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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

        2014-09-22 03:13:50
        電氣技術(shù) 2014年1期
        關(guān)鍵詞:潛油電泵保護(hù)器

        徐 敏

        (安科瑞電氣股份有限公司,上海 201801)

        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380~2500V,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。

        1 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潛油泵智能保護(hù)器如圖1所示。

        圖1 ARD3T潛油電泵智能保護(hù)器

        1.1 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)。

        1.2 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。

        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。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。

        圖2 過(guò)載特征曲線圖

        表1 過(guò)載保護(hù)電流—時(shí)間對(duì)照表

        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。

        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。

        表2 欠載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間對(duì)照表

        圖3 欠載特征曲線圖

        1.3 技術(shù)參數(shù)

        表3 技術(shù)參數(shù)表

        (續(xù))

        2 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。

        軟件界面如下。

        圖4 主界面

        圖5 電流實(shí)時(shí)曲線

        圖6 電壓實(shí)時(shí)曲線

        3 潛油電泵控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        圖8 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        4 結(jié)論

        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。

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