智能保護器在油田潛油電泵控制系統(tǒng)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(tǒng)中電機保護器的功能、軟件及應用，說明了電機保護器應用于潛油電泵的必要性。

關鍵詞：智能保護器   功能   油田潛油電泵   應用

1 引言

    隨著我國石油工業(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zui終采收率，應用機械采油方法是整個油田開發(fā)過程中的一個重要步驟。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 智能保護器

    智能保護器對潛油電泵實現(xiàn)保護、測量、控制功能。安科瑞公司的ARD3T電動機保護器就是針對潛油電泵的專屬保護產(chǎn)品。ARD3T產(chǎn)品包括主體模塊、測量模塊、開關量模塊、模擬量模塊、溫度模塊、通訊模塊，并配以觸摸屏用以實時顯示測量及保護參數(shù)。

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現(xiàn)三相電流測量、電流曲線實時顯示，電流互感器可達到10倍過載。通過外部變壓器可實現(xiàn)三相電壓測量、電壓曲線實時顯示。保護器中電流互感器、電壓互感器的倍數(shù)可根據(jù)實際參數(shù)任意設置。同時保護器可測量頻率、功率并可統(tǒng)計使用的電能值，通過溫度傳感器可測量潛油電泵的溫度值。這些參數(shù)為潛油電泵的保護提供了依據(jù)。

2.2 保護功能

    油田用潛油電泵在運行過程中，由于其工作環(huán)境等因素，故障率很高，傳統(tǒng)的保護儀在電機出現(xiàn)故障時一般不能及時地對電機加以保護，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(jù)我國油田電泵現(xiàn)狀及油井實際生產(chǎn)需要而設計的，能對電泵實施綜合保護的產(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 過載保護

    導致潛油電泵過載的原因有許多，包括保護器失效或電纜頭結(jié)構(gòu)不合理造成井液進入電機；電機絕緣性能在頻繁電壓波動、啟停泵過程中損壞；出砂導致長時間高負荷運行，造成運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)導致泵卡，等等。各種原因zui終都表現(xiàn)為運行電流過大。電機在過負載情況下，長時間超過其額定電流運行時，會導致電機過熱，絕緣降低而燒毀，保護器根據(jù)電機的發(fā)熱特性，計算電機的熱容量，模擬電機發(fā)熱特性對電機進行保護。過載保護的延時時間隨著電流過載倍數(shù)的增加按反時限減少。

過載保護電流—時間對照表

過載特征曲線圖

2.2.2 欠載保護

    當電動機所帶負載為泵式負載時，電動機空載或欠載運轉(zhuǎn)會產(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，保護器將在動作（延時）設定時間內(nèi)動作。欠載保護的延時時間隨著電流欠載倍數(shù)的增加按反時限減少。                                                                                                                                      

欠載保護動作時間對照表

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、電壓不平衡等反時限保護功能；具有斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等定時限保護功能；電流歷史數(shù)據(jù)導出、電壓歷史數(shù)據(jù)導出功能；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 技術參數(shù)

 3 觸摸屏

    觸摸屏使用昆侖通泰產(chǎn)品，輔以專屬軟件可實時顯示電泵的運行狀態(tài)，方便運維人員觀察和掌握現(xiàn)場電泵工作情況。

軟件界面：

主界面                          電流實時曲線

電壓實時曲線                          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保護器的功能及監(jiān)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 公司簡介

    安科瑞電氣股份有限公司[股票代碼:300286.SZ]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)之一。

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采集、測量、計量、監(jiān)控、保護及系統(tǒng)集成，主要有網(wǎng)絡電力儀表、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(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、電氣火災監(jiān)控、數(shù)據(jù)中心用電監(jiān)控、光伏電站監(jiān)控、ZigBee（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)級技術中心，是高新技術企業(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《低壓電動機保護器》、GB/T15576-2008《低壓成套無功補償裝置》、GB/T22387-2008《剩余電流動作繼電器》等多項電力儀表國標和行標的起草或編制。截止到2011年12月，公司擁有授權(quán)100余項和70余項計算機軟件著作權(quán)；ACR網(wǎng)絡電力儀表列為國家新產(chǎn)品，公司被上海經(jīng)信委列為智能電網(wǎng)企業(yè)之一。

    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)模化實施提供了保障。2010年3月，公司技改，將車間進行防靜電改造，使生產(chǎn)環(huán)境進一步提升，同時，在生產(chǎn)上引進MES管理系統(tǒng)，每道工序都進行條形碼掃描，使整個生產(chǎn)進度和過程都得到了控制。基本實現(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、廣州亞運會工程、援哥斯達黎加國家體育場工程、京津高鐵電力監(jiān)控、敦煌10MW光伏示范電站、中國銀行浦東數(shù)據(jù)中心、印度50萬噸焦化等外重大項目中，贏得了較好的市場聲譽。

 參考文獻：

安科瑞電氣股份有限公司樣本資料

文章來源：《電氣技術》 2014年 第1期