一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為頁巖氣項(xiàng)目中的重要設(shè)備，電驅(qū)壓裂泵的大功率運(yùn)行問題一直受到高度重視。
[0003]單臺(tái)壓裂泵電機(jī)額定功率為4500KW，額定電流為1000A。當(dāng)壓裂施工，幾臺(tái)壓裂泵同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)帶來高負(fù)荷，這樣就對(duì)電網(wǎng)就有較高要求。如果電網(wǎng)不能夠承受大電流帶來的沖擊，將會(huì)造成高壓進(jìn)線開關(guān)柜跳閘，使整個(gè)壓裂機(jī)組處于癱瘓狀態(tài)，影響正常壓裂施工。如若高壓進(jìn)線開關(guān)柜保護(hù)設(shè)置不合理，就會(huì)對(duì)整個(gè)進(jìn)線電網(wǎng)造成沖擊，帶來極大危害，輕則造成設(shè)備損壞，重則可能會(huì)造成高壓事故。所以壓裂泵功率保護(hù)是生產(chǎn)過程中非常重要的一個(gè)問題。
[0004]現(xiàn)有的壓裂泵功率保護(hù)措施主要是在各個(gè)進(jìn)線開關(guān)柜設(shè)定保護(hù)值，當(dāng)電流過高時(shí)，將會(huì)跳閘達(dá)到對(duì)開關(guān)柜及電網(wǎng)保護(hù)的目的，這種保護(hù)方式的主要特點(diǎn):
O可靠性不高，個(gè)體差異大，每個(gè)開關(guān)柜保護(hù)參數(shù)設(shè)置都不同；
2)有效性較差，如若設(shè)置不合理，將不能夠跳閘保護(hù)；
3)保護(hù)恢復(fù)時(shí)間長，一旦跳閘保護(hù)后，需要人工對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行再次合閘，影響施工進(jìn)度。
[0005]因此研制一種針對(duì)壓裂泵電網(wǎng)進(jìn)線的功率限制保護(hù)替代傳統(tǒng)的設(shè)備跳閘保護(hù)將變得愈加重要和迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)裝置及方法，降低了功率超出電網(wǎng)額定功率發(fā)生的概率以及大功率對(duì)設(shè)備的損壞的概率。。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)裝置，它包括HM1、PLC、變頻器、壓裂泵、開關(guān)柜通訊裝置和報(bào)警裝置，所述的PLC的初始數(shù)據(jù)設(shè)置輸入端與HMI連接，PLC的實(shí)際功率采集端與開關(guān)柜通訊裝置連接，PLC的輸出端與變頻器連接，變頻器的變頻輸出端與壓裂泵連接；變頻器的電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出端與PLC連接，PLC的數(shù)據(jù)顯示輸出端與HMI連接，PLC的報(bào)警輸出端與報(bào)警裝置連接。
[0008]所述的HMI和PLC之間通過工業(yè)以太網(wǎng)連接。
[0009]所述的變頻器為中壓變頻器。
[0010]所述的PLC的初始數(shù)據(jù)設(shè)置輸入端接收的數(shù)據(jù)包括電網(wǎng)最大承受功率額定值和穩(wěn)定功率值。
[0011]一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)方法，它包括以下步驟:
51:在HMI上設(shè)置電網(wǎng)能承受的最大承受功率額定值和穩(wěn)定功率值；
52:PLC接收來自HMI的最大承受功率額定值和穩(wěn)定功率值； 53:PLC通過開關(guān)柜通訊裝置采集來自開關(guān)柜的實(shí)際功率數(shù)據(jù)；
54:PLC對(duì)采集到的實(shí)際功率數(shù)據(jù)和最大承受功率額定值進(jìn)行比較，包括高功率步驟和超高功率步驟，
所述的高功率步驟包括:若實(shí)際功率達(dá)到最大承受功率額定值的第一比例，PLC輸出功率高報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置；
所述的超高功率步驟包括:若實(shí)際功率達(dá)到最大承受功率額定值的第二比例，PLC會(huì)產(chǎn)生功率超高故障報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置，通過PID自動(dòng)調(diào)節(jié)壓裂泵的輸出泵沖；
所述的第二比例大于第一比例。
[0012]所述的超高功率步驟還包括功率鎖定子步驟:通過PID自動(dòng)調(diào)節(jié)的時(shí)候，不能夠增加壓裂泵泵沖；當(dāng)實(shí)際采集功率低于最大承受功率額定值的第二比例的時(shí)候，點(diǎn)擊設(shè)置在HMI上的功率鎖定解除按鈕，才能對(duì)壓裂泵泵沖進(jìn)行操作；當(dāng)實(shí)際采集功率高于最大承受功率額定值的第二比例的時(shí)候，點(diǎn)擊功率鎖定解除按鈕無效。
[0013]所述的第一比例為百分之八十五，所述的第二比例為百分之九十五。
