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(dá)控制系統(tǒng)(mcc監(jiān)測管理系統(tǒng))迅速發(fā)展，鉆機(jī)井場規(guī)模也逐步擴(kuò)大，為了確保對(duì)鉆機(jī)井場智能馬達(dá)控制系統(tǒng)能耗實(shí)現(xiàn)可靠的監(jiān)控，需要設(shè)計(jì)一套專門的智能型馬達(dá)控制能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，本文介紹基于人機(jī)界面和pz48交流檢測儀表、acr330elh諧波儀表、acr120e電力儀表、ard3電動(dòng)機(jī)保護(hù)器[1]及開關(guān)量輸入模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的鉆井機(jī)場智能型馬達(dá)控制能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)采集總進(jìn)線回路、生活區(qū)負(fù)荷、軟啟動(dòng)回路、出線回路用電設(shè)備三相電壓、電流、功率、電能等參數(shù)并顯示、設(shè)備運(yùn)行故障的記錄、數(shù)據(jù)的存盤及導(dǎo)出，整個(gè)系統(tǒng)保證了鉆機(jī)井場智能馬達(dá)控制系統(tǒng)電網(wǎng)能耗自動(dòng)監(jiān)測管理水平，具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：鉆機(jī)井場、智能馬達(dá)控制系統(tǒng)、能耗監(jiān)測管理、人機(jī)界面
0 引言
目前大部分石油鉆機(jī)井場進(jìn)行能耗管理、獲取數(shù)據(jù)通常做法是采用各種儀器、儀表對(duì)能耗進(jìn)行計(jì)量，工作人員對(duì)儀器儀表采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場維護(hù)并統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致工作效率低，不能滿足大范圍的數(shù)據(jù)采集需要，同時(shí)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不、不及時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)不準(zhǔn)確的情況，為了能更好完成能耗統(tǒng)計(jì)、分析、，需要建立一套的自動(dòng)化能源消耗數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的能源供應(yīng)、能耗設(shè)備運(yùn)行及能耗情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測管理，以便用戶實(shí)時(shí)掌握能源消耗狀況，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，為實(shí)現(xiàn)能耗管理自動(dòng)化打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，因此，隨著鉆機(jī)井場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，為鉆機(jī)平臺(tái)智能馬達(dá)控制系統(tǒng)提供可靠的能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，對(duì)保證鉆井機(jī)場的安全運(yùn)行有著重要的意義，對(duì)鉆機(jī)井場節(jié)能降本也具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
本文以鉆機(jī)井場智能馬達(dá)控制系統(tǒng)能耗監(jiān)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(dòng)機(jī)保護(hù)器及開關(guān)量輸入模塊等設(shè)計(jì)一套智能智能馬達(dá)控制能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)應(yīng)用于鉆井機(jī)場中，對(duì)鉆機(jī)井場用電設(shè)備提供高質(zhì)量電網(wǎng)電能并對(duì)系統(tǒng)能耗實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、管理。
1、用戶需求
為了對(duì)鉆機(jī)井場智能馬達(dá)控制系統(tǒng)的能耗進(jìn)行監(jiān)控管理，了解設(shè)備的電能質(zhì)量及用電情況，對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)提出以下需求：
實(shí)時(shí)顯示：
進(jìn)線柜：通過人機(jī)界面采集acr330elh諧波儀表三相有功功率、無功功率、功率因數(shù)、三相視在功率、電能以及對(duì)功率的zui大需量，直觀的表現(xiàn)出總電源進(jìn)線柜的負(fù)荷情況，同時(shí)采集諧波分次數(shù)據(jù)及總諧波含量，幫助用戶了解設(shè)備的電能質(zhì)量，找出不合理的用電設(shè)備，并且為治理方案提供準(zhǔn)確、有價(jià)值的依據(jù)；
