智能保護器在油田潛油電泵控制系統中的應用

安科瑞電氣股份有限公司   徐敏

摘要：介紹了油田潛油電泵控制系統中電機保護器的功能、軟件及應用，說(shuō)明了電機保護器應用于潛油電泵的必要性。

關(guān)鍵詞：智能保護器   功能   油田潛油電泵   應用

1 引言

    隨著(zhù)我石油工業(yè)的發(fā)展和油田開(kāi)發(fā)的需要，為了提高油田采油速度和終采收率，應用機械采油方法是整個(gè)油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)重要步驟。潛油電泵作為一種重要的機械采油設備在油田的開(kāi)采上起著(zhù)越來(lái)越重要的作用。

    潛油電泵控制系統由潛油電泵控制柜、GPRS收發(fā)裝置、監控軟件等組成。潛油電泵控制柜用于油田潛油電泵控制，供交流頻率50Hz、60Hz，電壓380至2500V，電流至200A及以下的潛油電泵使用，其核心元件為潛油電泵智能保護器。GPRS收發(fā)裝置用于將電泵控制柜測得的電參數、其它儀表的工藝參數上傳給控制系統。監控軟件用于HMI操作使用。

2 智能保護器

    智能保護器對潛油電泵實(shí)現保護、測量、控制功能。安科瑞公司的ARD3T電動(dòng)機保護器就是針對潛油電泵的專(zhuān)屬保護產(chǎn)品。ARD3T產(chǎn)品包括主體模塊、測量模塊、開(kāi)關(guān)量模塊、模擬量模塊、溫度模塊、通訊模塊，并配以觸摸屏用以實(shí)時(shí)顯示測量及保護參數。

ARD3T潛油電泵智能保護器

2.1 測量功能

    智能保護器配合保護型電流互感器可實(shí)現三相電流測量、電流曲線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示，電流互感器可達到10倍過(guò)載。通過(guò)外部變壓器可實(shí)現三相電壓測量、電壓曲線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示。保護器中電流互感器、電壓互感器的倍數可根據實(shí)際參數任意設置。同時(shí)保護器可測量頻率、功率并可統計使用的電能值，通過(guò)溫度傳感器可測量潛油電泵的溫度值。這些參數為潛油電泵的保護提供了依據。

2.2 保護功能

    油田用潛油電泵在運行過(guò)程中，由于其工作環(huán)境等因素，故障率很高，傳統的保護儀在電機出現故障時(shí)一般不能及時(shí)有效地對電機加以保護，常導致電機電泵燒壞，造成停產(chǎn)事故。ARD3T智能型保護器是根據我油田電泵現狀及油井實(shí)際生產(chǎn)需要而設計的，能對電泵實(shí)施綜合保護的產(chǎn)品。它可以檢測和控制電機的運行狀況，防止電機因不正常運行而引起的損壞。

2.2.1 過(guò)載保護

    導致潛油電泵過(guò)載的原因有許多，包括保護器失效或電纜頭結構不合理造成井液進(jìn)入電機；電機絕緣性能在頻繁電壓波動(dòng)、啟停泵過(guò)程中損壞；出砂導致長(cháng)時(shí)間高負荷運行，造成運行電流過(guò)大使電纜芯線(xiàn)產(chǎn)生高溫，破壞絕緣；井下作業(yè)過(guò)程中潛油電纜損傷；因砂或雜質(zhì)導致泵卡，等等。各種原因終都表現為運行電流過(guò)大。電機在過(guò)負載情況下，長(cháng)時(shí)間超過(guò)其額定電流運行時(shí)，會(huì )導致電機過(guò)熱，絕緣降低而燒毀，保護器根據電機的發(fā)熱特性，計算電機的熱容量，模擬電機發(fā)熱特性對電機進(jìn)行保護。過(guò)載保護的延時(shí)時(shí)間隨著(zhù)電流過(guò)載倍數的增加按反時(shí)限減少。

過(guò)載保護電流—時(shí)間對照表

過(guò)載特征曲線(xiàn)圖

2.2.2 欠載保護

    當電動(dòng)機所帶負載為泵式負載時(shí)，電動(dòng)機空載或欠載運轉會(huì )產(chǎn)生危害，保護器提供欠載保護。導致潛油電泵欠載的原因主要包括油管刺穿、泄油閥漏、沉砂管漏導致的管柱漏失；地層供液差、防砂篩管異物堵導致的供液不足；泵、管柱砂堵、泥漿堵；泵軸、分離器軸斷等等。當三相的平均電流與額定電流的百分比低于欠載設定值時(shí)，保護器將在動(dòng)作（延時(shí)）設定時(shí)間內動(dòng)作。欠載保護的延時(shí)時(shí)間隨著(zhù)電流欠載倍數的增加按反時(shí)限減少。                                                                                                                                      

