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新型IPC回馈变频一体机在油田抽油机中的应用

发布时间:2009-09-28
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引言
IPC变频器由加拿大 Albert 油田设计院设计,美国 Smart Chip 公司生产。中国市场由深圳加能电子有限公司二次开发和推广应用。
新型IPC回馈变频一体机是*从油田使用者的角度出发并适应油田生产实际而新开发的油田变频器,具有宽广的气候变化适应性、强大的保护功能、极简单的操作,是油田生产产品。
 

项目简介
鞍山市新兴石油设备厂与深圳加能电子有限公司在变频领域的合作,开发了新型IPC-MD回馈变频一体机,并在辽河油田七个采油厂应用近1000台,效果显列中石油推荐产品。
从生产实际角度出发,我将的阐释新型IPC-MD的特性:
 

问题1:我国石油生产过程中,很多井都将出现供液不足或机械阻力变化,从而导致动平衡不稳定的特点。
解决方法:
从两个方面解决:启动和运行。
频率从0Hz~设定频率启动时,由于交流阻抗变小而直流电阻不变,低速下产生的转矩有不足倾向,因此在低频时给定V/f,使输出电压提高一些,以便获得一定的转矩,这种补偿称增强启动。有自动进行、选择V/f模式或调整电位器方法。
运行过程中的不平衡可以表现为无规则发电和电动,新型IPC可以适时的将能量回馈到电网。


问题2:油井生产过程中势必遇到改变冲次甚至为达到增产超工频运行。
解决方法:
一改老式用皮带轮改变冲次的方法,始终摆脱不了有级调冲次,调节不方便有时更达不到预期效果,新型IPC有3种方式可以达到改冲次调液量。
⑴、 动态调整抽油机的转速,可无级调节抽油机的冲次。
⑵、 “上快下慢”,改变抽油机上下行运行速度,上行“快”减少泵内的漏失系数,下行“慢”增加泵内的充盈系数。(自喷井反之“上慢下快” )分手动设定和自动运行两种方式,自动运行在变频器内部输入额定冲次,通过采集电机的电流参数,变频器自动设定上下行加速时间。
⑶、 快速抽取:在机械转矩承受范围之内,新型IPC变频器频率可调至75Hz,冲次上调范围120%,单位时间内节能效果非常显著(选择部分采油厂的数据)。见表1

序号

采油厂名称(辽河油田)

设备型号

数量

单耗/产液kwh/t

冲次

快抽单耗/产液

冲次

产液单耗节电率

1

曙光采油厂

IPC-37

12

221/8

5.2

247/9.4

6

5.2%

2

锦州采油厂

IPC-37

13

238/6.7

4.1

275/8.1

5.8

4.5%

3

沈阳采油厂

IPC-45

5

256/6.4

4.5

273/7.1

5.1

4%


从表1中可以看出降低产液单耗的同时提高了产液量,充分说明了泵效得到了提高。

问题3:能耗制动与回馈制动的区别,回馈电能的是否会对电网产生冲击?
解决方法:
能耗制动是将抽油机势能转化电能的能量以电阻散热的方式消耗掉,而回馈制动是将这部分能量回馈到电网重复使用。
国内*一款回馈变频一体机,的节能增效方式。它包容了能够节约的电能和再生电能回收功能,较理想、较*的一次性实现了抽油机节能增效项目的改造。回馈到电网的电能经过滤波、消谐、PWM等一系列处理,使得重复再用的能量得到净化,进而改善了电网。相对意义上讲,二次资源得到了再生。
问题4:抽油机负载变化频繁是否会影响到IPC变频器的正常工作?
解决方法:
强大的故障报警系统及系统自检功能,可以减小变频器及电机的损坏几率,在*次故障报警后,变频器会自动检测故障原因,消除后会自动进行二次启动,如果再次发生故障变频器会连续进行3次自动检测并3次启动尝试。仍无法自动排除故障,变频器会自动切旁路(即工频)运行,保证抽油机的正常工作。
电气原理图


问题5:油田工人对变频器的操作要求,只需要认真阅读操作说明和产品说明书
操作界面图片

功能介绍
本数字式操作器上并无按键操作能迫使变频器进入运行状态,变频器的运行必须通过控制端子1ST、2ST、EXT其中之一与COM短接才能实现,所以变频器的运行监控模式定义为变频器上电初始化完毕以后,而且1ST、2ST、EXT其中之一与COM短接,变频器所处的正常状态。
在运行监控模式,数字式操作器有两个功能:
功能1:修改上冲程与下冲程的设定频率。
功能2:观察变频器运行变量如输出频率、输出线电流、直流母线电压等。
作为显示的发光半导体二极管(LED)排列如图5-2所示:


图5-2:发光半导体二极管(LED)排列图


1.运行监控模式下的按键操作
当变频器初次进入运行监控模式,数字式操作器显示变频器实际输出频率。例如当前输出频率为33.66Hz,显示如下:
 

