電動(dòng)機(jī)智能監(jiān)測保護(hù)裝置的研究應(yīng)用

王鵬

摘 要：電動(dòng)機(jī)作為采油系統(tǒng)的重要組成部分在油田生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位，做好電動(dòng)機(jī)的保護(hù)具有顯著節(jié)能、提高生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益及保證安全生產(chǎn)的重要意義。本文在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場需求以如何為低壓電動(dòng)機(jī)提供智能測量、控制、保護(hù)為研究課題，完成了保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，對傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)提出了改善措施。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；計(jì)量；智能化控制；保護(hù)裝置

一、研究背景及意義

油田生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到電機(jī)由于機(jī)械原因，或電性原因造成損壞，尤其是單井及偏遠(yuǎn)井電動(dòng)機(jī)保護(hù)缺乏，加上巡井人員不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而造成減產(chǎn)和人力損失，并增加電機(jī)維修和更換費(fèi)用。目前，用于電動(dòng)機(jī)上的保護(hù)器，有以熱繼電器為主的機(jī)械式和模擬電子式兩種，主要對在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的缺相、短路、過載、欠載等故障進(jìn)行通常的監(jiān)測和保護(hù)，雖有一定的保護(hù)作用，但存在許多不足，如熱繼電器受工作環(huán)境的影響很大，易老化、制作成本高、控制精度不高、不適應(yīng)瞬態(tài)測量，同時(shí)，沒有直接同時(shí)測量電動(dòng)機(jī)的三相電壓、電流、功率因數(shù)、有功、無功功率和電能計(jì)量的功能。

針對以上問題，研究一種電動(dòng)機(jī)智能監(jiān)測保護(hù)裝置，全面監(jiān)控采油生產(chǎn)的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及電量采集。不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行情況，還能對生產(chǎn)異常進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。

二、技術(shù)思路及研究目標(biāo)

（1）技術(shù)思路

本課題是研究一種電動(dòng)機(jī)的測控設(shè)備，特別是一種不僅能對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行通常的保護(hù)，而且能對電動(dòng)機(jī)的用電量、電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)進(jìn)行檢測、計(jì)量、顯示的一種電機(jī)計(jì)量保護(hù)儀。

（2）研究目標(biāo)

設(shè)計(jì)一種不僅具有一般的電動(dòng)機(jī)缺相、短路、過載、欠載、堵轉(zhuǎn)、過壓、欠壓、漏電等的保護(hù)功能，而且具有可直接同時(shí)測量三相電機(jī)運(yùn)行時(shí)的三相電壓、三相電流、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率、消耗電能和電能計(jì)量的電機(jī)保護(hù)計(jì)量儀。

三、研究內(nèi)容

（1）設(shè)計(jì)原理

裝置由電流互感器、外殼、輸入電路、保護(hù)和控制繼電器及無觸點(diǎn)開關(guān)裝配電路板構(gòu)成，通過保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)電機(jī)電參數(shù)采集，并經(jīng)遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，加強(qiáng)采油生產(chǎn)管理。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電流電壓輸入電路、保護(hù)和控制繼電器及無觸點(diǎn)開關(guān)裝配電路板安裝在主體外殼內(nèi)的底部，電流互感器通過線纜與電流輸入電路及保護(hù)和控制繼電器裝配電路板上的電流輸入電路相連接。其特征在于在電流電壓輸入電路、保護(hù)和控制繼電器及無觸點(diǎn)開關(guān)電路裝配電路板的前端，垂直固定連接上綜合電參數(shù)測控計(jì)量顯示電路板，在綜合電參數(shù)測控計(jì)量顯示電路板的內(nèi)側(cè)安裝上微處理器、無功補(bǔ)償控制及電參數(shù)顯示器和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊以及操作按鍵。微處理器與無功補(bǔ)償控制及電參數(shù)顯示器、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊相連接，并通過線纜與電流電壓采樣輸入電路、保護(hù)和控制繼電器及無觸點(diǎn)開關(guān)電路裝配電路板上的保護(hù)和控制繼電器以及電流互感器相連接。操作按鍵與微處理器相連接。

