智能保護(hù)器在油田潛油電泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

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。