智能保護(hù)器在油田潛油電泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

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，說明了電機(jī)保護(hù)器應(yīng)用于潛油電泵的必要性。

1 引言

隨著我國石油工業(yè)的發(fā)展和油田開發(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)械采油方法是整個油田開發(fā)過程中的一個重要步驟。潛油電泵作為一種重要的機(jī)械采油設(shè)備在油田的開采上起著越來越重要的作用。

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)器對潛油電泵實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測量、控制功能。安科瑞公司的ARD3T電動機(jī)保護(hù)器就是針對潛油電泵的專屬保護(hù)產(chǎn)品。ARD3T產(chǎn)品包括主體模塊、測量模塊、開關(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)時顯示測量及保護(hù)參數(shù)。

ARD3T潛油電泵智能保護(hù)器

2.1 測量功能

智能保護(hù)器配合保護(hù)型電流互感器可實(shí)現(xiàn)三相電流測量、電流曲線實(shí)時顯示，電流互感器可達(dá)到10倍過載。通過外部變壓器可實(shí)現(xiàn)三相電壓測量、電壓曲線實(shí)時顯示。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。同時保護(hù)器可測量頻率、功率并可統(tǒng)計(jì)使用的電能值，通過溫度傳感器可測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)故障時一般不能及時有效地對電機(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，能對電泵實(shí)施綜合保護(hù)的產(chǎn)品。它可以檢測和控制電機(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 過載保護(hù)

導(dǎo)致潛油電泵過載的原因有許多，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、啟停泵過程中損壞；出砂導(dǎo)致長時間高負(fù)荷運(yùn)行，造成運(yùn)行電流過大使電纜芯線產(chǎn)生高溫，破壞絕緣；井下作業(yè)過程中潛油電纜損傷；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)行電流過大。電機(jī)在過負(fù)載情況下，長時間超過其額定電流運(yùn)行時，會導(dǎo)致電機(jī)過熱，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)熱特性對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。過載保護(hù)的延時時間隨著電流過載倍數(shù)的增加按反時限減少。

過載保護(hù)電流—時間對照表

過載特征曲線圖

2.2.2 欠載保護(hù)

當(dāng)電動機(jī)所帶負(fù)載為泵式負(fù)載時，電動機(jī)空載或欠載運(yùn)轉(zhuǎn)會產(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，保護(hù)器將在動作（延時）設(shè)定時間內(nèi)動作。欠載保護(hù)的延時時間隨著電流欠載倍數(shù)的增加按反時限減少。

欠載保護(hù)動作時間對照表

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、過電壓、欠電壓、電壓不平衡等反時限保護(hù)功能；具有斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等定時限保護(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)

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)場電泵工作情況。

軟件界面：

主界面 電流實(shí)時曲線

電壓實(shí)時曲線 事件記錄

4 潛油電泵控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)語

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。

審核編輯：湯梓紅