電流互感器和電壓采樣電路將檢測到的信號(hào)輸入到微處理器，經(jīng)過運(yùn)算、分析后的數(shù)據(jù)，除傳給保護(hù)和控制繼電器進(jìn)行一般的常規(guī)保護(hù)外，還通過操作按鍵指令讓微處理器分別實(shí)現(xiàn)不同的顯示功能和控制功能。在電流電壓輸入電路及保護(hù)和控制繼電器裝配電路板的后端垂直固定連接上接線板。

電流互感器，由三個(gè)互感線圈中心孔、安裝底座構(gòu)成，安裝底座固定在電流互感器外殼的底部，安裝底座直接與電動(dòng)機(jī)外殼相固定連接，電動(dòng)機(jī)的三相電源線分別穿過三個(gè)互感線圈中心孔，通過三個(gè)互感線圈檢測輸入電動(dòng)機(jī)的電流信號(hào)和電壓信號(hào)。

通過微處理器實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的用電參數(shù)及參數(shù)故障的分析和計(jì)量，對用電參數(shù)通過電參數(shù)顯示器進(jìn)行顯示，操作按鍵同時(shí)與電參數(shù)顯示器相連接，由操作按鍵進(jìn)行指令其顯示內(nèi)容。

通過保護(hù)和控制繼電器，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的正常保護(hù)，電參數(shù)顯示器由顯示屏顯示；操作按鍵分設(shè)置、返回、增加、減少、移項(xiàng)、啟動(dòng)和停止，通過對操作按鍵上的不同按鍵進(jìn)行操作，可分別顯示有功功率、無功功率及各種電量參數(shù)。

通訊接口模塊設(shè)在接線板上，采用全數(shù)字式芯片，可采用RS-485通訊接口進(jìn)行組網(wǎng)，組成集散型電機(jī)監(jiān)測控制網(wǎng)絡(luò)，通過上位計(jì)算機(jī)，使用通用組態(tài)控制軟件，實(shí)現(xiàn)集中顯示電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，控制電動(dòng)機(jī)的啟停、遠(yuǎn)程設(shè)定報(bào)警和保護(hù)參數(shù)。

（3）典型應(yīng)用

圖1為采用直接啟動(dòng)接線方式的智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置典型應(yīng)用圖。可通過按動(dòng)外部啟動(dòng)按鈕SB2或通過上位機(jī)遠(yuǎn)程控制保護(hù)器的啟動(dòng)繼電器來啟動(dòng)電機(jī)。其控制方式為：當(dāng)啟動(dòng)按鈕SB2按下或遠(yuǎn)程啟動(dòng)繼電器7、8閉合，則接觸器KM的吸引線圈處于通電狀態(tài)，使接觸器KM的主觸頭和自鎖觸頭KM閉合，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。此時(shí)，松開SB2或啟動(dòng)繼電器7、8斷開后接觸器KM的吸引線圈還是處于通電狀態(tài)，主觸頭和自鎖觸頭KM仍舊處于閉合狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)處于通電狀態(tài)。一旦電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)后，保護(hù)器就對電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障狀態(tài)后，智能保護(hù)器的脫扣繼電器動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)95、96斷開，使接觸器KM的吸引線圈斷電，使接觸器KM的主觸頭和自鎖觸頭的狀態(tài)由合變?yōu)榉郑袛嚯妱?dòng)機(jī)的供電，使電動(dòng)機(jī)停車。

四、總結(jié)

電動(dòng)機(jī)在采油系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，但是其高故障率對抽油機(jī)的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益造成極大的影響。因此在分析傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置不夠完善的基礎(chǔ)上，研制功能完善、可靠性高的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置已成為必要。

參考文獻(xiàn)

[1]劉新正 譯.電機(jī)學(xué).北京：電子工業(yè)出版社，2012.6.

[2]徐淑華.電工電子技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2013.1.

[3]許志紅.電器理論基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.2.

[4]劉學(xué)軍.繼電保護(hù)原理.北京：中國電力出版社，2004.5

[5]張葆豫.電動(dòng)機(jī)最新保護(hù)技術(shù).鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，1998.6.

[6]徐愛卿，孫涵芳，盛煥鳴.單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用和開發(fā)系統(tǒng).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.2.