一种断杆保护方法及马达保护器技术

本发明专利技术涉及一种断杆保护方法及马达保护器，断杆保护方法，步骤为：检测一个工作循环中电机的发电功率和用电功率；若一个工作循环中电机的负功率含量超出整定值，则判断出现断杆故障，执行相应保护动作。本发明专利技术研究并发现了负功率含量在正常与故障之间存在着显著差异，利用该差异可诊断抽油杆断杆故障，从而实现准确的断杆故障判断。

【技术实现步骤摘要】
一种断杆保护方法及马达保护器
本专利技术马达保护器领域，特别是一种断杆保护方法及具有断杆保护功能的马达保护器。
技术介绍
油田抽油机在原油生产中以电动机为动力带动抽油杆上下运动将原油抽出。工作中抽油杆磨损可能发生断杆故障，使抽油机失去抽油作用并浪费电能。目前，针对断杆故障，处理方式包括两种：第一，采用示功图法检测断杆故障。通过示功图分析可知抽油机负荷的变化，进而判断抽油杆是否正常。但是，示功图检测需要人工操作，检测时临时停止抽油机安装传感器及仪表，费时费力，而且每月才会检测一次，导致无法及时发现并且处理断杆故障。第二，采用自动在线检测的方式。自动在线检测是通过安装在抽油机上的专用设备来实现，该设备一直监测抽油机运行状态，一旦检测到故障，会自动发出停机信号并报警。自动检测的方式包括:电流检测，功率检测和功率因数检测。电流、功率和功率因数的检测的局限在于正常与断杆之间，这些参数的变化并不明显，地下条件的变化还带来电机电流的变化，这些因素会对断杆故障的判断带来干扰，减少这种干扰需要引入更多的电力参数来寻找断杆与这些参数值之间的关系。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种断杆保护方法及马达保护器，用于解决现有技术中断杆保护检测不准确的问题。本专利技术的方案包括：一种断杆保护方法，步骤如下：马达保护器检测一个工作循环中电机的发电功率和用电功率，以发电功率为负功率，以用电功率为正功率，从而计算负功率含量；若一个工作循环中电机的负功率含量超出整定值，则判断出现断杆故障，执行相应保护动作。本专利技术的方案还包括一种马达保护器，包括处理器和存储器，所述处理器执行存储于所述存储器中的程序，以实现如下方法：检测一个工作循环中电机的发电功率和用电功率，以发电功率为负功率，以用电功率为正功率，从而计算负功率含量；若一个工作循环中电机的负功率含量超出整定值，则判断出现断杆故障，执行相应保护动作。作为一种断杆保护方法及马达保护器的进一步改进，一个工作循环中电机的负功率和正功率的计算公式为：其中，P－、P+为一个工作循环中电机的负功率和正功率，N为一个工作循环中的采样点数，k为采样点计数值，uk，ik为采样点电压、电流。作为一种断杆保护方法及马达保护器的进一步改进，负功率含量NP表示为：作为一种断杆保护方法及马达保护器的进一步改进，当断杆保护软压板投入且一个工作循环中电机的负功率含量超出整定值时，经过保护延时，执行保护动作。本专利技术的有益效果包括：本专利技术研究并发现了电机功率负功率含量在正常与故障之间存在着显著差异，利用该差异可诊断抽油杆断杆故障，从而实现准确的断杆故障判断。附图说明图1是实施例1的保护逻辑图；图2正常油井电平衡曲线图；图3是故障油井电平衡曲线图。具体实施方式下面结合附图进行说明。本专利技术方法的基本构思是：若一个工作循环中电机的负功率含量超出整定值，则判断出现断杆故障，执行相应保护动作。本专利技术的方法可以集成在马达保护器中。例如，以软件的形式存储于马达保护器的存储器中，马达保护器在运行时，其处理器调用所述软件以实现本专利技术的方法。实施例1上述一个工作循环是指抽油机的一个工作循环，包括上冲程和下冲程。其中，电机存在用电和发电两种状态，电动机状态作正功，发电机状态作负功，发电和用电的比例可以通过负功率含量NP来定义：式中P-、P+为一个工作循环中电动机的负功率和正功率。P－、P+为一个工作循环中电机的负功率和平均用电功率，N为一个工作循环中的采样点数，k为采样点计数值，uk，ik为采样点电压、电流。本实施例中，马达保护器持续监测电压和电流，然后对一个工作循环中的所有采样点，按照正功和负功，分别进行叠加；正功采样点叠加得到P+，负功采样点叠加得到P－，即得到了平均发电功率和平均用电功率，然后计算负功率含量。具体的，一个周波20ms(通过AD采样，AD数据采用平均值处理，采用数字滤波算法后，利用FFT计算出实部和虚部数据，计算出有功功率、无功功率等)内计算出功率，一个工作循环内(如12000个周波)正有功功率累加，负有功功率累加，以得到正功率和负功率。抽油机调平衡后，可控制负功率含量在-6％以内。当抽油机发生断杆故障时，上冲程时电动机负载由于断杆会降低，抽油机产生失衡。