油田叢式井組抽油機(jī)變頻器接入直流母線供電系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

1油田叢式井組抽油機(jī)變頻器接入直流母線供電系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范本文件規(guī)定了油田叢式井組抽油機(jī)變頻器接入直流母線供電系統(tǒng)的術(shù)語和定義、技術(shù)參數(shù)和要求、設(shè)計(jì)原則、保護(hù)要求、功能要求、使用條件。本文件適用于油田叢式井組多臺(tái)160kW以下抽油機(jī)變頻器接入同一直流母線進(jìn)行群控生產(chǎn)的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、檢測、運(yùn)行和維護(hù)。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T12668.1—2002調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第1部分：一般要求低壓直流調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)額定值的規(guī)定GB/T12668.2—2002調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第2部分：一般要求低壓交流變頻電氣傳動(dòng)系統(tǒng)額定值的規(guī)定GB/T12668.6—2011調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第6部分：確定負(fù)載工作制類型和相應(yīng)電流額定值的導(dǎo)則GB/T12668.701—2012調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第701部分電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的通用接口和使用規(guī)范：接口定義GB/T12668.7201—2019調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第7-201部分：電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的通用接口和使用規(guī)范1型規(guī)范說明GB/T12668.7301-2019調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第7-301部分：電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的通用接口和使用規(guī)范1型規(guī)范對(duì)應(yīng)至網(wǎng)絡(luò)技術(shù)GB/T12668.8—2017調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第8部分：功率接口的電壓規(guī)范GB15599—2009石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范GB/T22670—2018變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法GB/T23507.2—2017石油鉆機(jī)用電氣設(shè)備規(guī)范第2部分：控制系統(tǒng)GB/T23507.4—2017石油鉆機(jī)用電氣設(shè)備規(guī)范第4部分：輔助用電設(shè)備及井場電路GB/T30844.1—20141kV及以下通用變頻調(diào)速設(shè)備第1部分：技術(shù)條件GB/T30844.2—20141kV及以下通用變頻調(diào)速設(shè)備第2部分：試驗(yàn)方法GB/T31453—2015油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范SY/T5226—2020石油天然氣鉆采設(shè)備抽油機(jī)節(jié)能拖動(dòng)裝置SY/T10041—2002石油設(shè)施電氣設(shè)備安裝一級(jí)一類和二類區(qū)域劃分的推薦作法T/SSXT004—2023數(shù)字油田智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)規(guī)范3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。整流單元rectifyingunit用于實(shí)現(xiàn)單相或三相交流輸入轉(zhuǎn)換為直流母線輸出的單元電路。不控整流器dioderectifer2采用二極管實(shí)現(xiàn)單相或三相交流輸入轉(zhuǎn)換為直流母線輸出的單元電路。四象限變流器fourquadrantconverter采用全控型功率器件實(shí)現(xiàn)三相交流輸入與直流母線輸出雙向功率變換的模塊。能量回饋型逆變器energyfeedbackinverter用于將直流母線能量饋送至三相交流電網(wǎng)的逆變單元電路。