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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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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

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(shuō)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

        隨著我國(guó)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最終采收率,應(yīng)用機(jī)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(jī)械采油設(shè)備在油田的開(kāi)采上起著越來(lái)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(cè)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(duì)潛油電泵實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測(cè)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(duì)潛油電泵的專屬保護(hù)產(chǎn)品。ARD3T產(chǎn)品包括主體模塊、測(cè)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(cè)量及保護(hù)參數(shù)。

    ARD3T潛油電泵智能保護(hù)器

    2.1 測(cè)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(cè)量、電流曲線實(shí)時(shí)顯示,電流互感器可達(dá)到10倍過(guò)載。通過(guò)外部變壓器可實(shí)現(xiàn)三相電壓測(cè)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(cè)量頻率、功率并可統(tǒng)計(jì)使用的電能值,通過(guò)溫度傳感器可測(cè)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(guò)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(duì)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)我國(guó)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(duì)電泵實(shí)施綜合保護(hù)的產(chǎn)品。它可以檢測(cè)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(guò)載保護(hù)

        導(dǎo)致潛油電泵過(guò)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(guò)程中損壞;出砂導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行,造成運(yùn)行電流過(guò)大使電纜芯線產(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(dǎo)致泵卡,等等。各種原因最終都表現(xiàn)為運(yùn)行電流過(guò)大。電機(jī)在過(guò)負(fù)載情況下,長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)其額定電流運(yùn)行時(shí),會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過(guò)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(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。過(guò)載保護(hù)的延時(shí)時(shí)間隨著電流過(guò)載倍數(shù)的增加按反時(shí)限減少。

    過(guò)載保護(hù)電流—時(shí)間對(duì)照表

    過(guò)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(duì)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(guò)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(cè)量模塊

    CT、PT可設(shè)置

    漏電

    50mA-1A

    采用測(cè)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(kāi)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(kāi)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(duì)應(yīng)測(cè)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(cè)量,2路4~20mA變送輸出

    4~20mA輸入測(cè)量精度±0.5%

    4~20mA輸出最大帶載能力為≤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(duì)濕度

    ≤95﹪不結(jié)露,無(wú)腐蝕性氣體

    海拔

    ≤2000m

    污染等級(jí)

    3級(jí)

    防護(hù)等級(jí)

    主體IP20,分體顯示模塊IP45(安裝在柜體上)

    安裝類別

    III級(jí)

     
     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(chǎng)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(yǔ)

        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(cè)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(cè)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(jiǎn)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)性解決方案的國(guó)內(nèi)少數(shù)幾家領(lǐng)先企業(yè)之一。

    公司自2003年6月成立以來(lái),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(cè)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、ZigBee(物聯(lián)網(wǎng))無(wú)線電能管理等系統(tǒng)方案。

        公司擁有嘉定區(qū)級(jí)技術(shù)中心,是高新技術(shù)企業(yè)和軟件企業(yè)。先后參與GB/T22264-2008《安裝式數(shù)字電測(cè)量?jī)x表》、JB/T10736-2007《低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器》、GB/T15576-2008《低壓成套無(wú)功補(bǔ)償裝置》、GB/T22387-2008《剩余電流動(dòng)作繼電器》等多項(xiàng)電力儀表國(guó)標(biāo)和行標(biāo)的起草或編制。截止到2011年12月,公司擁有授權(quán)專利100余項(xiàng)和70余項(xiàng)計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán);ACR網(wǎng)絡(luò)電力儀表列為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品,公司被上海經(jīng)信委列為智能電網(wǎng)重點(diǎn)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)中首家采用無(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(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(guò)程都得到了控制?;緦?shí)現(xiàn)了無(wú)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(píng)為上海市著名商標(biāo)和名牌產(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)黎加國(guó)家體育場(chǎng)工程、京津高鐵電力監(jiān)控、敦煌10MW光伏示范電站、中國(guó)銀行浦東數(shù)據(jù)中心、印度50萬(wàn)噸焦化等國(guó)內(nèi)外重大項(xiàng)目中,贏得了較好的市場(chǎng)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(lái)源:《電氣技術(shù)》 2014年 第1期

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