生活區(qū)負(fù)荷：主要利用acr120e電力儀表采集生活區(qū)用電設(shè)備三相電流、電壓、有功功率、視在功率、功率因數(shù)、電能參數(shù)并在人機(jī)界面顯示，為用戶的電量計(jì)量提供數(shù)據(jù)；
軟啟動(dòng)柜：利用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器ard3對(duì)回路進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測和電機(jī)保護(hù)，主要采集系統(tǒng)三相電流、電壓、頻率、有功功率、無功功率以及功率因數(shù)傳輸給人機(jī)界面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，幫助用戶準(zhǔn)確了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及負(fù)荷情況，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的過載保護(hù)、不平衡保護(hù)、欠載保護(hù)、接地保護(hù)等，將出現(xiàn)的故障信息傳輸給人機(jī)界面顯示，用于故障報(bào)警與故障記錄，實(shí)時(shí)了解運(yùn)行中出現(xiàn)的故障便于及時(shí)處理；
出線柜：通過pz48交流儀表采集出線柜單個(gè)回路的單相交流電流值，根據(jù)系統(tǒng)電流值計(jì)算設(shè)備回路的功率，用于分析比對(duì)；
曲線顯示：
主要顯示進(jìn)線柜及生活區(qū)負(fù)荷三相電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線，便于用戶實(shí)時(shí)了解總負(fù)荷變化、生活區(qū)負(fù)荷變化及驅(qū)動(dòng)回路用電設(shè)備負(fù)荷變化，對(duì)各用電設(shè)備能耗實(shí)現(xiàn)監(jiān)測管理；
數(shù)據(jù)存盤：完成對(duì)各個(gè)進(jìn)線柜、軟啟動(dòng)柜、出線柜電壓、電流、功率等參數(shù)的存盤功能，并自動(dòng)生成符合客戶管理需求的存盤數(shù)據(jù)，用戶能夠在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)查詢，便于了解設(shè)備當(dāng)前及歷史運(yùn)行狀況。
數(shù)據(jù)導(dǎo)出:實(shí)現(xiàn)各儀表參數(shù)按照客戶要求的時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)、手動(dòng)導(dǎo)出，導(dǎo)成excel形式到u盤，供客戶對(duì)運(yùn)行設(shè)備的三相電壓、電流、功率、電能等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、打印。
2、項(xiàng)目介紹
智能型智能馬達(dá)控制能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)能夠通過使用電力自動(dòng)化儀表來分項(xiàng)監(jiān)測各區(qū)域的設(shè)備用電情況，通過集中采集顯示終端來實(shí)時(shí)顯示并存儲(chǔ)，zui后導(dǎo)出一個(gè)工作周期的所有數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)分析和制作數(shù)據(jù)圖表，為在鉆井隊(duì)從開鉆到完鉆提供分析能耗的依據(jù)，從而解決能耗匹配的問題，該項(xiàng)目基于用戶對(duì)鉆機(jī)井場智能型智能馬達(dá)控制能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的需求，采用昆侖通態(tài)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(dòng)機(jī)保護(hù)器ard3-100a/cusr及開關(guān)量輸入模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)總負(fù)荷、生活區(qū)負(fù)荷及驅(qū)動(dòng)回路用電設(shè)備運(yùn)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(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示、數(shù)據(jù)存盤、導(dǎo)出功能，并對(duì)設(shè)備的過載、不平衡、欠載、接地等故障進(jìn)行故障報(bào)警與記錄，既能保證鉆機(jī)井場智能馬達(dá)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，又能對(duì)用電系統(tǒng)的能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測管理[2]。
3、設(shè)計(jì)方案
3.1參考標(biāo)準(zhǔn)
gb/t3797-2008 《電氣控制設(shè)備》
gb/t11022-1999 《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》