變頻器frequencyinverter用于實(shí)現(xiàn)變壓、變頻逆變輸出進(jìn)而控制抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)的專用設(shè)備。交流接觸器AContactor一種接通或切斷交流主電路的自動(dòng)切換電器，是利用電磁力來使開關(guān)閉合或斷開的電器，適用于頻繁操作、遠(yuǎn)距離控制強(qiáng)電電路，并具有低壓釋放的保護(hù)性能。直流接觸器DContactor一種接通或切斷直流主電路的自動(dòng)切換電器，是利用電磁力來使開關(guān)閉合或斷開的電器，適用于頻繁操作、遠(yuǎn)距離控制強(qiáng)電電路，并具有低壓釋放的保護(hù)性能。制動(dòng)單元brakeunit在電動(dòng)機(jī)倒發(fā)電過程中導(dǎo)致直流母線升高至上限值時(shí)通過功率泄放使直流母線電路恢復(fù)至正常范圍的單元電路。預(yù)充電單元pre-chargingunit直流母線從0到額定工作電壓建立過程中限制直流母線充電電流、保護(hù)整流單元及直流母線元件的單元電路。示功圖indicatordiagram由載荷隨位移的變化關(guān)系曲線所構(gòu)成的封閉曲線圖，用于定性分析抽油機(jī)工作情況。4符號(hào)和縮略語下列代號(hào)和縮略語適用于本文件。ACQF:交流斷路器DCQF:直流斷路器DCKM:直流斷路器QF:斷路器KM:接觸器RTU:遠(yuǎn)程終端單元按照整流單元實(shí)現(xiàn)方式，油田叢式井組抽油機(jī)變頻器接入直流母線供電系統(tǒng)可分為：a)不控整流式；b)饋能式；c)四象限運(yùn)行式。3油田叢式井組抽油機(jī)變頻器接入直流母線供電系統(tǒng)主要包括整流單元、預(yù)充電單元、制動(dòng)單元、變其典型架構(gòu)見圖1。O4G或5G通訊b4G或5G通訊⑩AC輸出AC輸出無線通信模塊單元4G或5G通訊4G或5G通訊單元通信網(wǎng)絡(luò)制動(dòng)單元電網(wǎng)整流單元將電網(wǎng)交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流母線所需的直流電壓輸出，并建立供電系統(tǒng)的直流母線。從實(shí)現(xiàn)方式上具有以下三種類型：交流電網(wǎng)，減少制動(dòng)單元帶來的能量損耗；網(wǎng)輸入交流到輸出直流的轉(zhuǎn)換輸出，也可以實(shí)現(xiàn)將直流母線多余的能量直接回饋到電網(wǎng)。器器4圖4四象限運(yùn)行式整流單元架構(gòu)圖6.3預(yù)充電單元在供電系統(tǒng)直流母線從0V開始建立時(shí)，通過預(yù)充電單元限制不控整流器或四象限變流器對(duì)直流母線充電時(shí)的峰值電流，保護(hù)不控整流器或四象限變流器功率器件不因過流而損傷；當(dāng)直流母線電壓達(dá)到額定工作電壓時(shí)，預(yù)充電單元以較低阻抗對(duì)直流母線進(jìn)行供電，以降低供電損耗。本文件中的預(yù)充電單元應(yīng)采用繼電器并聯(lián)功率電阻的形式來實(shí)現(xiàn)。6.4制動(dòng)單元在抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)處于倒發(fā)電狀態(tài)時(shí)，直流母線電壓超過設(shè)定額定工作電壓上限值，需啟動(dòng)制動(dòng)單元對(duì)直流母線電壓進(jìn)行快速泄放，從而使得直流母線電壓逐漸恢復(fù)到額定工作電壓范圍。6.5變頻器變頻器是抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)供電設(shè)備，直接控制抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速、減速運(yùn)行。通過控制輸出交流供電頻率來調(diào)整抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)單位時(shí)間內(nèi)不同采油頻率的目的。6.6運(yùn)行位置檢測單元運(yùn)行位置檢測單元是油田叢式井組變頻器接入直流母線供電系統(tǒng)的核心檢測單元，用于檢測所在抽油機(jī)處于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油桿上行沖程抽油狀態(tài)還是處于抽油桿下行沖程使得電動(dòng)機(jī)處于倒發(fā)電狀態(tài)。6.7遠(yuǎn)程終端單元遠(yuǎn)程終端單元(RTU)是是油田叢式井組變頻器接入直流母線供電系統(tǒng)的核心測量和控制單元，具備總控RTU和變頻器端RTU?~RTUn兩級(jí)。變頻器端RTU?~RTUn分別安裝在各個(gè)變頻器中，用于對(duì)變頻器和抽油機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測、存儲(chǔ)、上傳至總控RTU,同時(shí)接收總控RTU控制指令執(zhí)行變頻器調(diào)參控制指令，對(duì)油田叢式井組多個(gè)抽油機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)?？