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智能保護(hù)器在油田潛油電泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)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(tǒng)中電機(jī)保護(hù)器的功能、軟件及應(yīng)用，說明了電機(jī)保護(hù)器應(yīng)用于潛油電泵的必要性。
關(guān)鍵詞：智能保護(hù)器 功能 油田潛油電泵 應(yīng)用
1 引言
隨著我石油工業(yè)的發(fā)展和油田開發(fā)的需要，為了提高油田采油速度和終采收率，應(yīng)用機(jī)械采油方法是整個(gè)油田開發(fā)過程中的一個(gè)重要步驟。潛油電泵作為一種重要的機(jī)械采油設(shè)備在油田的開采上起著越來越重要的作用。
潛油電泵控制系統(tǒng)由潛油電泵控制柜、GPRS收發(fā)裝置、監(jiān)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(hù)器。GPRS收發(fā)裝置用于將電泵控制柜測得的電參數(shù)、其它儀表的工藝參數(shù)上傳給控制系統(tǒng)。監(jiān)控軟件用于HMI操作使用。
2 智能保護(hù)器
智能保護(hù)器對潛油電泵實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測量、控制功能。安科瑞公司的ARD3T電動(dòng)機(jī)保護(hù)器就是針對潛油電泵的專屬保護(hù)產(chǎn)品。ARD3T產(chǎn)品包括主體模塊、測量模塊、開關(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(hù)參數(shù)。
ARD3T潛油電泵智能保護(hù)器
2.1 測量功能
智能保護(hù)器配合保護(hù)型電流互感器可實(shí)現(xiàn)三相電流測量、電流曲線實(shí)時(shí)顯示，電流互感器可達(dá)到10倍過載。通過外部變壓器可實(shí)現(xiàn)三相電壓測量、電壓曲線實(shí)時(shí)顯示。保護(hù)器中電流互感器、電壓互感器的倍數(shù)可根據(jù)實(shí)際參數(shù)任意設(shè)置。同時(shí)保護(hù)器可測量頻率、功率并可統(tǒng)計(jì)使用的電能值，通過溫度傳感器可測量潛油電泵的溫度值。這些參數(shù)為潛油電泵的保護(hù)提供了依據(jù)。
2.2 保護(hù)功能
油田用潛油電泵在運(yùn)行過程中，由于其工作環(huán)境等因素，故障率很高，傳統(tǒng)的保護(hù)儀在電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)一般不能及時(shí)有效地對電機(jī)加以保護(hù)，常導(dǎo)致電機(jī)電泵燒壞，造成停產(chǎn)事故。ARD3T智能型保護(hù)器是根據(jù)我油田電泵現(xiàn)狀及油井實(shí)際生產(chǎn)需要而設(shè)計(jì)的，能對電泵實(shí)施綜合保護(hù)的產(chǎn)品。它可以檢測和控制電機(jī)的運(yùn)行狀況，防止電機(jī)因不正常運(yùn)行而引起的損壞。
2.2.1 過載保護(hù)
導(dǎo)致潛油電泵過載的原因有許多，包括保護(hù)器失效或電纜頭結(jié)構(gòu)不合理造成井液進(jìn)入電機(jī)；電機(jī)絕緣性能在頻繁電壓波動(dòng)、啟停泵過程中損壞；出砂導(dǎo)致長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行，造成運(yùn)行電流過大使電纜芯線產(chǎn)生高溫，破壞絕緣；井下作業(yè)過程中潛油電纜損傷；因砂或雜質(zhì)導(dǎo)致泵卡，等等。各種原因終都表現(xiàn)為運(yùn)行電流過大。電機(jī)在過負(fù)載情況下，長時(shí)間超過其額定電流運(yùn)行時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過熱，絕緣降低而燒毀，保護(hù)器根據(jù)電機(jī)的發(fā)熱特性，計(jì)算電機(jī)的熱容量，模擬電機(jī)發(fā)熱特性對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。過載保護(hù)的延時(shí)時(shí)間隨著電流過載倍數(shù)的增加按反時(shí)限減少。
過載保護(hù)電流—時(shí)間對照表
過載特征曲線圖
2.2.2 欠載保護(hù)
當(dāng)電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載為泵式負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)空載或欠載運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生危害，保護(hù)器提供欠載保護(hù)。導(dǎo)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(dǎo)致的管柱漏失；地層供液差、防砂篩管異物堵導(dǎo)致的供液不足；泵、管柱砂堵、泥漿堵；泵軸、分離器軸斷等等。當(dāng)三相的平均電流與額定電流的百分比低于欠載設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器將在動(dòng)作（延時(shí)）設(shè)定時(shí)間內(nèi)動(dòng)作。欠載保護(hù)的延時(shí)時(shí)間隨著電流欠載倍數(shù)的增加按反時(shí)限減少。
| 倍率 | 脫扣時(shí)間（s） |
| 1 | 60 |
| 0.9 | 49.59 |
| 0.83 | 41.67 |
| 0.67 | 26.67 |
| 0.5 | 速斷 |
欠載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間對照表
欠載特征曲線圖
2.2.3 其他功能
產(chǎn)品還具有電流不平衡、過電壓、欠電壓、電壓不平衡等反時(shí)限保護(hù)功能；具有斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等定時(shí)限保護(hù)功能；電流歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出、電壓歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能；客戶打卡簽到功能；具有故障記錄功能；參數(shù)掉電不丟失。
