交流變頻調(diào)速技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和日常生活中已發(fā)揮著日益重要的作用，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ钪校@主要得益于其優(yōu)良的節(jié)能特性和調(diào)速特性。油田注汽鍋爐是一種需精確控制的高能耗設(shè)備，其主要耗能和調(diào)節(jié)部件是柱塞泵和鼓風(fēng)機(jī)，變頻控制技術(shù)是目前對泵與風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動和精確控制最先進(jìn)的工藝，因此變頻控制技術(shù)成為注汽鍋爐應(yīng)用的第一選擇，其在注汽鍋爐中的應(yīng)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(diào)速器輕松實(shí)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(qū)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(jī)的旋轉(zhuǎn)速度是由電機(jī)的極數(shù)來決定的，而電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度又同頻率成比例（這里所講電機(jī)為感應(yīng)式交流電機(jī)，在工業(yè)中所使用的大部分電機(jī)均為此類型電機(jī)）。感應(yīng)式交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度近似地取決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。變頻器就是將電源的頻率在電機(jī)的外面均勻的調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，從而達(dá)到自由控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的目的。

在實(shí)際運(yùn)行中如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會使電機(jī)出于過電壓（過勵(lì)磁），導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)相應(yīng)地改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時(shí)，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。如為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V。

因地制宜實(shí)施鍋爐變頻控制   

熱采鍋爐是油田采油專用大型設(shè)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(diǎn)，因此安全問題是生產(chǎn)中的主要問題，自控方案的設(shè)計(jì)也必須遵循安全、可靠、準(zhǔn)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(diào)節(jié)更加靈活和精確，通常能在6t/h～10t/h范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。現(xiàn)有鍋爐的額定排量一般都在10噸/小時(shí)以上，由于原鍋爐采用柱塞泵供水，所以對流量的調(diào)節(jié)不能采用節(jié)流的方式，而使用回水調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)回水閥的開度來改變回水量，從而間接調(diào)整供水量的大小，這種方法存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：調(diào)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(nèi)調(diào)整供水量；調(diào)節(jié)精度差。由于回水閥的調(diào)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(jīng)常發(fā)生波動，影響了熱采效果；能耗損失嚴(yán)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(fèi)。出口水壓力越大，能耗就越明顯。

為了克服以上缺點(diǎn)，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(jī)的運(yùn)行速度，從而達(dá)到調(diào)整供水量的目的。另外流量控制改為閉環(huán)控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測流量的變化，當(dāng)與設(shè)定值不同時(shí)，由調(diào)節(jié)器自動改變變頻器的輸出頻率?？刂扑惴ú捎媚壳氨容^先進(jìn)的模糊PID算法。自控系統(tǒng)可根據(jù)流量的特點(diǎn)動態(tài)改變調(diào)節(jié)參數(shù)，使得調(diào)節(jié)時(shí)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(jìn)行注汽。這里仍然不采用節(jié)流的方式，而采用調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，由于壓力的調(diào)節(jié)與流量的調(diào)節(jié)是一對矛盾，因此采用轉(zhuǎn)換開關(guān)的方式，由現(xiàn)場操作人員對控制對象進(jìn)行選擇。

恰當(dāng)選用設(shè)備實(shí)現(xiàn)自控方案

高壓蒸汽的產(chǎn)生是一個(gè)連續(xù)過程，因此自控設(shè)備的選型必須考慮到在國內(nèi)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(yù)好、技術(shù)服務(wù)過硬的品牌，在功率上選擇高于電機(jī)一個(gè)指標(biāo)（如75kW電機(jī)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(nèi)自帶PID調(diào)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(diào)節(jié)器來完成模糊PID運(yùn)算，其輸出信號（4mA～20mA）做為變頻器的外給定信號，控制電機(jī)的運(yùn)行速度。

