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交流變頻調速技術在國民經濟和日常生活中已發(fā)揮著日益重要的作用，被廣泛應用于工業(yè)生產以及人們日常生活中，這主要得益于其優(yōu)良的節(jié)能特性和調速特性。油田注汽鍋爐是一種需精確控制的高能耗設備，其主要耗能和調節(jié)部件是柱塞泵和鼓風機，變頻控制技術是目前對泵與風機實現(xiàn)軟啟動和精確控制最先進的工藝，因此變頻控制技術成為注汽鍋爐應用的第一選擇，其在注汽鍋爐中的應用對于提升鍋爐的性能和節(jié)能方面都具有重要的意義。
變頻調速器輕松實現(xiàn)變頻與降壓
變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。工業(yè)常用變頻器為VVVF形式，即 Variable Voltage and Variable Frequency 的縮寫，意為改變電壓和改變頻率，也就是人們所說的變壓變頻。電機的旋轉速度是由電機的極數(shù)來決定的，而電機的旋轉速度又同頻率成比例（這里所講電機為感應式交流電機，在工業(yè)中所使用的大部分電機均為此類型電機）。感應式交流電機的旋轉速度近似地取決于電機的極數(shù)和頻率。變頻器就是將電源的頻率在電機的外面均勻的調節(jié)后再供給電機，從而達到自由控制電機旋轉速度的目的。
在實際運行中如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機出于過電壓（過勵磁），導致電機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時必須要同時相應地改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機的額定電壓。如為了使電機的旋轉速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V。
因地制宜實施鍋爐變頻控制
熱采鍋爐是油田采油專用大型設備，同普通供液鍋爐相比，具有工作壓力高（大于20MPa）和工作溫度高（大于350℃）的特點，因此安全問題是生產中的主要問題，自控方案的設計也必須遵循安全、可靠、準確這一原則。隨著稠油勘探、開發(fā)深度的不斷發(fā)展，要求蒸汽吞工藝的控制調節(jié)更加靈活和精確，通常能在6t/h～10t/h范圍內進行精確調節(jié)?，F(xiàn)有鍋爐的額定排量一般都在10噸/小時以上，由于原鍋爐采用柱塞泵供水，所以對流量的調節(jié)不能采用節(jié)流的方式，而使用回水調節(jié)。通過調節(jié)回水閥的開度來改變回水量，從而間接調整供水量的大小，這種方法存在以下幾個缺點：調節(jié)范圍比較小。一般回水閥的口徑都比較小，流通能力有限，因而也就無法根據(jù)工藝要求在大范圍內調整供水量；調節(jié)精度差。由于回水閥的調節(jié)是開環(huán)控制，加上地層壓力的不規(guī)則變化，使得供水量經常發(fā)生波動，影響了熱采效果；能耗損失嚴重。柱塞泵的出口水壓力一般都比較高，高壓水通過回流閥重新返回入口，這本身就是一種能量的浪費。出口水壓力越大，能耗就越明顯。
為了克服以上缺點，新的控制方案取消了回流閥，改用變頻控制。通過變頻器改變柱塞泵電機的運行速度，從而達到調整供水量的目的。另外流量控制改為閉環(huán)控制，實時監(jiān)測流量的變化，當與設定值不同時，由調節(jié)器自動改變變頻器的輸出頻率。控制算法采用目前比較先進的模糊PID算法。自控系統(tǒng)可根據(jù)流量的特點動態(tài)改變調節(jié)參數(shù)，使得調節(jié)時間最短，控制精度最高。
另外，根據(jù)熱采工藝的要求，部分地層要求保持相對穩(wěn)定的壓力進行注汽。這里仍然不采用節(jié)流的方式，而采用調節(jié)電機轉速的方法，由于壓力的調節(jié)與流量的調節(jié)是一對矛盾，因此采用轉換開關的方式，由現(xiàn)場操作人員對控制對象進行選擇。
恰當選用設備實現(xiàn)自控方案
高壓蒸汽的產生是一個連續(xù)過程，因此自控設備的選型必須考慮到在國內有較大的占有量，工作穩(wěn)定可靠，便于維修等幾方面。
變頻器是整套控制系統(tǒng)的核心，一般要選擇信譽好、技術服務過硬的品牌，在功率上選擇高于電機一個指標（如75kW電機選用90kW的變頻器），以保證其連續(xù)工作的穩(wěn)定性。雖然變頻器內自帶PID調節(jié)功能，但控制方案比較單一，無法更好的滿足現(xiàn)場多參數(shù)控制的要求，并且操作也不方便。因此采用單回路調節(jié)器來完成模糊PID運算，其輸出信號（4mA～20mA）做為變頻器的外給定信號，控制電機的運行速度。
