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【摘 要】随着油田供水系统变频技术的运用，变频技术在节能的同时，也显现出很多问题，技术人员经过认真分析和研究，对这些问题进行了总结，并针对不同的问题采取了不同的改进措施，最终达到在生产运行中正确、科学、合理有效的运用变频技术，降低供水系统能耗和管网穿孔次数，提高供水可靠性。
【关键词】供水系统；变频调速；原理；问题
一、前言
河南油田现有4个泵站，5座清水处理厂，主要承担河南油田生产及生活用水的供给任务。成立初期，水泵没有安装变频调速装置，水厂出水压力仅靠人工手动调节，在控制供水压力和能耗方面存在很多不便。由于油田的油气勘探开发的不可预见性，在上述水厂、泵站中均存在水泵额定流量过大，额定扬程过高等实际问题，使水泵长期无法运行在高效工况区，而浪费大量能源。并且常因用水量变小用户关小阀门，造成泵站供水泵憋泵运行，憋泵压力高达0.65Mpa，严重影响了输水管线的安全运行，造成输水管线经常穿孔漏水。因此，引进变频调速技术后来，大大提高了轻载运行时的工作效率，节能效果显著。但是，随着运行时间增加，变频器运行过程中突显出了很多问题。
二、变频调速的原理
（一）变频调速技术的基本原理
变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。
（二）供水系统变频调速的组成及工作原理
1.供水系统变频调速的组成
供水系统变频调速系统主要由变频器、PID调节器、压力传感器等组成的闭环控制部分和配套的配电、管网等组成。
2.供水系统变频调速的工作原理
变频恒压供水系统是一个闭环控制系统。压力变送器安装在出水母管线上，时刻检测出厂水压的变化，并将此压力信号转变成4—20mA电流信号反馈给PID调节器，PID调节器可根据用户需求设定一个压力值，并把压力传感器反馈值与设定压力值进行比较，得到一个差值信号向变频器发出改变频率指令，变频器通过内部整流部分、中间直流环节、逆变部分输出可调的频率、电压从而调整水泵机组转速，使出水压力达到设定值。
三、运行存在的问题
供水系统在2000年前没有变频系统，水厂供水一直存在压力波动大、不稳定、管线检修补漏多、水量损失大的问题，推广应用变频技术后，泵站实现了变频恒压供水、稳定运行，管网的穿孔补漏频次、水量损失大大减少，但是，随着时间的推移，设备的老化、变频的故障等，泵站运行稳定可靠性存在不足，时常出现压力失控，水压异常波动造成多处管线漏水影响供水的情况（据统计，类似突发事件2001年以来，泵站就出现过8次）。如2008年6月23日，由于变频装置压力传感器突发故障，职工发现不及时，泵失控，造成供水压力10分钟仅仅上升0.14MPa而小区管网就出现了20余处的管线漏水，给企业、用户带来不必要的经济损失。
变频调速系统由于系统大环节多，当它们中的任何一个环节出现问题，都会使整个系统工作异常或停运，通过现场调查分析，目前变频调速系统存在的问题主要有以下几点：
（一）变频二次回路线路存在缺陷，操作程序不规范，会对变频器产生浪涌电流
根据《油田用泵类低电压变频调速控制装置使用与维护》Q/SH0171-2008规定了正确的操作程序。其中启泵顺序为：先合变频器输出侧接触器，再合变频器输入侧接触器，最后变频器加入运行。停泵顺序反之。
原来变频器操作指令模式選择为端子输入有效。变频器F 、CC端子接收开和关量信号由1KM、2KM提供。由于交流接触器主触点和辅助触点在闭合时有一定时间差。在此种指令模式控制下，变频器停止运行时首先切换的是变频器输出侧接触器。水泵停止会产生浪涌电流而损坏变频器。
（二）系统保护装置不完善，无法在管网压力异常时采取保护
目前应用的变频调速系统二次回路只有变频器内部故障继电器接点，只能在变频器内部出现故障保护跳闸。缺少外部管网压力异常保护装置，当系统某一部分出现问题导致压力过高时，就会导致管网因压力过高而穿孔。
（三）目前报警监视系统不完善
由于值班人员采取2小时巡回检查制度，不可能时时观测压力表。一旦变频调速系统中的压力检测、传输装置故障导致管网压力异常，不能及时发现、及时处理。
（四）魏岗清水厂变频器的压力传感器安装存在问题