偪豏TU是整個(gè)供電系統(tǒng)的控制核心單元，將各個(gè)抽油機(jī)變頻器端RTU?~RTUn分別采集的數(shù)據(jù)通過4G或5G通信網(wǎng)絡(luò)上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，并將遠(yuǎn)程監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制指令分發(fā)下傳至變頻器端RTU?~RTUn,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心對(duì)油田叢式井組抽油機(jī)變頻器的協(xié)調(diào)控制。7.1一般要求油田叢式井組抽油機(jī)變頻器接入直流母線供電系統(tǒng)中各組成單元應(yīng)滿足以下要求：a)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)額定頻率50Hz、額定電壓380V或額定頻率60Hz、額定電壓460V。其他電壓等級(jí)產(chǎn)品與用戶協(xié)商確定。運(yùn)行時(shí)變頻器的頻率和電壓與額定值偏差應(yīng)符合GB/T755—2008中7.1和7.3的規(guī)定；b)變頻器容量應(yīng)不小于抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)額定功率(或與用戶協(xié)商確定);c)變頻器具備對(duì)外通用接口，參照GB/T12668.701—2012、GB/T12668.7201—2019、GB/T12668.7301—2019實(shí)施；d)系統(tǒng)各組成單元所用控制箱的防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于IP23,箱門或接線盒應(yīng)有可靠的防塵、防雨功能，應(yīng)能在不小于90°的范圍內(nèi)靈活啟閉?？刂葡渲械碾娐泛碗姎獠贾茫瑧?yīng)力求整齊美觀、操作方便、工藝合理，保證維護(hù)檢修安全；5e)RTU應(yīng)具有模擬量輸入采集能力、數(shù)字量輸入能力、數(shù)字量輸出能力、繼電器輸出能力，具備RS485、RS232通信接口，具備符合ModbusTCP或IEC60870-5-104協(xié)議的以太網(wǎng)接口，具備Zigbee通信接口；f)總控RTU一般應(yīng)具有4G或5G通訊功能，分布式RTU?~RTUn可選用4G或5G通訊功能；g)系統(tǒng)所用導(dǎo)線、電纜、接插件、接線端子、低壓開關(guān)柜等低壓供電系統(tǒng)配件選型參照GB/T23507.4—2017實(shí)施。7.2設(shè)計(jì)原則油田叢式井組抽油機(jī)變頻器接入直流母線供電系統(tǒng)中各組成單元設(shè)計(jì)原則如下：a)接入同一直流母線的抽油機(jī)類型應(yīng)一致，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)類型、電性能參數(shù)應(yīng)一致或相近，變頻器類型和電性能參數(shù)應(yīng)一致或相近；b)接入同一直流母線的變頻器直流母線輸入端均可通過變頻器或所在分布式RTU1~RTUn可控制接入直流母線或切除；c)對(duì)于饋能式和四象限運(yùn)行式，對(duì)電網(wǎng)饋能輸出電壓上限值應(yīng)低于制動(dòng)單元開啟時(shí)的下限值電壓，防止饋能輸出與制動(dòng)單元同時(shí)開啟，交流輸入電能檢測儀表應(yīng)采用雙向計(jì)量電度表；d)分布式RTU1~RTUn與所在變頻器和抽油機(jī)之間通過導(dǎo)線或Zigbee協(xié)議無線互聯(lián)，總控RTU與分布式RTU1~RTUn之間通過RS485、RS232或以太網(wǎng)接口互聯(lián)，總控RTU與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過4G/5G通訊無線互聯(lián)；e)總控RTU與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通訊遵循中國石油天然氣集團(tuán)有限公司或中國石油化工集團(tuán)有限公司通訊協(xié)議要求，具體以抽油機(jī)作業(yè)區(qū)塊所屬單位來實(shí)施；f)各組成單元應(yīng)具備可靠的保護(hù)接地裝置。7.3系統(tǒng)保護(hù)要求油田叢式井組抽油機(jī)變頻器接入直流母線供電系統(tǒng)應(yīng)具有以下保護(hù)功能：a)短路保護(hù)；b)過載保護(hù)；c)缺相保護(hù)；d)浪涌過電壓保護(hù)；e)電動(dòng)機(jī)繞組過溫閉鎖保護(hù)；f)停電恢復(fù)自動(dòng)延時(shí)再啟動(dòng)，其延時(shí)自啟動(dòng)應(yīng)能按給定的時(shí)間間隔動(dòng)作，此功能可作為選擇應(yīng)用；g)RTU具備掉電數(shù)據(jù)保存能力(保存時(shí)間根據(jù)用戶確定);具備功能記憶功能，能夠恢復(fù)至斷電前運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行。7.4系統(tǒng)功能要求7.4.1抽油機(jī)參數(shù)測試分布式RTU?