智能保護器在油田潛油電泵控制系統中的應用

徐 敏

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 201801）

隨著我國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最終采收率，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380～2500V，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。

1 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潛油泵智能保護器如圖1所示。

圖1 ARD3T潛油電泵智能保護器

1.1 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。

1.2 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國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。

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。各種原因最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。

圖2 過載特征曲線圖

表1 過載保護電流—時間對照表

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。

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。

表2 欠載保護動作時間對照表

圖3 欠載特征曲線圖

1.3 技術參數

表3 技術參數表

（續）

2 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。

軟件界面如下。

圖4 主界面

圖5 電流實時曲線

圖6 電壓實時曲線

3 潛油電泵控制系統結構圖

圖8 系統結構圖

4 結論

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。