高金虎，歐陽俊，張 雷

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459)

0 引 言

潛油電泵機組常規(guī)絕緣檢測設備為兆歐表，工作原理是對被測設備加高壓直流電源，進而以測量漏電流的方法得到絕緣值，前提是設備必須斷電。由于電泵正常工況下不允許停泵且其結(jié)構(gòu)細長，反復啟停對其使用壽命有一定程度的損壞，因此，現(xiàn)場人員通常無法掌握電泵絕緣情況，直至因絕緣問題導致電泵故障停泵，然后等待檢泵作業(yè)。

某平臺引入電泵絕緣在線監(jiān)測裝置，該裝置在正常供電電源的基礎上疊加較低的直流電源，以達到檢測電纜漏電的目的，從而實現(xiàn)不停泵實時監(jiān)控電纜及電泵機組絕緣數(shù)值，以及記錄絕緣值變化，并根據(jù)設定絕緣下限值進行報警，使用戶能夠在實時掌握絕緣值的同時預判絕緣故障發(fā)生的時間，對于提高電泵機組的安全管理水平具有重要的意義[1]。

1 技術(shù)簡介

1.1 絕緣在線監(jiān)測技術(shù)原理

1.1.1 絕緣電阻測量方法

海上采油平臺一般采用兆歐表測量電氣設備的絕緣電阻，即在直流電壓作用下測量電纜、電機的泄漏電流。

1.1.2 在線絕緣監(jiān)測原理

正常工況測量絕緣電阻需設備斷電，需在電纜接線端子和大地之間引入高壓直流電源測量其泄漏電流。但為了保證在設備運轉(zhuǎn)前提下在線測量絕緣電阻，就不能引入一個額外的高電壓[2]，其工作原理如圖1 所示。

圖1 在線絕緣監(jiān)測原理圖Fig.1 Schematic diagram of online insulation monitoring

由于潛油電泵工作電壓高，在線絕緣監(jiān)測是在現(xiàn)有潛油電泵供電電源基礎上額外疊加一個低壓直流電源的檢測。當被測系統(tǒng)絕緣出現(xiàn)下降時，在供電電源的影響下，會出現(xiàn)絕緣值下降。此時引入一個低壓直流電源對絕緣電阻進行測量，根據(jù)疊加原理，測量結(jié)果就是真實的絕緣電阻，同時由于所疊加的直流電壓幅值較低，不會對電泵系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

1.1.3 絕緣值計算

潛油電泵絕緣在線監(jiān)測裝置絕緣值采樣電路的原理如圖2 所示。在絕緣監(jiān)測原理圖的基礎上將被測對象系統(tǒng)的絕緣電阻值抽象為Rx，采樣電路基準電壓V1，采樣電壓V2，限流電阻Ra、Rc，采樣電阻Rb、Rd，直流信號電源電壓V。

圖2 絕緣值采樣電路原理圖Fig.2 Schematic diagram of insulation value sampling circuit

基準電壓：V1＝V×Rb/(Ra+Rb)

采樣電壓：V2＝V×Rd/(Rc+Rd+Rx)

絕緣電阻：Rx＝(Ra+Rb)(V1/V2-1)

選定Ra＝Rc＝9 MΩ，Rb＝Rd＝1 MΩ，則：

Rx＝10(V1/V2-1)MΩ

采樣電路集成在設備控制板，由專用軟件程序完成計算，采樣值和計算結(jié)果通過觸摸屏顯示在操作界面中。

1.2 絕緣在線監(jiān)測設備的技術(shù)參數(shù)

1.2.1 設備的電氣參數(shù)

設備的電氣參數(shù)如表1 所示。

表1 絕緣監(jiān)測裝置詳細參數(shù)表Tab.1 Detailed parameters of insulation monitoring device

1.2.2 設備的操作界面

操作界面主要由狀態(tài)顯示和曲線顯示2 部分組成。

①狀態(tài)顯示：狀態(tài)顯示界面主要顯示絕緣監(jiān)測儀實時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，如圖3 所示。

圖3 狀態(tài)顯示界面Fig.3 Status display interface

絕緣監(jiān)測儀顯示參數(shù)包括Rx最大值、Rx最小值、Rx平均值、Rx中間值、標準電壓值、采樣電壓值、頻率、采樣次數(shù)。

Rx最大值：采樣間隔時間內(nèi)的最大采樣值。

Rx最小值：采樣間隔時間內(nèi)的最小采樣值。

Rx平均值：采樣間隔時間內(nèi)平均采樣值。

Rx中間值：Rx最大值和Rx最小值的平均值。

標準電壓值：直流信號電源電壓值。

頻率：潛油電泵機組運行頻率。

②曲線顯示：實時曲線界面顯示包括實時曲線和曲線回放2 部分。實時曲線實時顯示絕緣電阻值的最大值、最小值和平均值。曲線回放顯示上述4 個電阻值的歷史數(shù)據(jù)。

