智能保護器在油田潛油電泵控制系統中的應用
安科瑞電氣股份有限公司 徐敏
摘要：介紹了油田潛油電泵控制系統中電機保護器的功能、軟件及應用，說明了電機保護器應用于潛油電泵的必要性。
關鍵詞：智能保護器 功能 油田潛油電泵 應用
1 引言
隨著我石油工業的發展和油田開發的需要，為了提高油田采油速度和終采收率，應用機械采油方法是整個油田開發過程中的一個重要步驟。潛油電泵作為一種重要的機械采油設備在油田的開采上起著越來越重要的作用。
潛油電泵控制系統由潛油電泵控制柜、GPRS收發裝置、監控軟件等組成。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器。GPRS收發裝置用于將電泵控制柜測得的電參數、其它儀表的工藝參數上傳給控制系統。監控軟件用于HMI操作使用。
2 智能保護器
智能保護器對潛油電泵實現保護、測量、控制功能。安科瑞公司的ARD3T電動機保護器就是針對潛油電泵的專屬保護產品。ARD3T產品包括主體模塊、測量模塊、開關量模塊、模擬量模塊、溫度模塊、通訊模塊，并配以觸摸屏用以實時顯示測量及保護參數。
ARD3T潛油電泵智能保護器
2.1 測量功能
智能保護器配合保護型電流互感器可實現三相電流測量、電流曲線實時顯示，電流互感器可達到10倍過載。通過外部變壓器可實現三相電壓測量、電壓曲線實時顯示。保護器中電流互感器、電壓互感器的倍數可根據實際參數任意設置。同時保護器可測量頻率、功率并可統計使用的電能值，通過溫度傳感器可測量潛油電泵的溫度值。這些參數為潛油電泵的保護提供了依據。
2.2 保護功能
油田用潛油電泵在運行過程中，由于其工作環境等因素，故障率很高，傳統的保護儀在電機出現故障時一般不能及時有效地對電機加以保護，常導致電機電泵燒壞，造成停產事故。ARD3T智能型保護器是根據我油田電泵現狀及油井實際生產需要而設計的，能對電泵實施綜合保護的產品。它可以檢測和控制電機的運行狀況，防止電機因不正常運行而引起的損壞。
2.2.1 過載保護
導致潛油電泵過載的原因有許多，包括保護器失效或電纜頭結構不合理造成井液進入電機；電機絕緣性能在頻繁電壓波動、啟停泵過程中損壞；出砂導致長時間高負荷運行，造成運行電流過大使電纜芯線產生高溫，破壞絕緣；井下作業過程中潛油電纜損傷；因砂或雜質導致泵卡，等等。各種原因終都表現為運行電流過大。電機在過負載情況下，長時間超過其額定電流運行時，會導致電機過熱，絕緣降低而燒毀，保護器根據電機的發熱特性，計算電機的熱容量，模擬電機發熱特性對電機進行保護。過載保護的延時時間隨著電流過載倍數的增加按反時限減少。
過載保護電流—時間對照表
過載特征曲線圖
2.2.2 欠載保護
當電動機所帶負載為泵式負載時，電動機空載或欠載運轉會產生危害，保護器提供欠載保護。導致潛油電泵欠載的原因主要包括油管刺穿、泄油閥漏、沉砂管漏導致的管柱漏失；地層供液差、防砂篩管異物堵導致的供液不足；泵、管柱砂堵、泥漿堵；泵軸、分離器軸斷等等。當三相的平均電流與額定電流的百分比低于欠載設定值時，保護器將在動作（延時）設定時間內動作。欠載保護的延時時間隨著電流欠載倍數的增加按反時限減少。
| 倍率 | 脫扣時間（s） |
| 1 | 60 |
| 0.9 | 49.59 |
| 0.83 | 41.67 |
| 0.67 | 26.67 |
| 0.5 | 速斷 |
欠載保護動作時間對照表
欠載特征曲線圖
2.2.3 其他功能
產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功能；具有斷相、堵轉、阻塞、外部故障等定時限保護功能；電流歷史數據導出、電壓歷史數據導出功能；客戶打卡簽到功能；具有故障記錄功能；參數掉電不丟失。
2.3 技術參數
| 技術參數 | 指 標 | ||
| 潛油電泵工作電源 | 380至2500V | ||
| 頻率 | 50Hz、60Hz | ||
| ARD3T輔助電源 | AC/DC 110 / 220V，功耗≤15VA | ||
| 觸摸屏輔助電源 | DC 24V | ||
