集输螺杆泵变频技术与改进应用

集输螺杆泵变频技术与改进应用

许建梅 1   蒋健 2 陈海荣 3

1.3中石化胜利油田分公司临盘采油厂集输大队 2.中石化胜利油田分公司临盘采油厂管理五区

摘 要：变频器主电路一般是交流-直流-交流结构，经大功率晶体管开关元件逆变为交流脉冲。在整流回路中输入电流波形为不规则的矩形波（由基波和各次谐波组成）。应用变频器技术可以淘汰传统的降压启动和软启动方式，精确无级调整转速，改变机泵运转工况，使机泵匹配更加合理和降低能耗。对安全、节能、延长设备寿命都有着重要的意义。在使用过程中出现的电磁噪声、谐波污染电源和干扰问题有待今后不断完善。本文介绍了集输系统应用变频器技术拖动油气混输螺杆泵，对变频器应用中的自动控制和使用效果以及过程中存中在问题进行了分析，提出改进措施。

关键词：集输系统；螺杆泵；变频技术；改进应用

随着科学技术的进步、大功率晶体管电子技术和大规模集成电路和微机技术的迅猛发展，交流三相异步电机的变频器调速技术也日益成熟完善，变频调速技术广泛应用到各个领域。近年引进使用变频器技术，淘汰滑差调速技术，通过在油气混输过程中应用变频器与智能控制器配合使用，实现机泵、电机平稳启动、节能降耗，对设备安全平稳运行，延长机泵设备寿命都有着重要意义。

1 螺杆泵应用变频器优点

影响电动机转速的主要因数是频率和电机的磁极对数。通用型变频器主要以交流-直流-交流的变换逆变方式输出，输出脉冲的占空比按正弦规律分布，通过电动机定子绕组电流波形十分接近正弦，通过调整脉冲宽度（调整电流波形频率）达到控制三相异步电动机的转数。采用U/f控制方式调制输出脉宽，提升控制电机定子磁通量，使电机在额定频率下恒转矩、额定频率以上恒功率运行。

例如：油气混输泵多为单螺杆泵型号KJY14B-220/160排出压力1.6Mpa排量220方/小时配套电机75KW。在母线汇管（螺杆泵泵进口）安装智能压力变送器（DC24V）用于现场显示压力给变频器提供4-20mA的控制信号，通过PID闭环控制变频器自动运行。（1）提高了功率因数降低能耗。通过节能检测中心鉴定节电率13%。功率因数cosφ≈1，从而减少了无功功率损耗，减小了电流，减少线损和设备的发热，提高了设备的有功输出率。（2）设备启动运行平稳，减少更换泵套。由于精确控制并且自动调整，螺杆泵的转速基本控制在200-250转/分钟（20-25Hz），低转速下的橡胶泵套和蛇杆的磨损较对较低，使用寿命5000小时的泵套基本上都在10000小时以上。（3）降低操作工人的劳动强度。通过变频器应用减少现场操作工人频繁控制调整、机泵维修等繁重的体力劳动。

2螺杆泵应用变频器技术 在使用中检测发现同一变压器供电回路中使用多台变频器情况尤为严重。为此为消除和减弱谐波干扰问题，采用在变频器进线端加装滤波器，变频器输出侧电缆长度要尽量短，过长（≥100m）要安装输出滤波器，以降低高频电流防止过流跳闸。变频器必须可靠接地，不能与零线混接。仪器仪表使用的屏蔽电缆必须在变频器端单边可靠接地使用。变频器设置场所的海拔高度规定在1000以下。海拔过高将影响变频器绝缘和散热。变频器允许相对湿度在5%以上、95%以下（不能结露）变频器允许周围的温度为（-10-+40）环境不受阳光直晒，无灰尘，腐蚀性气体，可燃气体，油雾，蒸汽，滴水等。

