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1 輸油泵的損失
    魯寧線主要是將勝利油和進口油由山東臨邑輸送至江蘇儀征，管徑720mm，設計年輸送能力2000×104t，共有12個輸油站，有43臺輸油泵機組，三泵串聯運行。一期改造與二期改造所選輸油泵的型號不同。輸油泵機組的主要技術參數見表1。

    由于兩種型號輸油泵的差異造成上下站輸油管道的特性不匹配，在全線基本相同的輸量下特別是在全線密閉輸送的情況下，需通過調節輸油泵出口閥門來調節流量（3 泵串聯運行，前兩臺泵的出口閥全開，利用第3臺泵的出口閥來調節出站壓力），第3臺輸油泵閥門出口閥前后壓差一般為1.29MPa、站內節流1.48MPa。造成在輸油泵出口閥門的前后存在著較大的泵管壓差，泵出口閥門節流損失了大量的能源，輸油泵做了大量的無用功，縮短了輸油泵機組的維護周期和使用壽命，不同運行工況下輸油泵出口閥門前后泵管壓差統計情況如表2 所示。

 

    由表2可見，寧陽、泗洪站3泵串聯幾種匹配運行模式下，泵出口閥前后平均有1.29MPa、1.21MPa、1.54MPa 的節流損失，站內節流平均值為1.49MPa、1.39MPa、1.69MPa。3種工況下（3 泵串聯）由于泵出口閥節流而產生的節流損失為：
    N_損i ＝ 0.278P_損iQ_i
    式中：N_損i—不同工況下的閥門節流損失功率，kW ；
          P_損i—不同工況下的閥門節流損失壓力，MPa ；
          Q_i—不同工況下單泵的排量，m³/ h 。
    N_損i ＝ 0.278 × 1.29 × 2099 ＝752kW
            752/1800 × 100%=41.8%
    N_損2 ＝ 0.278 × 1.21 × 1987 ＝ 665kW
            665/1800 × 100%=36.9%
    N_損3 ＝ 0.278 × 1.54 × 2018 ＝ 863kW
            863/1800 × 100%=47.9%
    由上面計算可知，3泵串聯3種工況下，由于輸油泵出口閥門的節流損失占1 臺泵額定功率的41.8%、36.9%、47.9%。

    可見，能源的浪費是驚人的。因此，有必要在輸油泵機組上應用變頻調速技術，以達到相同運行工況，通過變頻運行來滿足運行工況要求，將泵出口閥全開，利用出站調節控制出站壓力，避免泵出口閥的節流損失。

2 輸油泵機組變頻調速系統
    根據離心泵的特性，其工況的調節主要是調節流量，而離心泵調節流量最常用的兩種方法一是通過調節泵出口閥的開度進行調節，另一種則是通過改變離心泵的轉速進行調節，前者雖然調節方便，但造成能源浪費巨大；通過對輸油泵電機的變頻改變電機的轉速，來實現輸油泵的工況調節，是因滿足工藝運行條件下的一條可行的技術途徑。

    目前，6kV 高壓變頻調速系統處于技術發展階段，其基本原理均為通過“交—直—交”的逆變過程，改變電機定子的電壓頻率從而改變電機的轉速。通過充分調研國內外各種6kV變頻調速系統的應用情況和進行各種變頻調速系統的技術經濟性能論證，最終選用北京利德福公司生產的HARSVERT-A06/220 型高壓變頻調速系統應用于魯寧輸線輸油泵機組上。

    HARSVERT-A 系列高壓變頻調速系統采用單元串聯多電平技術，屬高—高電壓源型變頻器，變頻器主要由移相變壓器、功率模塊和控制器組成。功率模塊為基本的交—直—交單相逆變電力，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT 逆變橋進行正弦PWM 控制，可得到單相交流輸出。

    每個功率模塊結構及電氣性能上完全一致，可以互換。輸入側由移相變壓器給每個功率模塊供電，移相變壓器的副邊繞組分為3 組，根據電壓等級和模塊串聯級數構成多級相疊加的整流方式，可以大大改善網側的電流波形。使其負載下的網側功率因數接近1，無需任何功率因數補償、諧波抑制裝置。輸出側由每個功率模塊的U、V 輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM 波形進行重組，可得到階梯正弦P W M 波形。

    當某一個功率模塊出現故障時，通過控制使輸出端子短路，可將此單元旁路退出系統，變頻器可降額機械運行；由此可避免很多場合下停機造成的損失。

    控制器由高速單片機、工控PC 和PLC 共同構成。單片機實現PWM 控制，同時可以實現遠程監控和網絡化控制。控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能，可靠性大大提高。另外，控制電源掉電時，控制器可由配備的UPS 繼續供電，變頻器可以繼續運行。