在起爐或停爐時(shí)，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(diào)節(jié)流量和壓力的大小。因此在單回路調(diào)節(jié)器的選型上還必須有手/自動切換功能。當(dāng)處于手動狀態(tài)時(shí)，直接輸入變頻器的運(yùn)行頻率（0Hz～50Hz），待系統(tǒng)運(yùn)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(shè)計(jì)中保留了原有的工頻運(yùn)行方式，并可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換。當(dāng)切換至工頻方式時(shí)，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(diào)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(jì)，量程0噸/小時(shí)～20噸/小時(shí)。所有的變送器安裝在儀表盤下放的箱體內(nèi)（如下圖所示）。

變頻技術(shù)節(jié)能  穩(wěn)定  高效  

使用該方案后初步能達(dá)到幾下幾方面的效果： 

變頻節(jié)能  為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動力驅(qū)動時(shí)，都留有一定的富余量。電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行，除達(dá)到動力驅(qū)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(fèi)，使用該方案后，運(yùn)行中可根據(jù)負(fù)荷降低電機(jī)的運(yùn)行速度，使其在恒壓的同時(shí)節(jié)約電能。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速從N1變到N2時(shí)，其電機(jī)軸功率（P）的變化關(guān)系如下： P2／P1 =（N2/N1）3 ，由此可見降低電機(jī)轉(zhuǎn)速可得到立方級的節(jié)能效果。

穩(wěn)定精確調(diào)節(jié)功能  實(shí)現(xiàn)了對柱塞泵排量的穩(wěn)定大范圍調(diào)節(jié)，變頻控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)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(diào)節(jié)精度為0.1Hz），而頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速與柱塞泵排量之間都是線性對應(yīng)關(guān)系。因而可以方便地通過調(diào)節(jié)電機(jī)的頻率來控制和計(jì)算出泵的排量，從而擴(kuò)展了鍋爐的施工能力。

變頻軟啟動節(jié)能  在電機(jī)全壓啟動時(shí)，由于電機(jī)的啟動力矩需要，要從電網(wǎng)吸收 7 倍的電機(jī)額定電流，而大的啟動電流即浪費(fèi)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(jī)額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，節(jié)約了電費(fèi)，也減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。

提高功率因數(shù)節(jié)能   電動機(jī)由定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組通過電磁作用而產(chǎn)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(jī)在運(yùn)行時(shí)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(diào)節(jié)后，由于其性能已變?yōu)椋篈C－DC－AC，在整流濾波后，負(fù)載特性發(fā)生了變化。變頻調(diào)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(shí)施須知 

變頻控制活動注汽鍋爐技術(shù)是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，其核心內(nèi)容是變頻器控制感應(yīng)式交流電機(jī)技術(shù)，通過對不同型號和排量的注汽鍋爐的應(yīng)用都取得了很好的控制效果，但在應(yīng)用中要根據(jù)實(shí)際情況和功能的要求選擇方案，具體實(shí)施中要注意幾下幾點(diǎn)：

變頻器的選型，要按照機(jī)械設(shè)備的類型、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉(zhuǎn)矩和使用環(huán)境的要求，決定選用何種控制方式和防護(hù)結(jié)構(gòu)的變頻器最合適。所謂合適是指在滿足機(jī)械設(shè)備的實(shí)際工藝生產(chǎn)要求和使用場合的前提下，實(shí)現(xiàn)變頻器應(yīng)用的最佳性價(jià)比。

在變頻器功能參數(shù)選擇和預(yù)置時(shí)應(yīng)注意，由于負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)工作頻率高于電動機(jī)的額定頻率時(shí)，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩會超過額定轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)過載。所以，要嚴(yán)格控制最高工作頻率不能超過電機(jī)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(nèi)、掛在墻上的都取縱向位，盡可能垂直安裝。對有風(fēng)扇的機(jī)種，風(fēng)的方向是從下向上，所以裝設(shè)變頻器的地方，上、下部不要放置妨礙吸、排氣的機(jī)械器材。