抽油機限時延時自啟動裝置在油田的應用

付艷玲（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

2013年大慶油田采油七廠電網共發生線路故障376 次，其中由于雷擊、惡劣天氣造成的瞬時故障強送成功的[1]為166 次，占總數的47%。線路發生瞬時故障時，電力系統可以很快恢復供電，但瞬時故障已經造成大面積停井。目前國內油田抽油機普遍采用的是人工啟井，即恢復供電后由工人1 口井1 口井的啟動。由于七廠地處外圍，人工啟井時間長，對產量影響大。以電網故障影響停井30 口為例，每次故障恢復供電后啟井時間需1～3 h，按1 口油井1 h 產油0.06 t 計算，一次線路瞬時故障將影響原油產量0.18～0.54 t。此外，目前部分油井應用的抽油機二次啟動主要是產能項目配套的二次啟動配電箱，工作原理是停電后只要恢復供電，啟動模塊就自動啟動抽油機。如果前線工人在現場操作的時候突然來電，很容易發生安全事故，存在安全隱患，因此目前此項功能基本停用。為了解決這一問題，2014年在敖南地區敖七乙線94078 線路安裝試驗了20 套抽油機限時延時自啟動裝置。

1 限時延時自啟動裝置

在油田電網中，為了電網的安全，變壓器在投入使用時都要求將其所帶的負荷斷開，因此，抽油機配電箱需要具有抽油機失電脫扣功能，只要低壓母線瞬時斷電，則電路全部斷開。當低壓母線上電時，抽油機由于線路瞬時失壓而全部斷開，在恢復供電時需要工作人員給抽油機逐一供電，在增加前線工作人員勞動強度的同時也延長了油井的停電時間，降低了電網的供電可靠性，降低了產量。在充分考慮普通的抽油機延時自啟動裝置安全隱患的基礎上，研發了抽油機限時延時自啟動裝置。

1.1 技術原理

抽油機限時延時自啟動裝置的控制原理（圖1）為：當線路發生瞬時故障后，變電所自動重合閘功能將在故障3 s 后重新合閘，停電的瞬間，延時自啟動裝置利用邏輯控制技術使電路開始計時，可設定為停電后5 s（可根據現場情況設定）時啟井。當5 s 內供電恢復，則抽油機自動啟動運行；當5 s 時檢測為供電沒有恢復，則自啟裝置不運行，并且以后不再檢測（避免事故發生），直到人為進行啟井。延時自啟動裝置的接線見圖2，內附的延時自啟動接觸器的接線見圖3，接觸器接線端子明細見圖4。

圖1 裝置控制

正常運行時，抽油機的電動機由開關KM 正常供電，停電后自動啟動模塊立即開始計時，如果5 s內電力恢復，自動啟動模塊通過邏輯控制使常開觸點HZ 閉合，啟動抽油機；如果超過5 s 后電力沒有恢復，則通過邏輯控制使常閉觸點FZ 打開，設置閉鎖，即使以后電力恢復自動啟動模塊也不送電，需要現場解鎖后送電。自動啟動過程可根據現場情況設置時間延時邏輯，并設置可靠超級電容電源確保邏輯控制的完成。

圖2 箱體進出線接線圖 圖3 接觸器基本原理圖

圖4 接觸器接線端子明細

1.2 功能描述

抽油機限時延時自啟動裝置共包含4 部分功能。

基本功能：電控箱控制器檢測母線電壓和分閘按鈕、交流接觸器狀態，當發生瞬時停電時，電控檢測器檢測到交流接觸器斷開、分閘按鈕未被按下、母線斷電時，控制器就會啟動掉電計時器；若5 s 內母線重新上電，則控制器延時一段時間（可設置）后輸出脈沖合閘信號（脈沖寬度可設置），重合閘成功。