欠載保護動(dòng)作時(shí)間對照表

欠載特征曲線(xiàn)圖

2.2.3 其他功能

    產(chǎn)品還具有電流不平衡、過(guò)電壓、欠電壓、電壓不平衡等反時(shí)限保護功能；具有斷相、堵轉、阻塞、外部故障等定時(shí)限保護功能；電流歷史數據導出、電壓歷史數據導出功能；客戶(hù)打卡簽到功能；具有故障記錄功能；參數掉電不丟失。

2.3 技術(shù)參數

 3 觸摸屏

    觸摸屏使用昆侖通泰產(chǎn)品，輔以專(zhuān)屬軟件可實(shí)時(shí)顯示電泵的運行狀態(tài)，方便運維人員觀(guān)察和掌握現場(chǎng)電泵工作情況。

軟件界面：

主界面                          電流實(shí)時(shí)曲線(xiàn)

電壓實(shí)時(shí)曲線(xiàn)                          事件記錄

4 潛油電泵控制系統結構圖

5 結語(yǔ)

    本文介紹了安科瑞油田潛油電泵用電機保護器的功能及監測界面，采用該綜合保護器可以減少電機運行中的電器故障，可以檢測和控制電機的運行狀況，并防止電機因不正常運行引起的損壞。

6 公司簡(jiǎn)介

    安科瑞電氣股份有限公司[股票代碼:300286.S]是一家為智能電網(wǎng)用戶(hù)端提供智能電力監控、電能管理、電氣安全等系統性解決方案的少數幾家企業(yè)。

公司自2003年6月成立以來(lái)，專(zhuān)注于用戶(hù)端智能電力儀表的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售，產(chǎn)品線(xiàn)涵蓋了智能電網(wǎng)用戶(hù)端的低壓電力信號采集、測量、計量、監控、保護及系統集成，主要有網(wǎng)絡(luò )電力儀表、智能馬達控制器、導軌式安裝電能表、電量傳感器、光伏匯流箱、有源濾波器、醫療潔凈電源柜等產(chǎn)品以及智能電力監控與電能管理、建筑能耗分析管理、電氣火災監控、數據中心用電監控、光伏電站監控、igBee（物聯(lián)網(wǎng)）無(wú)線(xiàn)電能管理等系統方案。

    公司擁有嘉定區級技術(shù)中心，是企業(yè)和軟件企業(yè)。先后參與GB/T22264-2008《安裝式數字電測量?jì)x表》、JB/T10736-2007《低壓電動(dòng)機保護器》、GB/T15576-2008《低壓成套無(wú)功補償裝置》、GB/T22387-2008《剩余電流動(dòng)作繼電器》等多項電力儀表標和行標的起草或編制。

    2007年，公司在江蘇江陰的生產(chǎn)基地建成投產(chǎn)，一期工廠(chǎng)廠(chǎng)房面積10000平方米，是智能電力儀表行業(yè)中采用無(wú)鉛化SMT生產(chǎn)工藝的企業(yè)，為公司產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化、規?；瘜?shí)施提供了保障。2010年3月，公司技改，將車(chē)間進(jìn)行防靜電改造，使生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)一步提升，同時(shí)，在生產(chǎn)上引進(jìn)MES管理系統，每道工序都進(jìn)行條形碼掃描，使整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)度和過(guò)程都得到了控制?；緦?shí)現了無(wú)紙化管理，節約了生產(chǎn)成本，提高了管理效率。

    安科瑞商標和產(chǎn)品先后被評為上海市商標和產(chǎn)品，產(chǎn)品廣泛應用于上海世博工程、廣州亞運會(huì )工程、援哥斯達黎加體育場(chǎng)工程、京津高鐵電力監控、敦煌10MW光伏示范電站、銀行浦東數據中心、印度50萬(wàn)噸焦化等外重大項目中，贏(yíng)得了較好的市場(chǎng)聲譽(yù)。

 參考文獻：

安科瑞電氣股份有限公司樣本資料

文章來(lái)源：《電氣技術(shù)》 2014年 1期