因为魏岗清水厂水泵供水是负压起泵，当泵体充满水有一定压力后才可打开供水阀门，清水厂安装的压力传感器在出水阀门后端，起泵时，压力传感器的信号由于出水阀门关闭隔断了压力信号，变频器没有正常的反馈信号，处于全速运行状态，这时水泵运行速度处于最高，压力也是最大。对于机械设备和配电系统都是不利的，压力很大也不便于工作人员的操作。
（五） 变频器部分保护功能，没有充分的利用
变频器部分保护功能，如最大频率、上限频率、加减速时间等设置，没有充分的利用，导致供水运行出现异常时，变频器不能有效的控制水泵稳定运行。
（六） 压力传感器安装环境不良
压力传感器安装环境潮湿、不通风，缩短使用周期，不符合使用要求，经常造成信号误差或错误。而压力变送器担负着压力数据的采集和输送，压力变送器出现故障，引起数据偏差，则变频器就会按照这个错误的信号值来调整水泵的转速，这样，有时会导致管网大面积穿孔，造成水量损失；有时会等导致大面积停水，严重影响我们的供水服务质量和形象。（2005年由于压力传感器传输信号错误导致油区管网同一时间9处穿孔的严重后果）。
（七）变频器的多段速运行没有充分利用，造成能耗的浪费。
（八） 变频器散热风机接线不合理
变频器工作时会产生大量热量，主要通过变频器所带的风机排风来带走变频器工作时产生的热量。该风机电源接于变频柜内总电源开关NW1-400H/3300型（225A）自动空气断路器电源出线端，当一合上该断路器开关时，无论水泵是否运行，该风机始终运转，影响风机寿命，只有断开变频柜内总电源开关，才能让风机停转，而断路器开关的分合次数是有寿命的，长期频繁分断该开关，会造成该开关损坏，影响变频器的使用，甚至烧毁变频器，延误用户的供水。
（九）变频操作程序不规范
职工的操作不规范，泵的变频运行操作存在次序错误，会对变频器造成伤害，引发变频故障，缩短变频器寿命，造成突发事件。
四、结束语
针对有以上问题，技术人员采取优化改进变频控制回路、研制变频系统压力异常保护装置、完善报警监视系统、有效挖掘变频器功能、改善压力传感器安装环境等方案，并进行改造，解决了影响变频系统可靠运行的不利因素，从而科学、合理、有效地利用变频调速装置，保证供水可靠性的全面实现。
参考文献：
[1]张承会 机械工业出版社《交流电机变频调速及应用》2008年8月出版
[2]张燕宾 机械工业出版社《SPWM变频调速应用技术》2005年7月出版
作者简介：
黄道海，1971年出生，1995年毕业于四川联合大学电力系统及其自动化专业，现在河南油田水电厂从事电气自动化工作。
【关键词】供水系统；变频调速；原理；问题
一、前言
河南油田现有4个泵站，5座清水处理厂，主要承担河南油田生产及生活用水的供给任务。成立初期，水泵没有安装变频调速装置，水厂出水压力仅靠人工手动调节，在控制供水压力和能耗方面存在很多不便。由于油田的油气勘探开发的不可预见性，在上述水厂、泵站中均存在水泵额定流量过大，额定扬程过高等实际问题，使水泵长期无法运行在高效工况区，而浪费大量能源。并且常因用水量变小用户关小阀门，造成泵站供水泵憋泵运行，憋泵压力高达0.65Mpa，严重影响了输水管线的安全运行，造成输水管线经常穿孔漏水。因此，引进变频调速技术后来，大大提高了轻载运行时的工作效率，节能效果显著。但是，随着运行时间增加，变频器运行过程中突显出了很多问题。
二、变频调速的原理
（一）变频调速技术的基本原理
变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。
（二）供水系统变频调速的组成及工作原理
1.供水系统变频调速的组成
供水系统变频调速系统主要由变频器、PID调节器、压力传感器等组成的闭环控制部分和配套的配电、管网等组成。
2.供水系统变频调速的工作原理
变频恒压供水系统是一个闭环控制系统。压力变送器安装在出水母管线上，时刻检测出厂水压的变化，并将此压力信号转变成4—20mA电流信号反馈给PID调节器，PID调节器可根据用户需求设定一个压力值，并把压力传感器反馈值与设定压力值进行比较，得到一个差值信号向变频器发出改变频率指令，变频器通过内部整流部分、中间直流环节、逆变部分输出可调的频率、电压从而调整水泵机组转速，使出水压力达到设定值。
三、运行存在的问题