遙信功能：3 個開關輸入（3DI）可實時監視母線帶電狀態、接觸器狀態和斷、分閘按鈕狀態。

顯示功能：實時顯示運行參數、控制器功能等。

設置功能：可以設置各種儀表參數，掉電不丟失。

1.3 運行模式

當延時自啟動控制器由掉電轉為上電狀態后，控制器處于鎖定狀態，只有在手動按下合閘按鈕，合閘成功后才能解鎖，成功合閘是解鎖的唯一辦法，若控制器輸出合閘脈沖后，合閘不成功，則控制器鎖定。當控制器處于鎖定狀態時，不會對后續瞬時停電進行動作，并且禁止脈沖輸出；任何時刻手動按下分閘按鈕，模塊都立即鎖定，若當前正在輸出合閘脈沖，則立即終止脈沖輸出；當分閘按鈕未按下，接觸器斷開、母線掉電和控制器解鎖3 個條件同時滿足時，延時自啟動控制器啟動掉電計時，若在5 s（可以設定）之內母線來電，則控制器延時一段時間后輸出合閘脈沖，若掉電時間大于5 s（可以設定），則模塊鎖定；若當前正在進行脈沖輸出倒計時，此時又發生瞬時停電，則控制器終止本次合閘動作，并立即鎖定；若當前正在進行脈沖輸出倒計時或正在等待合閘脈沖輸出完畢，此時不能進入菜單；進入菜單后就不再進行重合閘條件判斷，退出菜單后也不再執行，同時，進入菜單后控制器會關閉繼電器。

2 現場應用

選取2013年瞬時故障發生率較高的敖南地區敖七乙線94078 線路（2013年發生瞬時故障并強送成功共8 次）應用變電所自動重合閘[2]投切，并在該線路選取20 口遠離村屯和道路的油井應用抽油機限時延時自啟動裝置，并跟蹤應用效果。

2014年10月至11月安裝了20 套抽油機限時延時自啟動裝置，并人為拉、合閘瞬時停電進行現場試驗，利用抽油機限時延時自啟動裝置對抽油機進行控制使用。

現場安裝工作完成后，按下啟動按鈕，抽油機正常工作，進行人為拉、合閘斷、送電，并將裝置檢測時間設定為5 s 進行現場試驗。在抽油機斷電停止工作后，分別在3 s、8 s、9 s、10 s 等不同時間送電進行試驗，部分試驗數據見表1。

經過試驗發現，當檢測時間設定為5 s 時，3 s送電時，抽油機在停電后5 s 時啟動，5 s 后送電時，抽油機則不啟動。已安裝的20 臺抽油機限時延時自啟動裝置可以實現瞬時停電時抽油機在設定時間內的唯一一次自啟動，成功率達到100%。

3 效益分析

按2013年94078 線路發生瞬時停電8 次，1 口油井1 h 產油0.06 t，20 口井每次減少停電0.5 h 計算，則每年可以增加收益13 690 元（原油按2852元/t 計算）。

此裝置和普通油田抽油機配電箱相比，成本只增加500 元，卻減少了由于瞬時故障引起停電后因人工啟井引起的產量損失，降低了檢修人員的勞動強度，同時還解決了現有的抽油機二次啟動裝置存在的安全隱患。

表1 現場安裝試驗情況

4 結論

1）抽油機限時延時自啟動裝置能夠利用自動控制技術實現抽油機配電箱的斷電自動計時和在設定時間之內（如5 s、7 s）的自動啟井，并且經過現場安裝、試驗，抽油機延時自啟動裝置成功率達到100%。

2）應用抽油機限時延時自啟動裝置能大大縮短電力線路瞬時故障引起的平均油井停井時間0.5 h以上。

3）不同于常規產能建設應用的自動二次啟動配電箱，停電后無論何時恢復供電均自動啟動抽油機。抽油機限時延時自啟動裝置只需在抽油機斷電后的設定時間檢測一次是否已送電，如已送電，啟動抽油機，如超過設定時間仍未送電，則不再檢測和啟動抽油機；即使設定時間后送電，也不再對抽油機進行自動啟動，因此，它能避免來電時操作人員正在井上工作而發生安全事故。

[1]徐海龍.輸電線路瞬時故障與自動重合閘的作用淺析[J].機電信息,2012,33:32-33.

[2]史萬才,劉永軍.雙側電源送電線路自動重合閘的選擇原則及選擇方式[J].北京電力高等專科學校學報,2010,2:82-84.