3螺杆泵应用变频器故障处理

高温环境长时间运行变频器将引起变频器的性能和控制精度下降、输出功率下降、电容器寿命降低。变频器在运行过程中半导体整流模块和开关逆变模块会产生热量，热量不及时散出会造成变频器超温保护停机、半导体模块耐压降低形成炸机故障。三相异步电动机长时间低速运转，散热风量减少造成电机过热烧毁。为此安装变频器的控制柜内要求必须有与柜外对流散热风扇，循环风量应大于变频器上的风量，以免造成柜内热量堆积。电动机尽量采用变频电机或安装独立风机散热或对运行频率≥25Hz的电机更换多级电机风扇叶来解决电机散热问题。在灰尘较多的区域使用变频器要保证每100天对变频器的散热风道进行除尘清理。检查变频器散热器温度是否在正常范围，冷却风扇是否有异常声音，出风口的网罩是否有灰尘堵塞情况。

变频器本体上的风扇分AC220V、DC24V，24V风扇分2线和3线，3线风扇有1根是检测风扇转速的，当发生堵转和转速较低时，变频器会报警保护。柜体上的对外对流风扇应安装温控开关，设定35℃时，能实现根据四季气温和夜晚温度自动停起换气风扇，有效保护变频器和延长风扇使用寿命。在保养过程中应注意及时更换缺陷风扇和到期风扇（3年），变频器主滤波电容的寿命与环境温度有关，（环境温度502.5年寿命、405年寿命、3010年寿命）应5年检测一次容量。对电容外观完好并且容量大于标称电容量85%时，可以继续使用。（1）过流故障可分为短路过流、重载过流、加速过流、减速过流、恒速过流。过流故障内部原因一般是变频器设置加减速时间过短造成的。外部原因多是由负载突变、电机和电缆短路等原因。（2）变频器过电压故障表现在直流母线上。正常直流电压是进线电压的1.4倍，当直流母线电压达到800V左右时过电压保护动作。过电压有输入交流过电压和输出再生过电压二种，对于输入端电压升高主要是操作电容柜、电力系统谐振故障引起。产出再生类过电压的主要原因是：电动机受外力负载惯性影响，转子转速超过同步转速，电机处于发电状态。发电通过逆变模块充高了直流电压引起保护停机。对于启动就过压的故障一般是电缆或电动机发生对地击穿故障，因变频器输出的脉冲幅度在530V左右，建议使用1000MΩ兆欧表检查绝缘情况。启动后过压的故障一般是拖动设备惯性引起，从变频器进线电流大幅变化上就能看出。如果检修机泵设备无法解决电机再生发电问题，只能在直流端安装制动电阻来消除再生电能对直流的影响。对偶有发生的过压，主要是网络电压和变频器设置不当以及操作不当引起。（3）欠电压一般是网络电压低引起，如输入电路中电压缺相、接线松动、同网下有大负荷启动等原因。（4过载故障一般是电动机拖动负荷过重、电机三相电压不平衡造成。检查负载情况，调整合适的传动比，减轻电机轴上的负荷。检查三相电压情况更换老化的逆变模块，更换匹配的电机和变频器。

在油气混输螺杆泵压力闭环控制中，使用外置智能PID调节器控制变频器，许多变频器内置PID调节器的设置参数相对简单，只能满足基本设置。螺杆泵的橡胶泵套在无液情况下高速运转，会发生高温烧套的故障，调试时要根据泵排量在变频器内部设置频率上限，设置合适的PID输出幅度，避免高温烧套。混合液伴生气量不一样，造成螺杆泵运转特性也不一样。超调易造成压力波动，滞后易造成设备损坏。气液混输中，气体对泵的负载和惯性影响较大，现场要根据特性仔细调试合适的P值、I值、D值。对于气量大于泵排量三分之一，需在泵的进口加装气液分离器以稳定输送压力，延长泵套寿命。 参考文献

[1]偏心转子油气混输泵的研制与应用[J]. 吉效科.内蒙古石油化工.2016(09)