智能型馬達控制監測管理系統在石油鉆機井場的應用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定

    摘要：近年來，智能馬達控制系統(MCC監測管理系統)迅速發展，鉆機井場規模也逐步擴大，為了確保對鉆機井場智能馬達控制系統能耗實現可靠的監控，需要設計一套專門的智能型馬達控制能耗監測管理系統，本文介紹基于人機界面和PZ48交流檢測儀表、ACR330ELH諧波儀表、ACR120E電力儀表、ARD3電動機保護器[1]及開關量輸入模塊設計實現的鉆井機場智能型馬達控制能耗監測管理系統，系統可以實現采集總進線回路、生活區負荷、軟啟動回路、出線回路用電設備三相電壓、電流、功率、電能等參數并顯示、設備運行故障的記錄、數據的存盤及導出，整個系統保證了鉆機井場智能馬達控制系統電網能耗自動監測管理水平，具有廣泛的應用前景。

    0 引言

    目前大部分石油鉆機井場進行能耗管理、獲取數據通常做法是采用各種儀器、儀表對能耗進行計量，工作人員對儀器儀表采集的數據進行現場維護并統計，導致工作效率低，不能滿足大范圍的數據采集需要，同時，統計數據不全面、不及時，甚至會出現不準確的情況，為了能更好完成能耗統計、分析、改善，需要建立一套有效的自動化能源消耗數據獲取系統，對系統運行過程中的能源供應、能耗設備運行及能耗情況進行實時監測管理，以便用戶實時掌握能源消耗狀況，及時采取應對措施，為實現能耗管理自動化打下堅實的數據基礎，因此，隨著鉆機井場規模的不斷擴大，為鉆機平臺智能馬達控制系統提供可靠的能耗監測管理系統，對保證鉆井機場的安全運行有著重要的意義，對鉆機井場節能降本也具有重要現實意義。

    本文以鉆機井場智能馬達控制系統能耗監測管理為例，提出利用觸摸屏和交流檢測儀表、諧波儀表、電力儀表、電動機保護器及開關量輸入模塊等設計一套智能智能馬達控制能耗監測管理系統應用于鉆井機場中，對鉆機井場用電設備提供高質量電網電能并對系統能耗實現實時監測、管理。

    1、用戶需求

    為了對鉆機井場智能馬達控制系統的能耗進行監控管理，了解設備的電能質量及用電情況，對所設計的系統提出以下需求：

    實時顯示：

    進線柜：通過人機界面采集ACR330ELH諧波儀表三相有功功率、無功功率、功率因數、三相視在功率、電能以及對功率的最大需量，直觀的表現出總電源進線柜的負荷情況，同時采集諧波分次數據及總諧波含量，幫助用戶了解設備的電能質量，找出不合理的用電設備，并且為治理方案提供準確、有價值的依據；
生活區負荷：主要利用ACR120E電力儀表采集生活區用電設備三相電流、電壓、有功功率、視在功率、功率因數、電能參數并在人機界面顯示，為用戶的電量計量提供有效數據；

    軟啟動柜：利用電動機保護器ARD3對回路進行數據監測和電機保護，主要采集系統三相電流、電壓、頻率、有功功率、無功功率以及功率因數傳輸給人機界面進行實時顯示，幫助用戶準確了解設備的運行狀態以及負荷情況，同時可以實現對設備的過載保護、不平衡保護、欠載保護、接地保護等，將出現的故障信息傳輸給人機界面顯示，用于故障報警與故障記錄，實時了解運行中出現的故障便于及時處理；

    出線柜：通過PZ48交流儀表采集出線柜單個回路的單相交流電流值，根據系統電流值計算設備回路的功率，用于分析比對；

    曲線顯示：

    主要顯示進線柜及生活區負荷三相電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率實時曲線、歷史曲線，便于用戶實時了解總負荷變化、生活區負荷變化及驅動回路用電設備負荷變化，對各用電設備能耗實現監測管理；

    數據存盤：完成對各個進線柜、軟啟動柜、出線柜電壓、電流、功率等參數的存盤功能，并自動生成符合客戶管理需求的存盤數據，用戶能夠在觸摸屏上實現各個參數的實時查詢，便于了解設備當前及歷史運行狀況。

    數據導出:實現各儀表參數按照客戶要求的時間進行自動、手動導出，導成Excel形式到U盤，供客戶對運行設備的三相電壓、電流、功率、電能等數據統計、打印。

    2、項目介紹

    智能型智能馬達控制能耗監測管理系統能夠通過使用電力自動化儀表來分項監測各區域的設備用電情況，通過集中采集顯示終端來實時顯示并存儲，最后導出一個工作周期的所有數據，進行系統分析和制作數據圖表，為在鉆井隊從開鉆到完鉆提供分析能耗的依據，從而解決能耗匹配的問題，該項目基于用戶對鉆機井場智能型智能馬達控制能耗監測管理系統的需求，采用昆侖通態觸摸屏MCGS TPC7062KX與安科瑞ACR320ELH諧波儀表、ACR120E電力儀表、PZ48-AI/C交流檢測儀表、電動機保護器ARD3-100A/CUSR及開關量輸入模塊，實現對總負荷、生活區負荷及驅動回路用電設備運行過程中三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、電能、三相諧波數據的實時監測顯示、數據存盤、導出功能，并對設備的過載、不平衡、欠載、接地等故障進行故障報警與記錄，既能保證鉆機井場智能馬達控制系統的正常運行，又能對用電系統的能耗實時監測管理[2]。

    3、設計方案

    3.1參考標準

    GB/T3797-2008 《電氣控制設備》

    GB/T11022-1999 《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》

    20077566-Q-604 《工業自動化產品安全要求第1部分:總則》

    20077556-Q-604 《工業自動化產品安全要求第10部分:記錄儀表的安全要求》

    GB/T 16656.46-2010 《工業自動化系統與集成及產品數據表達與交換》

    DL/T 814-2002 《配電自動化系統功能規范》

    DL/T634-2002 《遠動設備和系統傳輸規約基本遠動任務配套標準》

    DL/T645-2007 《電網電能質量管理分析》

    DL/T721-2000 《電網自動化系統遠方終端》

    3.2系統總體結構圖

    整個系統設備主要包括人機界面、ACR330ELH網絡諧波儀表、ACR120E網絡電力儀表、PZ48交流檢測儀表、電動機保護器ARD3、開關量輸入模塊及開關電源，通過屏蔽雙絞線連接至集中采集顯示終端，對現場數據的采集、實時顯示、參數存盤、故障記錄，實現智能型智能馬達控制系統的能耗監測管理，系統總體架構如下圖1所示。

圖1 系統總體結構圖