20077566-q-604 《工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品安全要求第1部分:總則》
20077556-q-604 《工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)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(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與集成及產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換》
dl/t 814-2002 《配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范》
dl/t634-2002 《遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備和系統(tǒng)傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)》
dl/t645-2007 《電網(wǎng)電能質(zhì)量管理分析》
dl/t721-2000 《電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端》
3.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備主要包括人機(jī)界面、acr330elh網(wǎng)絡(luò)諧波儀表、acr120e網(wǎng)絡(luò)電力儀表、pz48交流檢測儀表、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器ard3、開關(guān)量輸入模塊及開關(guān)電源，通過屏蔽雙絞線連接至集中采集顯示終端，對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、實(shí)時(shí)顯示、參數(shù)存盤、故障記錄，實(shí)現(xiàn)智能型智能馬達(dá)控制系統(tǒng)的能耗監(jiān)測管理，系統(tǒng)總體架構(gòu)如下圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
3.3 主要設(shè)備清單
序號(hào)
名稱
型號(hào)、規(guī)格
單位
廠家
1
觸摸屏
tpc7062kx
只
昆侖通態(tài)
3
網(wǎng)絡(luò)電力儀表
acr120e、acr330elh（帶諧波功能）
只
安科瑞
4
智能電測儀表
pz48-ai/c
只
安科瑞
5
智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器
ard3-100a/cusr
只
安科瑞
6
開關(guān)量輸入模塊
wp8026adam
只
緯樸電氣
7
開關(guān)電源
ac220v轉(zhuǎn)dc24v
只
華力電子
8
智能型馬達(dá)控制能耗監(jiān)測軟件
mcc監(jiān)測管理軟件
套
安科瑞
表1 設(shè)備清單表
3.4 產(chǎn)品介紹
1. 網(wǎng)絡(luò)電力儀表
(1) 型號(hào)：acr120e
圖2 acr120e外形圖
技術(shù)指標(biāo)
輸入電壓額定值：ac100v、400v
電壓功耗：<0.2va
電流阻抗：>200kω
電能脈沖：2路脈沖輸出，10000、40000、160000imp/kwh
工頻耐壓：2kv/1min交流值
環(huán)境溫度：工作：-10~+55℃，存貯：-25~+70℃
海拔：≦2000米
(2) 型號(hào)：acr330elh（帶諧波功能）
圖3 acr330elh外形圖
技術(shù)指標(biāo)
輸入電流過負(fù)荷：1.2倍持續(xù)，瞬時(shí)10倍/10秒
電流額定值：ac1a、
頻率：50 ± 5hz，60 ±5hz
電源功耗：<1w
工頻耐壓： 2kv/1min交流值
精度等級(jí)：電流、電壓：0.2級(jí)，功率、有功電能：0.5級(jí)，頻率：0.05hz
無功電能：1級(jí)
抗干擾能力：符合gb6162
環(huán)境濕度：≦95%rh，不結(jié)露，無腐蝕性氣體場所
2. 智能電測儀表
(1) 型號(hào)：pz48-ai/c
圖4 pz48-ai/c外形圖
技術(shù)指標(biāo)
輸入標(biāo)稱值：電壓：100v、220v、380v；電流：1a、
工作溫度：lcd顯示：-10℃~+45℃；led顯示：-10℃~+55℃
儲(chǔ)存溫度：-20℃~+70℃
相對(duì)濕度：≤93%rh，不結(jié)露，無腐蝕性氣體場所
工頻耐壓：電源/輸入/輸出之間2kv/1min
精度等級(jí)：電流、電壓：0.2級(jí)，功率、有功電能：0.5級(jí)，頻率：0.05hz
無功電能：1級(jí)
海拔高度：≤2500m
3. 智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器
(1) 型號(hào)：ard3-100a/cusr
圖5 ard3外形圖
技術(shù)指標(biāo)
保護(hù)器輔助電源：ac/dc 110 / 220v，ac 380v，功耗 15va
電機(jī)額定工作電壓：ac220v / 380v / 660v，50hz / 60hz
開關(guān)量輸入：8 路無源干結(jié)點(diǎn)（8