断杆故障后负功率含量显著提高。因此，基于负功率含量的方法可以检测断杆故障。如图1所示，当断杆保护软压板投入且一个工作循环中电机的负功率含量超出整定值时，经过保护延时，执行保护动作，即进行跳闸。下面结合具体实验数据对本专利技术的效果和原理进行进一步的说明。抽油机断杆故障时，电压、电流、功率、功率因数等变化不明显，只有整个过程中负功率含量变化明显，故可以通过负功率含量变化来判断“断杆故障”。油田抽油机通过电动机拖动工作，工作时根据抽油机驴头和抽油杆的上下运动分为上冲程和下冲程。上冲程时，电动机转动和平衡块重力下移带动驴头、抽油杆上移，原油被抽出。下冲程时，平衡块在下死点的动能和抽油杆柱下落的势能使驴头下移带动电动机旋转，电动机发电。当平衡块移过下死点从低处再向高处上升时，需要电动机带动，电动机又从发电转为用电带动平衡块继续上升到上死点实现平衡块的势能存储，为下一个工作循环作准备。因此，抽油机在一个工作循环中电动机存在用电和发电两种状态，电动机作正功，发电机作负功，发电和用电的比例通过负功率含量NP来定义：负功率含量衡量了抽油机电能利用率，显然，其值越高(绝对值，下同)，电能利用率就越低。为了提高电能利用率，避免电能、机械能、电能之间的来回转换带来损失，负功率含量越小越理想，这需要调整平衡块的重量和位置来调节抽油机的平衡。受复杂地下条件及系统时变影响，抽油机调平衡后，可控制负功率含量在-6％以内。图2给出了一个实测的正常油井电力负荷曲线。图中，P功率、U为电压、I为电流、PF为功率因数。表1给出了正常油井数据。由图2可见，在下冲程时功率曲线出现了负功，表1可见，负功率含量NP＝-4.88％。表1正常油井数据U(V)I(A)P(kW)PFNP(％)215.736.43.0210.423-4.88同一口油井出现断杆故障后，实测电平衡曲线见图2。故障油井数据见表2。由图3可见，当抽油机发生断杆故障时，上冲程时电动机负载由于断杆会降低，抽油机产生失衡。此时轻载使平衡块加速向下运动拖动轻载电动机旋转使电动机发电，体现在上冲程时功率曲线的负功增加。下冲程时，由于断杆，平衡块不能再借助抽油杆的下移做功带动其上移，只能依靠电动机做正功来带动其上移，体现在下冲程时功率曲线中的负功消失。通过正常井与故障井图表数据的对比可见，断杆故障后电流数据变化不明显，具有显著差异的数据只有负功率含量，如本例中断杆NP＝-32.4％，正常时NP＝-4.88％。因此，基于负功率含量的方法可以检测断杆故障。表2故障油井数据U(V)I(A)P(kW)PFNP(％)214.336.82.1420.395-32.34作为其他实施方式，负功率含量NP也可以通过其他公式来定义，例如表示为负功与正功的比例。另外，P－和P+，即一个工作循环中电动机的负功率和正功率定义为一个工作循环中的累计负功率和累计正功率的时候，P－和P+的计算公式为式子2到式子4均去掉等号后面的1/N，得到的结果代入到式子1中，仍然得到和实施例1相同的计算结果。以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种断杆保护方法，其特征在于，步骤如下：检测一个工作循环中电机的发电功率和用电功率，以发电功率为负功率，以用电功率为正功率，从而计算负功率含量；若一个工作循环中电机的负功率含量超出整定值，则判断出现断杆故障，执行相应保护动作。

【技术特征摘要】
1.一种断杆保护方法，其特征在于，步骤如下：检测一个工作循环中电机的发电功率和用电功率，以发电功率为负功率，以用电功率为正功率，从而计算负功率含量；若一个工作循环中电机的负功率含量超出整定值，则判断出现断杆故障，执行相应保护动作。2.根据权利要求1所述的一种断杆保护方法，其特征在于，一个工作循环中电机的负功率和正功率的计算公式为：其中，P－、P+为一个工作循环中电机的负功率和正功率，N为一个工作循环中的采样点数，k为采样点计数值，uk，ik为采样点电压、电流。3.根据权利要求2所述的一种断杆保护方法，其特征在于，所述负功率含量NP表示为：4.根据权利要求1或2或3所述的一种断杆保护方法，其特征在于，当断杆保护软压板投入且一个工作循环中电机的负功率含量超出整定值时，经过保护延时，执行保护动作。5.一种马达保护器，包括处...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志伟，唐文正，张文萍，袁彩蝶，蔡元博，王世杰，张志强，
申请(专利权)人：河南森尼瑞电气有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41