供水系统在2000年前没有变频系统，水厂供水一直存在压力波动大、不稳定、管线检修补漏多、水量损失大的问题，推广应用变频技术后，泵站实现了变频恒压供水、稳定运行，管网的穿孔补漏频次、水量损失大大减少，但是，随着时间的推移，设备的老化、变频的故障等，泵站运行稳定可靠性存在不足，时常出现压力失控，水压异常波动造成多处管线漏水影响供水的情况（据统计，类似突发事件2001年以来，泵站就出现过8次）。如2008年6月23日，由于变频装置压力传感器突发故障，职工发现不及时，泵失控，造成供水压力10分钟仅仅上升0.14MPa而小区管网就出现了20余处的管线漏水，给企业、用户带来不必要的经济损失。
变频调速系统由于系统大环节多，当它们中的任何一个环节出现问题，都会使整个系统工作异常或停运，通过现场调查分析，目前变频调速系统存在的问题主要有以下几点：
（一）变频二次回路线路存在缺陷，操作程序不规范，会对变频器产生浪涌电流
根据《油田用泵类低电压变频调速控制装置使用与维护》Q/SH0171-2008规定了正确的操作程序。其中启泵顺序为：先合变频器输出侧接触器，再合变频器输入侧接触器，最后变频器加入运行。停泵顺序反之。
原来变频器操作指令模式選择为端子输入有效。变频器F 、CC端子接收开和关量信号由1KM、2KM提供。由于交流接触器主触点和辅助触点在闭合时有一定时间差。在此种指令模式控制下，变频器停止运行时首先切换的是变频器输出侧接触器。水泵停止会产生浪涌电流而损坏变频器。
（二）系统保护装置不完善，无法在管网压力异常时采取保护
目前应用的变频调速系统二次回路只有变频器内部故障继电器接点，只能在变频器内部出现故障保护跳闸。缺少外部管网压力异常保护装置，当系统某一部分出现问题导致压力过高时，就会导致管网因压力过高而穿孔。
（三）目前报警监视系统不完善
由于值班人员采取2小时巡回检查制度，不可能时时观测压力表。一旦变频调速系统中的压力检测、传输装置故障导致管网压力异常，不能及时发现、及时处理。
（四）魏岗清水厂变频器的压力传感器安装存在问题
因为魏岗清水厂水泵供水是负压起泵，当泵体充满水有一定压力后才可打开供水阀门，清水厂安装的压力传感器在出水阀门后端，起泵时，压力传感器的信号由于出水阀门关闭隔断了压力信号，变频器没有正常的反馈信号，处于全速运行状态，这时水泵运行速度处于最高，压力也是最大。对于机械设备和配电系统都是不利的，压力很大也不便于工作人员的操作。
（五） 变频器部分保护功能，没有充分的利用
变频器部分保护功能，如最大频率、上限频率、加减速时间等设置，没有充分的利用，导致供水运行出现异常时，变频器不能有效的控制水泵稳定运行。
（六） 压力传感器安装环境不良
压力传感器安装环境潮湿、不通风，缩短使用周期，不符合使用要求，经常造成信号误差或错误。而压力变送器担负着压力数据的采集和输送，压力变送器出现故障，引起数据偏差，则变频器就会按照这个错误的信号值来调整水泵的转速，这样，有时会导致管网大面积穿孔，造成水量损失；有时会等导致大面积停水，严重影响我们的供水服务质量和形象。（2005年由于压力传感器传输信号错误导致油区管网同一时间9处穿孔的严重后果）。
（七）变频器的多段速运行没有充分利用，造成能耗的浪费。
（八） 变频器散热风机接线不合理
变频器工作时会产生大量热量，主要通过变频器所带的风机排风来带走变频器工作时产生的热量。该风机电源接于变频柜内总电源开关NW1-400H/3300型（225A）自动空气断路器电源出线端，当一合上该断路器开关时，无论水泵是否运行，该风机始终运转，影响风机寿命，只有断开变频柜内总电源开关，才能让风机停转，而断路器开关的分合次数是有寿命的，长期频繁分断该开关，会造成该开关损坏，影响变频器的使用，甚至烧毁变频器，延误用户的供水。
（九）变频操作程序不规范
职工的操作不规范，泵的变频运行操作存在次序错误，会对变频器造成伤害，引发变频故障，缩短变频器寿命，造成突发事件。
四、结束语
针对有以上问题，技术人员采取优化改进变频控制回路、研制变频系统压力异常保护装置、完善报警监视系统、有效挖掘变频器功能、改善压力传感器安装环境等方案，并进行改造，解决了影响变频系统可靠运行的不利因素，从而科学、合理、有效地利用变频调速装置，保证供水可靠性的全面实现。
参考文献：
[1]张承会 机械工业出版社《交流电机变频调速及应用》2008年8月出版
[2]张燕宾 机械工业出版社《SPWM变频调速应用技术》2005年7月出版
作者简介：
黄道海，1971年出生，1995年毕业于四川联合大学电力系统及其自动化专业，现在河南油田水电厂从事电气自动化工作。