電泵絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置在采油平臺(tái)的應(yīng)用

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(jī)組常規(guī)絕緣檢測(cè)設(shè)備為兆歐表，工作原理是對(duì)被測(cè)設(shè)備加高壓直流電源，進(jìn)而以測(cè)量漏電流的方法得到絕緣值，前提是設(shè)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(xì)長，反復(fù)啟停對(duì)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(dǎo)致電泵故障停泵，然后等待檢泵作業(yè)。

某平臺(tái)引入電泵絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置，該裝置在正常供電電源的基礎(chǔ)上疊加較低的直流電源，以達(dá)到檢測(cè)電纜漏電的目的，從而實(shí)現(xiàn)不停泵實(shí)時(shí)監(jiān)控電纜及電泵機(jī)組絕緣數(shù)值，以及記錄絕緣值變化，并根據(jù)設(shè)定絕緣下限值進(jìn)行報(bào)警，使用戶能夠在實(shí)時(shí)掌握絕緣值的同時(shí)預(yù)判絕緣故障發(fā)生的時(shí)間，對(duì)于提高電泵機(jī)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(cè)技術(shù)原理

1.1.1 絕緣電阻測(cè)量方法

海上采油平臺(tái)一般采用兆歐表測(cè)量電氣設(shè)備的絕緣電阻，即在直流電壓作用下測(cè)量電纜、電機(jī)的泄漏電流。

1.1.2 在線絕緣監(jiān)測(cè)原理

正常工況測(cè)量絕緣電阻需設(shè)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(cè)量其泄漏電流。但為了保證在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)前提下在線測(cè)量絕緣電阻，就不能引入一個(gè)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(cè)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(cè)是在現(xiàn)有潛油電泵供電電源基礎(chǔ)上額外疊加一個(gè)低壓直流電源的檢測(cè)。當(dāng)被測(cè)系統(tǒng)絕緣出現(xiàn)下降時(shí)，在供電電源的影響下，會(huì)出現(xiàn)絕緣值下降。此時(shí)引入一個(gè)低壓直流電源對(duì)絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)疊加原理，測(cè)量結(jié)果就是真實(shí)的絕緣電阻，同時(shí)由于所疊加的直流電壓幅值較低，不會(huì)對(duì)電泵系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

1.1.3 絕緣值計(jì)算

潛油電泵絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置絕緣值采樣電路的原理如圖2 所示。在絕緣監(jiān)測(cè)原理圖的基礎(chǔ)上將被測(cè)對(duì)象系統(tǒng)的絕緣電阻值抽象為Rx，采樣電路基準(zhǔn)電壓V1，采樣電壓V2，限流電阻Ra、Rc，采樣電阻Rb、Rd，直流信號(hào)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(zhǔn)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(shè)備控制板，由專用軟件程序完成計(jì)算，采樣值和計(jì)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(cè)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

1.2.1 設(shè)備的電氣參數(shù)

設(shè)備的電氣參數(shù)如表1 所示。

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

1.2.2 設(shè)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(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)電壓值、采樣電壓值、頻率、采樣次數(shù)。

Rx最大值：采樣間隔時(shí)間內(nèi)的最大采樣值。

Rx最小值：采樣間隔時(shí)間內(nèi)的最小采樣值。

Rx平均值：采樣間隔時(shí)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(biāo)準(zhǔn)電壓值：直流信號(hào)電源電壓值。

頻率：潛油電泵機(jī)組運(yùn)行頻率。

②曲線顯示：實(shí)時(shí)曲線界面顯示包括實(shí)時(shí)曲線和曲線回放2 部分。實(shí)時(shí)曲線實(shí)時(shí)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(gè)電阻值的歷史數(shù)據(jù)。

為了方便觀測(cè)絕緣值較低時(shí)的絕緣變化趨勢(shì)，數(shù)據(jù)曲線絕緣電阻測(cè)量值均以常用對(duì)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(biāo)識(shí)了部分絕緣電阻刻度值。

進(jìn)入實(shí)時(shí)曲線有2 種方法：狀態(tài)顯示界面中點(diǎn)擊曲線顯示進(jìn)入實(shí)時(shí)曲線；曲線回放界面中點(diǎn)擊實(shí)時(shí)曲線進(jìn)入實(shí)時(shí)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(shì)，曲線回放共11 頁顯示，可以通過翻頁查看某一歷史時(shí)間段內(nèi)的絕緣電阻監(jiān)測(cè)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(cè)裝置的現(xiàn)場應(yīng)用

現(xiàn)場油井安裝絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置如圖6 所示。

圖6 絕緣監(jiān)測(cè)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(yùn)初期電泵絕緣在線監(jiān)測(cè)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(cè)量油井電泵機(jī)組的絕緣值均大于600 MΩ(以電泵絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置最大監(jiān)測(cè)值為依據(jù))。2.1.2 投運(yùn)期間

①油井電泵絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置與油井啟泵同步投入使用。

②油井啟泵一段時(shí)間后，電泵絕緣檢測(cè)值由600 MΩ下降到247 MΩ，調(diào)取電泵絕緣監(jiān)測(cè)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(shì)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(cè)裝置投用半年后油井電泵絕緣檢測(cè)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(cè)值Fig.8 Monitoring value of electric pump insulation

④電泵絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置在一段時(shí)間內(nèi)檢測(cè)電泵絕緣值在101～49 MΩ之間波動(dòng)，見圖9，經(jīng)過現(xiàn)場連續(xù)重點(diǎn)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(cè)裝置對(duì)空氣濕度較為敏感，并對(duì)現(xiàn)場連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線給予了數(shù)據(jù)支持。

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

2.1.3 數(shù)據(jù)對(duì)比

電泵絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置自投用至油井主動(dòng)停泵測(cè)靜壓，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)正常，電泵絕緣在線檢測(cè)裝置檢測(cè)電泵絕緣值92.5 MΩ。利用停泵的機(jī)會(huì)使用2 種知名品牌絕緣表檢測(cè)電泵絕緣值為96 MΩ，對(duì)比兩者測(cè)量值基本一致，見圖10。

圖10 實(shí)際值與監(jiān)測(cè)值對(duì)比Fig.10 Comparison between actual value and monitoring value

利用油井停泵的機(jī)會(huì)實(shí)測(cè)電泵絕緣數(shù)值與電泵絕緣在線檢查裝置的檢測(cè)數(shù)值基本吻合，由此驗(yàn)證電泵絕緣在線檢查裝置可逐時(shí)反映電泵機(jī)組絕緣狀況，滿足現(xiàn)場使用要求，對(duì)于電泵機(jī)組的安全管理提供更加具有價(jià)值的數(shù)據(jù)分析和指導(dǎo)意義[3]。

3 應(yīng)用前景

應(yīng)用潛油電泵絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置可逐時(shí)監(jiān)控各油井運(yùn)行狀態(tài)，提高潛油電泵機(jī)組絕緣故障的預(yù)判能力，為修井設(shè)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(shè)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(yīng)用前景?！?/p>