3 技術方案
    高壓變頻調速系統應用輸油泵機組固然可產生較好的節能效益，但由于輸油機組系統屬于輸油生產中的一個重要樞紐環節，長時間連續運轉，除對設備本身要求有較高的可靠性之外，在技術方案上必須與現場的工藝特點相結合，充分考慮現場操作，啟動、停機，以及調節等諸方面的安全性，適用性和方便性。本系統在應用中采用了以下技術措施。

    （1）系統具備工頻、變頻手動切換功能。一旦變頻系統出現種故障，可以手動切換到工頻檔，將變頻系統甩開，在變頻系統維修期間可正常保障輸油泵的運行，滿足魯寧線生產的需要。

    （2）系統的運轉頻率的調節采用開環/ 閉環調節方式。①串聯泵最后一臺泵的出口閥全開，利用出站調節閥調節所需出站壓力。②開環狀態為給定轉速：變頻器的設定量為轉速，實際運行轉速與設定轉速相同，不對實際油壓進行控制；閉環狀態為給定油壓：變頻器將根據實際油壓的反饋進行PID 調節，改變運行頻率（電機轉速），以保持實際油壓的恒定。③在站控機變頻器操作界面按手動/自動，將出現設定用計算機鍵盤，輸入需要值，按確定即可。
　
    （3）現場設置、啟動、停止以及緊急停機按鈕，控制室內設上位機對運行參數進行實行顯示，極大地方便了現場操作人員的操作和對設備運行狀太的監視。

    （4）優化系統的保護參數，確保輸油系統的連續平穩運行。在應用于輸油系統時必須慎重選擇，并對一些保護的參數按實際需要進行設置。避免由于變頻系統的保護過于靈敏而而造成輸油泵停機，影響輸油系統的安全平穩運行。

    （5）在變頻調速系統內設置適合于現場實際的報警功能，并對運行的參數，操作情況，故障情況具有詳細的記錄功能。

4 應用效果
     魯寧線寧陽、泗洪輸油泵機組變頻調速系統于2005 年5 月19 號經過試運行投入正常運行，取得了明顯的節能效果，不同工況下3 泵串聯運行對比數據分別見表3、表4、表5。

    由表3、表4、表5 的統計數據可知，在不同的運行工況下，由于10# 輸油泵變頻調速運行，可以產生明顯的節電效益。寧陽站10# 泵與7#、8# 泵匹配串聯運行時與原來同種工況下相比節電率達21.68%,10# 與7#、9# 泵匹配串聯運行時節電率達28.57%。泗洪站10# 與7#、9#匹配串聯運行時節電率達30.05%。據近幾年運行數據統計，魯寧線3 泵串聯運行時間占總運行時間的99%，據此可計算若10# 輸油泵機組在全年運行狀況下，與未實施變頻調速前相比，綜合節電率為26.77%（保守數據），若按每年運行350 天計算，年可節電約1909.2500 × 104kWh，按6kV 工業電價0.58 元/kWh計，年可產生節電效益1107.365 萬元，1 年可基本回收設備投資。

    此外，由于采用變頻系統對輸油泵機組進行軟啟軟停，減少了啟動過程中的沖擊，延長了輸油泵的保養維護周期，由于變頻后與原來相比在較低轉速下運行，泵軸、軸承的磨損程度減少，以軸承為例，變頻前10#泵正常轉時軸承溫度達82.6～90℃,而變頻運行時軸承溫度僅為61.1～68.3℃，這將大大延長輸油泵的軸承、機械密封等易損件的壽命，同時運行時噪聲降低，因此，除取得顯著直接經濟效益外，還具有較好的間接經濟效益。

5 結束語
    輸油泵機組高壓變頻調速節能技術是實現輸油系統節能的有效技術途徑，它將閥門節流工況調節方式改為輸油離心泵轉速改變的工況調節方式（開環/ 閉環），調節方便，泵出閥全開，有效地避免了輸油泵出口閥的節流損失，產生巨大的工能效益，同時還減少了輸油泵機組的機械沖擊、摩損和噪聲，延長了輸油泵機組的維護保養周期及使用壽命。但由于高壓變頻調速系統目前處于技術發展階段，且初期投資高，因此必須選用可靠性高，性能價格比好，已有廣泛應用基礎的高壓變頻裝置。應用過程中必須緊密結合現場工藝狀況，選擇適當的調速控制方式，才能在取得明顯節能效益的基礎上，保證輸油系統的安全平穩運行。