| 電動機額定工作電流 | 6.3（1.2A-3150A） | 采用外置電流互感器 + 測量模塊 CT、PT可設置 | |
| 漏電 | 50mA-1A | 采用測量模塊 + 漏電流互感器 | |
| 3A-30A | |||
| 繼電器輸出觸點容量 | 阻性負載 | AC250V、6A；DC24V、6A | |
| 感性負載 | AC250V、2A；DC24V、2A | ||
| 主體開關量輸入、輸出 | 4DI、4DO，DI可以為干節點或濕節點 | ||
| 開關量模塊 | 4DI、3DO，DI可以為干節點或濕節點 | ||
| 溫度模塊 | 外接傳感器類型：PT100、PT1000、Cu50、PTC、NTC 傳感器路數：3路 傳感器對應測量范圍： PT100/PT1000：-50°C～+500°C Cu50：-50°C～+150°C PTC/NTC：100Ω～30kΩ | ||
| 模擬量模塊 | 可實現：2路4～20mA輸入測量，2路4～20mA變送輸出 4～20mA輸入測量精度±0.5% 4～20mA輸出大帶載能力為≤500Ω | ||
| 主體通訊 | RS485：Modbus-RTU | ||
| 通訊模塊 | RS485：雙Modbus-RTU、Profibus | ||
| 環境 | 工作溫度 | -10ºC～55ºC | |
| 貯存溫度 | -25ºC～65ºC | ||
| 相對濕度 | ≤95﹪不結露，無腐蝕性氣體 | ||
| 海拔 | ≤2000m | ||
| 污染等級 | 3級 | ||
| 防護等級 | 主體IP20，分體顯示模塊IP45（安裝在柜體上） | ||
| 安裝類別 | III級 | ||
3 觸摸屏
觸摸屏使用昆侖通泰產品，輔以專屬軟件可實時顯示電泵的運行狀態，方便運維人員觀察和掌握現場電泵工作情況。
軟件界面：
主界面 電流實時曲線
電壓實時曲線 事件記錄
4 潛油電泵控制系統結構圖
5 結語
本文介紹了安科瑞油田潛油電泵用電機保護器的功能及監測界面，采用該綜合保護器可以減少電機運行中的電器故障，可以檢測和控制電機的運行狀況，并防止電機因不正常運行引起的損壞。
6 公司簡介
安科瑞電氣股份有限公司[股票代碼:300286.S]是一家為智能電網用戶端提供智能電力監控、電能管理、電氣安全等系統性解決方案的少數幾家企業。
公司自2003年6月成立以來，專注于用戶端智能電力儀表的研發、生產和銷售，產品線涵蓋了智能電網用戶端的低壓電力信號采集、測量、計量、監控、保護及系統集成，主要有網絡電力儀表、智能馬達控制器、導軌式安裝電能表、電量傳感器、光伏匯流箱、有源濾波器、醫療潔凈電源柜等產品以及智能電力監控與電能管理、建筑能耗分析管理、電氣火災監控、數據中心用電監控、光伏電站監控、igBee（物聯網）無線電能管理等系統方案。
公司擁有嘉定區級技術中心，是企業和軟件企業。先后參與GB/T22264-2008《安裝式數字電測量儀表》、JB/T10736-2007《低壓電動機保護器》、GB/T15576-2008《低壓成套無功補償裝置》、GB/T22387-2008《剩余電流動作繼電器》等多項電力儀表標和行標的起草或編制。
2007年，公司在江蘇江陰的生產基地建成投產，一期工廠廠房面積10000平方米，是智能電力儀表行業中采用無鉛化SMT生產工藝的企業，為公司產品產業化、規模化實施提供了保障。2010年3月，公司技改，將車間進行防靜電改造，使生產環境進一步提升，同時，在生產上引進MES管理系統，每道工序都進行條形碼掃描，使整個生產進度和過程都得到了控制。基本實現了無紙化管理，節約了生產成本，提高了管理效率。
安科瑞商標和產品先后被評為上海市商標和產品，產品廣泛應用于上海世博工程、廣州亞運會工程、援哥斯達黎加體育場工程、京津高鐵電力監控、敦煌10MW光伏示范電站、銀行浦東數據中心、印度50萬噸焦化等外重大項目中，贏得了較好的市場聲譽。
參考文獻：
安科瑞電氣股份有限公司樣本資料
文章來源：《電氣技術》 2014年 1期
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