2.3 技術(shù)參數(shù)
| 技術(shù)參數(shù) | 指 標(biāo) | ||
| 潛油電泵工作電源 | 380至2500V | ||
| 頻率 | 50Hz、60Hz | ||
| ARD3T輔助電源 | AC/DC 110 / 220V，功耗≤15VA | ||
| 觸摸屏輔助電源 | DC 24V | ||
| 電動(dòng)機(jī)額定工作電流 | 6.3（1.2A-3150A） | 采用外置電流互感器 + 測量模塊 CT、PT可設(shè)置 | |
| 漏電 | 50mA-1A | 采用測量模塊 + 漏電流互感器 | |
| 3A-30A | |||
| 繼電器輸出觸點(diǎn)容量 | 阻性負(fù)載 | AC250V、6A；DC24V、6A | |
| 感性負(fù)載 | AC250V、2A；DC24V、2A | ||
| 主體開關(guān)量輸入、輸出 | 4DI、4DO，DI可以為干節(jié)點(diǎn)或濕節(jié)點(diǎn) | ||
| 開關(guān)量模塊 | 4DI、3DO，DI可以為干節(jié)點(diǎn)或濕節(jié)點(diǎn) | ||
| 溫度模塊 | 外接傳感器類型：PT100、PT1000、Cu50、PTC、NTC 傳感器路數(shù)：3路 傳感器對應(yīng)測量范圍： PT100/PT1000：-50°C～+500°C Cu50：-50°C～+150°C PTC/NTC：100Ω～30kΩ | ||
| 模擬量模塊 | 可實(shí)現(xiàn)：2路4～20mA輸入測量，2路4～20mA變送輸出 4～20mA輸入測量精度±0.5% 4～20mA輸出大帶載能力為≤500Ω | ||
| 主體通訊 | RS485：Modbus-RTU | ||
| 通訊模塊 | RS485：雙Modbus-RTU、Profibus | ||
| 環(huán)境 | 工作溫度 | -10ºC～55ºC | |
| 貯存溫度 | -25ºC～65ºC | ||
| 相對濕度 | ≤95﹪不結(jié)露，無腐蝕性氣體 | ||
| 海拔 | ≤2000m | ||
| 污染等級 | 3級 | ||
| 防護(hù)等級 | 主體IP20，分體顯示模塊IP45（安裝在柜體上） | ||
| 安裝類別 | III級 | ||
3 觸摸屏
觸摸屏使用昆侖通泰產(chǎn)品，輔以專屬軟件可實(shí)時(shí)顯示電泵的運(yùn)行狀態(tài)，方便運(yùn)維人員觀察和掌握現(xiàn)場電泵工作情況。
軟件界面：
主界面 電流實(shí)時(shí)曲線
電壓實(shí)時(shí)曲線 事件記錄
4 潛油電泵控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
5 結(jié)語
本文介紹了安科瑞油田潛油電泵用電機(jī)保護(hù)器的功能及監(jiān)測界面，采用該綜合保護(hù)器可以減少電機(jī)運(yùn)行中的電器故障，可以檢測和控制電機(jī)的運(yùn)行狀況，并防止電機(jī)因不正常運(yùn)行引起的損壞。
6 公司簡介
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)用戶端提供智能電力監(jiān)控、電能管理、電氣安全等系統(tǒng)性解決方案的少數(shù)幾家企業(yè)。
公司自2003年6月成立以來，專注于用戶端智能電力儀表的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，產(chǎn)品線涵蓋了智能電網(wǎng)用戶端的低壓電力信號(hào)采集、測量、計(jì)量、監(jiān)控、保護(hù)及系統(tǒng)集成，主要有網(wǎng)絡(luò)電力儀表、智能馬達(dá)控制器、導(dǎo)軌式安裝電能表、電量傳感器、光伏匯流箱、有源濾波器、醫(yī)療潔凈電源柜等產(chǎn)品以及智能電力監(jiān)控與電能管理、建筑能耗分析管理、電氣火災(zāi)監(jiān)控、數(shù)據(jù)中心用電監(jiān)控、光伏電站監(jiān)控、igBee（物聯(lián)網(wǎng)）無線電能管理等系統(tǒng)方案。
公司擁有嘉定區(qū)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(shù)字電測量儀表》、JB/T10736-2007《低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器》、GB/T15576-2008《低壓成套無功補(bǔ)償裝置》、GB/T22387-2008《剩余電流動(dòng)作繼電器》等多項(xiàng)電力儀表標(biāo)和行標(biāo)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)，一期工廠廠房面積10000平方米，是智能電力儀表行業(yè)中采用無鉛化SMT生產(chǎn)工藝的企業(yè)，為公司產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化實(shí)施提供了保障。2010年3月，公司技改，將車間進(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(tǒng)，每道工序都進(jìn)行條形碼掃描，使整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)度和過程都得到了控制。基本實(shí)現(xiàn)了無紙化管理，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了管理效率。
安科瑞商標(biāo)和產(chǎn)品先后被評為上海市商標(biāo)和產(chǎn)品，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于上海世博工程、廣州亞運(yùn)會(huì)工程、援哥斯達(dá)黎加體育場工程、京津高鐵電力監(jiān)控、敦煌10MW光伏示范電站、銀行浦東數(shù)據(jù)中心、印度50萬噸焦化等外重大項(xiàng)目中，贏得了較好的市場聲譽(yù)。
參考文獻(xiàn)：
安科瑞電氣股份有限公司樣本資料
文章來源：《電氣技術(shù)》 2014年 1期
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