~RTUn具備對(duì)所在抽油機(jī)、電動(dòng)機(jī)及變頻器運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測試功能，包括但不限于以下參數(shù)：a)直流母線電壓；b)直流母線輸入電流；c)變頻器輸出功率；d)變頻器運(yùn)行頻率；e)抽油機(jī)運(yùn)行位置檢測單元參數(shù)；f)抽油機(jī)負(fù)荷數(shù)據(jù)；g)抽油機(jī)位移數(shù)據(jù)。上述參數(shù)通過RS485、RS232或以太網(wǎng)接口上傳至總控RTU,并通過4G/5G通訊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中7.4.2抽油機(jī)工作狀態(tài)分析遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過總控RTU上傳的抽油機(jī)負(fù)荷數(shù)據(jù)、位移數(shù)據(jù)形成示功圖(見圖5),為抽油機(jī)監(jiān)控6維護(hù)人員分析抽油機(jī)工作情況提供分析依據(jù)，并以此設(shè)定抽油機(jī)單位時(shí)間內(nèi)沖次運(yùn)行參數(shù)。圖5抽油機(jī)典型示功圖7.4.3抽油機(jī)遠(yuǎn)程控制抽油機(jī)監(jiān)控維護(hù)人員依托示功圖數(shù)據(jù)分析，通過總控RTU、分布式RTU?~RTUn控制所在抽油機(jī)變頻器運(yùn)行頻率，進(jìn)而調(diào)整抽油機(jī)單位時(shí)間內(nèi)沖次，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)遠(yuǎn)程調(diào)控目標(biāo)。7.4.4抽油機(jī)井群控制抽油機(jī)監(jiān)控維護(hù)人員根據(jù)接入同一直流母線的抽油機(jī)示功圖，設(shè)定抽油機(jī)單位時(shí)間內(nèi)沖次、各抽油機(jī)之間互差角度，并通過4G/5G通訊向總控RTU發(fā)送控制指令，由總控RTU按照以下原則進(jìn)行控制：a)接入同一直流母線的抽油機(jī)數(shù)量為偶數(shù)(數(shù)量為N)時(shí)，抽油機(jī)運(yùn)行模式可以采用兩兩分組錯(cuò)峰、各組之間互差4π/N角度運(yùn)行，也可以采用互差2π/N角度錯(cuò)峰運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行方式根據(jù)直流母線電壓脈動(dòng)最小化原則來實(shí)施。b)接入同一直流母線的抽油機(jī)數(shù)量為奇數(shù)(數(shù)量為N)時(shí)，抽油機(jī)運(yùn)行模式采用互差2π/N角度錯(cuò)峰運(yùn)行。油田叢式井組抽油機(jī)變頻器接入直流母線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心原則是通過減小直流母線電壓脈動(dòng)來達(dá)到節(jié)能目的。8.1正常使用條件8.1.1工作溫度系統(tǒng)應(yīng)能在環(huán)境溫度應(yīng)在-40℃~40℃時(shí)按照額定功率連續(xù)運(yùn)行。8.1.2海拔條件最高海報(bào)1000m。當(dāng)運(yùn)行地點(diǎn)的海拔超過1000m或運(yùn)行地點(diǎn)的冷卻介質(zhì)及環(huán)境溫度隨海拔升高而下降時(shí)，其溫升限值的修正按GB/T755-2008中8.10的規(guī)定執(zhí)行。8.1.3濕度條件相對(duì)濕度應(yīng)不超過95%。8.2特殊使用條件裝置使用條件如不符合7.1的規(guī)定，在特殊條件使用時(shí)，制造方與用戶之間應(yīng)簽訂專門協(xié)議。79其他功能要求9.1網(wǎng)絡(luò)要求遠(yuǎn)程監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)要求包括以下幾點(diǎn)：a)內(nèi)部應(yīng)組建局域網(wǎng)絡(luò)，并有專人專職負(fù)責(zé)管理；b)保證互聯(lián)網(wǎng)與局域網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)與局域網(wǎng)之間用防火墻隔離，禁止外界用戶直接訪問局域網(wǎng)，以保障內(nèi)部局域網(wǎng)的安全；c)移動(dòng)部署網(wǎng)絡(luò)應(yīng)選擇交通較為方便的城市干道交匯區(qū)域，機(jī)房附近應(yīng)有電信企業(yè)官網(wǎng)或者光d)數(shù)據(jù)服務(wù)部署應(yīng)采用云服務(wù)、視頻服務(wù)部署應(yīng)采用本地服務(wù)。9.2服務(wù)器要求遠(yuǎn)程監(jiān)控中心服務(wù)器基本要求包括以下幾方面：a)宜對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器安裝服務(wù)器安全加固產(chǎn)品，提供如強(qiáng)身份鑒別、安全防護(hù)、強(qiáng)制訪問控制、安全審計(jì)、惡意代碼防范等安全防護(hù)；b)