版社，2003.

【2】趙玉隼，王潔.大慶老油田節能降耗技術【J1.石油規劃設計，2000，ll(3)：4—7.