在起爐或停爐時，由于全系統(tǒng)還不是處在穩(wěn)定的工作狀態(tài)，因此必須采用手動方式，人工調節(jié)流量和壓力的大小。因此在單回路調節(jié)器的選型上還必須有手/自動切換功能。當處于手動狀態(tài)時，直接輸入變頻器的運行頻率（0Hz～50Hz），待系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，再無擾切換至自動狀態(tài)。
為保證原系統(tǒng)的完整性，在自控系統(tǒng)的設計中保留了原有的工頻運行方式，并可通過轉換開關切換。當切換至工頻方式時，變頻控制全部隔離，此狀態(tài)還可用于自控系統(tǒng)的檢修、參數(shù)的調整等。
壓力的檢測采用一體化小型壓力變送器，量程范圍0MPa～40MPa，流量的檢測采用孔板流量計，量程0噸/小時～20噸/小時。所有的變送器安裝在儀表盤下放的箱體內（如下圖所示）。
變頻技術節(jié)能 穩(wěn)定 高效
使用該方案后初步能達到幾下幾方面的效果：
變頻節(jié)能 為了保證生產的可靠性，各種生產機械在設計配用動力驅動時，都留有一定的富余量。電機不能在滿負荷下運行，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費，使用該方案后，運行中可根據(jù)負荷降低電機的運行速度，使其在恒壓的同時節(jié)約電能。 當電機轉速從N1變到N2時，其電機軸功率（P）的變化關系如下： P2／P1 =（N2/N1）3 ，由此可見降低電機轉速可得到立方級的節(jié)能效果。
穩(wěn)定精確調節(jié)功能 實現(xiàn)了對柱塞泵排量的穩(wěn)定大范圍調節(jié)，變頻控制系統(tǒng)通過調節(jié)電機的轉速實現(xiàn)了從根本上控制柱塞泵的排量，它不受外界條件的影響，因而是穩(wěn)定的。從理論上講，該系統(tǒng)右以使柱塞泵在0Hz-50Hz之間的任一頻率上穩(wěn)定的工作（調節(jié)精度為0.1Hz），而頻率與電機轉速、電機轉速與柱塞泵排量之間都是線性對應關系。因而可以方便地通過調節(jié)電機的頻率來控制和計算出泵的排量，從而擴展了鍋爐的施工能力。
變頻軟啟動節(jié)能 在電機全壓啟動時，由于電機的啟動力矩需要，要從電網(wǎng)吸收 7 倍的電機額定電流，而大的啟動電流即浪費電力，對電網(wǎng)的電壓波動損害也很大，增加了線損和變損。采用軟啟動后，啟動電流可從0-電機額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，節(jié)約了電費，也減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉速沖擊，延長了設備的使用壽命。
提高功率因數(shù)節(jié)能 電動機由定子繞組和轉子繞組通過電磁作用而產生力矩。繞組由于其感抗作用，對電網(wǎng)而言，阻抗特性呈感性，電機在運行時吸收大量的無功功率，造成功率因數(shù)很低。
采用變頻節(jié)能調節(jié)后，由于其性能已變?yōu)椋篈C－DC－AC，在整流濾波后，負載特性發(fā)生了變化。變頻調速器對電網(wǎng)的阻抗特性呈阻性，功率因數(shù)很高，減少了無功損耗。
方案實施須知
變頻控制活動注汽鍋爐技術是一項比較成熟的技術，其核心內容是變頻器控制感應式交流電機技術，通過對不同型號和排量的注汽鍋爐的應用都取得了很好的控制效果，但在應用中要根據(jù)實際情況和功能的要求選擇方案，具體實施中要注意幾下幾點：
變頻器的選型，要按照機械設備的類型、負載轉矩特性、調速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉矩和使用環(huán)境的要求，決定選用何種控制方式和防護結構的變頻器最合適。所謂合適是指在滿足機械設備的實際工藝生產要求和使用場合的前提下，實現(xiàn)變頻器應用的最佳性價比。
在變頻器功能參數(shù)選擇和預置時應注意，由于負載的阻轉矩與轉速的平方成正比，當工作頻率高于電動機的額定頻率時，負載的阻轉矩會超過額定轉矩，使電動機過載。所以，要嚴格控制最高工作頻率不能超過電機額定頻率。
變頻器對散熱有較高的要求，其故障率隨溫度升高而成指數(shù)上升。使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)下降。環(huán)境溫度升高10℃，變頻器使用壽命減半，因此要重視其散熱效果，對于單元型在盤內、掛在墻上的都取縱向位，盡可能垂直安裝。對有風扇的機種，風的方向是從下向上，所以裝設變頻器的地方，上、下部不要放置妨礙吸、排氣的機械器材。
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