注意:变频器记忆上次断电前所设定的频率,以该值作为本次上电后的设定频率,除非在本次变频器进入运行监控模式前,使用者修改了设定频率(即变频器上电初始化完毕后,在控制端子1ST、2ST、EXT之一与COM短路前,先修改了设定频率)。
运行监控模式下,各有效按键功能如下表所示。


运行监控模式按键功能一览表

运行监控模式下有效的按键

按键

功能

频率

显示变频器实际输出频率,单位Hz。

举例:32.00,即变频器实际输出频率为32赫兹。

上冲程

显示变频器上冲程设定频率,单位Hz。

举例:_33.3,即由键盘或电位器确定的上冲程设定频率为33.3赫兹。

此时,按“▲”与“▼”键能修改该设定值。

下冲程

显示变频器下冲程设定频率,单位Hz。

举例:=28.0,即由键盘或电位器确定的下冲程设定频率为28.0赫兹。

此时,按“▲”与“▼”键能修改该设定值。

监控

显示变频器监控变量,监控变量的显示以字母开头,标识不同监控变量。

正常运行时按本键,则显示直流母线电压(U***),

此时,按“切换”按键就能循环显示其它监控变量。

当发生故障使变频器旁路,显示“PASS”时,

按本键则显示导致旁路具体故障,如“UU1”等。

切换

仅当按了“监控”键后,该键操作才有效,每按一次本键,则更换一个监控变量。具体监控变量如下

1)变频器直流母线电压,单位V。

举例:U537,即变频器内部直流母线的电压为537伏特。

2)变频器输出电流,单位A。

举例:C10.6,即实际测量到的输出相电流为10.6安培。

3)变频器输出线电压,单位V。

举例:L336,即变频器实际输出线电压为336伏特。

4)变频器当前设定频率,单位Hz。

举例:F32.6,即变频器当前设定频率为32.6赫兹。

5)变频器标称电压与标称功率,单位百伏与千瓦。

举例:3. 30,*个数字3表示变频器标称电压为380伏特,zui后两个数字表示变频器标称功率为30千瓦。

2.显示灯含义
数字式操作器的上方有五个发光二极管显示灯,指示不同运行状态与按键操作。具体如表5-2所示。


表5-2:显示灯功能一览表

显示灯

指示含义

上冲程

指示1ST与COM短接,表示变频器进入运行状态。

下冲程

指示2ST与COM短接,表示变频器进入运行状态。

监控

指示按下了“监控”按键,能观察变频器相关运行变量。

参数

进入了能修改变频器内部常数的状态。

报警

变频器异常,存在运行故障。


 
有故障时,变频器则停止输出,此时按键操作无效,数码管显示当前故障。当故障消失后,变频器自动回到正常显示状态。
从故障发生到变频器重新自动运行之间的等待时间间隔为15秒,当故障消失后的时间处在此15秒等待时间内,按键操作仍无效,必须过了该等待时间运行监控按键操作才有效。
 
具体故障显示内容的解释见下表
 

故障显示,此时按键操作无效

显示代码

故障含义

OL

电动机过负载

OC

电动机过电流

OE

变频器过电压(高于标准值140%)

LE

电源电压太低(低于标准值 75%)

UU1

输入接触器故障

OH

变频器过热(通风不良)

Err

变频器CPU内部故障

PASS

变频器发生多次故障,电机已切换至旁路电源运转

 
参数定义表
 

按“切换”按键,选择欲修改的参数项,按“▼”“▲”键增加或减小相应的参数值。

显示项

参数含义

1-*.*

变频器启动加速度时间常数,单位是Hz/秒。

举例:“1-2.5”,即启动加速度是2.5Hz/秒。

该参数变化范围是0.5—9.9 Hz/秒。

一般而言,变频器功率越大,该参数设置越小。

变频器出厂时,变频器容量小于30千瓦,本参数缺省设为5.0,即从0Hz加速到50Hz的时间为10秒;变频器容量大于30千瓦(包括30千瓦),本参数缺省设为2.5,即从0Hz加速到50Hz的时间为20秒;

2-* *

上冲程zui高允许输出频率,单位是Hz

举例:“2-60”,即上冲程zui高允许输出频率是60Hz。

该参数变化范围是30—83Hz。

变频器出厂时,本参数缺省设为60。

3-* *

下冲程zui高允许输出频率,单位是Hz

举例:“3-68”,即下冲程zui高允许输出频率是68Hz。

该参数变化范围是30—83Hz。

变频器出厂时,本参数缺省设为60。

4-*.*

起动转矩补偿设定,单位是%。

举例:“4-3.2”,即起动转矩补偿值是3.2%。

该参数变化范围是1.2—9.9%

变频器出厂时,本参数缺省设为3.2。

一般而言,电动机的起动负荷越大,该值可以设大些,以保证电机能正常起动。

5- *

变频器设定频率的输入方式。

0— 设定频率由数字式操作器输入;