為了方便觀測絕緣值較低時的絕緣變化趨勢，數(shù)據(jù)曲線絕緣電阻測量值均以常用對數(shù)的形式顯示，觸摸屏上清晰顯示100 MΩ以下數(shù)據(jù)值。觸摸屏上標識了部分絕緣電阻刻度值。

進入實時曲線有2 種方法：狀態(tài)顯示界面中點擊曲線顯示進入實時曲線；曲線回放界面中點擊實時曲線進入實時曲線，如圖4 所示。

圖4 曲線顯示界面Fig.4 Curve display interface

曲線回放：最長可記錄190 d 內(nèi)絕緣電阻值的歷史趨勢，曲線回放共11 頁顯示，可以通過翻頁查看某一歷史時間段內(nèi)的絕緣電阻監(jiān)測值，如圖5 所示。

圖5 曲線回放界面Fig.5 Curve playback interface

2 絕緣在線監(jiān)測裝置的現(xiàn)場應用

現(xiàn)場油井安裝絕緣在線監(jiān)測裝置如圖6 所示。

圖6 絕緣監(jiān)測裝置安裝、接線圖Fig.6 Installation and wiring diagram of insulation monitoring device

2.1 絕緣數(shù)值

2.1.1 投運初期電泵絕緣在線監(jiān)測裝置投用前，現(xiàn)場使用2 種品牌絕緣表，雙表/雙檔位(直流2 500 V/1 000 V)測量油井電泵機組的絕緣值均大于600 MΩ(以電泵絕緣在線監(jiān)測裝置最大監(jiān)測值為依據(jù))。2.1.2 投運期間

①油井電泵絕緣在線監(jiān)測裝置與油井啟泵同步投入使用。

②油井啟泵一段時間后，電泵絕緣檢測值由600 MΩ下降到247 MΩ，調(diào)取電泵絕緣監(jiān)測曲線，電泵絕緣值持續(xù)下降至244.3 MΩ后趨于穩(wěn)定，見圖7，根據(jù)趨勢圖初步判斷電泵或電纜絕緣開始出現(xiàn)損壞情況。

圖7 絕緣值監(jiān)控曲線Fig. 7 Insulation value monitoring curve

③電泵絕緣在線監(jiān)測裝置投用半年后油井電泵絕緣檢測值由244.3 MΩ下降到101 MΩ后趨于穩(wěn)定，見圖8。

圖8 電泵絕緣監(jiān)測值Fig.8 Monitoring value of electric pump insulation

④電泵絕緣在線監(jiān)測裝置在一段時間內(nèi)檢測電泵絕緣值在101～49 MΩ之間波動，見圖9，經(jīng)過現(xiàn)場連續(xù)重點觀察并結(jié)合現(xiàn)場天氣溫濕度值變化，初步判定電泵絕緣在線監(jiān)測裝置對空氣濕度較為敏感，并對現(xiàn)場連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線給予了數(shù)據(jù)支持。

圖9 電泵絕緣監(jiān)測值波動曲線Fig.9 Monitoring value fluctuation curve of electric pump insulation

2.1.3 數(shù)據(jù)對比

電泵絕緣在線監(jiān)測裝置自投用至油井主動停泵測靜壓，裝置運行穩(wěn)定，各項檢測數(shù)據(jù)正常，電泵絕緣在線檢測裝置檢測電泵絕緣值92.5 MΩ。利用停泵的機會使用2 種知名品牌絕緣表檢測電泵絕緣值為96 MΩ，對比兩者測量值基本一致，見圖10。

圖10 實際值與監(jiān)測值對比Fig.10 Comparison between actual value and monitoring value

利用油井停泵的機會實測電泵絕緣數(shù)值與電泵絕緣在線檢查裝置的檢測數(shù)值基本吻合，由此驗證電泵絕緣在線檢查裝置可逐時反映電泵機組絕緣狀況，滿足現(xiàn)場使用要求，對于電泵機組的安全管理提供更加具有價值的數(shù)據(jù)分析和指導意義[3]。

3 應用前景

應用潛油電泵絕緣在線監(jiān)測裝置可逐時監(jiān)控各油井運行狀態(tài)，提高潛油電泵機組絕緣故障的預判能力，為修井設備資源的合理配置提供重要的數(shù)據(jù)支持，從而提高修井設備、人員、物料的利用率，在原油生產(chǎn)企業(yè)中具有廣泛的應用前景?！?/p>