1— 设定频率由变频器主板上的两个电位器输入。

变频器出厂时,本参数缺省设为0,即只能用数字式操作器改变频率设定值。

6- *

zui近一次导致变频器切换至工频旁路的故障代码。

1:OC,2:OL,3:OE,4:LU,5:UU1,6:OH

变频器出厂时,本参数缺省为0。

按“▼”或“▲”键,则清除该故障记录。

7-A*

自动上下冲程识别。

0— 不允许上下冲程识别。

1— 允许上下冲程自动识别。在该控制方式下,变频器根据直流母线电压判断抽油机处于上冲程,则自动以上冲程频率为设定频率;判断抽油机处于下冲程,则自动以下冲程频率为设定频率。此时1ST或2ST必须有一个与CM短路,作为启动运行命令,但是1ST与2ST没有选择上冲程或下冲程功能。

变频器出厂时,本参数缺省设为0,即自动识别无效。

8-*.*

标准冲次,即50Hz工频运行抽油机每分钟的循环次数。

变频器出厂时,本参数缺省设为3.6。

9- *

常规频率运行模式与冲次运行模式选择。

0—频率运行模式;

1—冲次运行模式。

变频器出厂时,本参数缺省设为0,即频率运行模式。

A- d*

上下行程触点状态软件自锁

“A-d0”表示软件自锁无效。

“A-d1”表示软件自锁有效

变频器出厂时,本参数缺省设为d0,即没有上下行程触点软件自锁功能。

b-.**

上下冲程自动识别门坎电压相对值。

该参数变化范围是05—13,

变频器出厂时,本参数缺省设为12,

即门坎电压=额定直流母线电压*112%。

只有允许上下冲程自动识别时本参数才有效。

c- *

输出频率根据负载自动变化

0--不允许输出频率根据负载自动变化。

1—允许输出频率根据负载自动变化。

d***

输出电压调制百分比,单位是%。

该参数变化范围是67—102。

变频器出厂时,本参数缺省设为102。

调小本参数,则同样三相输入电压幅值、变频器输出给电机的三相交流电压幅值变小。

E-*.*

变频器运行加速度常数,单位是Hz/秒。

举例:“E-5.0”,即正常运行时加速度常数是5.0Hz/秒。

该参数变化范围是0.5—9.9 Hz/秒。

变频器出厂时,本参数缺省设为5.0,即从30Hz加速到50Hz的时间为4秒。

F-**

变频器故障后自动恢复运行间隔时间,单位是秒。

举例:“F-15”,即故障后自动运行间隔时间为15秒。

该参数变化范围是10-60秒。

变频器出厂时,本参数缺省设为15。

H-**

MODBUS通信变频器的本地站号。

举例:“H-31”,即本台变频器的通信站号为31。

该参数变化范围是1-31。

变频器出厂时,本参数缺省设为31。

J-*.*

软件版本号。

举例:“J-2.0”,即本台变频器的软件版本为2.0

7.-**

自适应频率。

举例:“7.-36”,缺省自适应频率为36Hz。

该参数变化范围是20-50Hz。

进入参数修改模式后,按“频率”按键或“监控”按键就能退出本参数修改模式,返回运行监控模式。

 

问题6:IPC变频器经济效益分析
计算方法:
1、 需要改变冲次更换皮带轮,单井更换一次作业时间zui快为1个小时,势必影响一个小时的产量,以0.5t原油计算:0.5t×3000元=1500元,一年不定期需要改变5~10次,直接造成经济损失7500~15000元不等。
2、 IPC变频器具有“上快下慢”功能可以预防砂卡事故发生。砂卡作业时间为5~7天,费用在3万元左右,牵涉人力物力相当多,zui主要耽误5~7天的产量,一天取10吨液(含油30%)计算,即3吨原油,一吨原油取3000元计算:3×5×3000=45000元。
3、 笔者选举辽河油田曙光采油厂作业1区为例,此区生产井总数为550口,目前应用IPC变频器为101台,平均有功节电率为:20.93%,平均综合节电率为25.49%。(中国石油天然气股份有限公司油气节能监测中心检测报告编号为:D2008-051),工频平均日耗电为267KWh/d,变频平均日耗电为211KWh/d,日累计节电为56KWh/d,56×0.5元×300天=8400元,101台总节约:101台×8400元=848400元。
综合以上几条节能计算,单井每年节约资金7万元。合理使用的情况下,当年就可以收回投资,其经济效益相当可观。

结束语


IPC变频器做为国内*一款回馈变频一体机一直国内变频器技术,不断的自我更新,并吸取现场大量的生产经验在产品的实际应用中探索,已经应用到油田生产中的ZJB油田增效节能控制装置、全闭环注水泵变频、螺杆泵全闭环变频、智能抽油机间抽、联合站整体泵房改造等等系列产品,取得了油田生产者的广大好评。