[0014]所述的PID自動(dòng)調(diào)節(jié)為PLC控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:(I)本發(fā)明解決了功率超限引起開關(guān)柜跳閘后恢復(fù)時(shí)間長的技術(shù)問題，而且通過有效的PID自動(dòng)調(diào)節(jié)大大降低了功率超出電網(wǎng)額定功率發(fā)生的概率及大功率對(duì)設(shè)備的損壞的概率；(2)本發(fā)明針對(duì)電驅(qū)壓裂泵進(jìn)行設(shè)計(jì)，不但大大降低了經(jīng)濟(jì)成本，提高了壓裂效率，縮短了壓裂周期，而且能滿足經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)油氣藏的需要；(3)當(dāng)系統(tǒng)功率達(dá)到計(jì)算電網(wǎng)最大承受功率時(shí)，發(fā)出報(bào)警，并自動(dòng)對(duì)運(yùn)行中的壓裂泵泵沖進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，從而達(dá)到對(duì)系統(tǒng)功率的有效限制，使電網(wǎng)的功率將不會(huì)再繼續(xù)增加，準(zhǔn)確地控制功率不超限，達(dá)到對(duì)整個(gè)壓裂泵系統(tǒng)進(jìn)線電網(wǎng)實(shí)時(shí)安全保護(hù)的目的；(4)本發(fā)明具有可靠性高、保護(hù)范圍靈活、響應(yīng)速度快、維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)，能做到預(yù)防性前端控制，避免造成施工間斷。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)方框圖；
圖2為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:如圖1所示，如圖1所示，一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)裝置，它包括HM1、PLC、變頻器、壓裂泵、開關(guān)柜通訊裝置和報(bào)警裝置，所述的PLC的初始數(shù)據(jù)設(shè)置輸入端與HMI連接，PLC的實(shí)際功率采集端與開關(guān)柜通訊裝置連接，PLC的輸出端與變頻器連接，變頻器的變頻輸出端與壓裂泵連接；變頻器的電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出端與PLC連接，PLC的數(shù)據(jù)顯示輸出端與HMI連接，PLC的報(bào)警輸出端與報(bào)警裝置連接。
[0018]所述的HMI和PLC之間通過工業(yè)以太網(wǎng)連接。
[0019]所述的變頻器為中壓變頻器。
[0020]所述的PLC的初始數(shù)據(jù)設(shè)置輸入端接收的數(shù)據(jù)包括電網(wǎng)最大承受功率額定值和穩(wěn)定功率值。
[0021]PLC接收來自通過HMI設(shè)置的最大承受功率額定值和通過開關(guān)柜通訊裝置發(fā)送的實(shí)際功率，將兩者進(jìn)行比較:
若實(shí)際功率達(dá)到最大承受功率額定值的百分之八十五，PLC輸出功率高報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置；
若實(shí)際功率達(dá)到最大承受功率額定值的百分之九十五，PLC會(huì)產(chǎn)生功率超高故障報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置，并自動(dòng)調(diào)節(jié)壓裂泵的輸出泵沖。在自動(dòng)調(diào)節(jié)的時(shí)候，不能夠增加壓裂泵泵沖；當(dāng)實(shí)際采集功率低于最大承受功率額定值的第二比例的時(shí)候，點(diǎn)擊設(shè)置在HMI上的功率鎖定解除按鈕，才能對(duì)壓裂泵泵沖進(jìn)行操作；當(dāng)實(shí)際采集功率高于最大承受功率額定值的第二比例的時(shí)候，點(diǎn)擊功率鎖定解除按鈕無效。
[0022]所述的PLC可采用專利號(hào)為CN 202600428 U中的PLC可編程程序控制器。
[0023]如圖2所示，一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)方法，它包括以下步驟:
51:在HMI上設(shè)置電網(wǎng)能承受的最大承受功率額定值和穩(wěn)定功率值；
52:PLC接收來自HMI的最大承受功率額定值和穩(wěn)定功率值；
53:PLC通過開關(guān)柜通訊裝置采集來自開關(guān)柜的實(shí)際功率數(shù)據(jù)；
54:PLC對(duì)采集到的實(shí)際功率數(shù)據(jù)和最大承受功率額定值進(jìn)行比較，包括高功率步驟和超高功率步驟，
所述的高功率步驟包括:若實(shí)際功率達(dá)到最大承受功率額定值的第一比例，PLC輸出功率高報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置；
所述的超高功率步驟包括:若實(shí)際功率達(dá)到最大承受功率額定值的第二比例，PLC會(huì)產(chǎn)生功率超高故障報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置，通過PID自動(dòng)調(diào)節(jié)壓裂泵的輸出泵沖；
所述的第二比例大于第一比例。
[0024]所述的超高功率步驟還包括功率鎖定子步驟:通過PID自動(dòng)調(diào)節(jié)的時(shí)候，不能夠增加壓裂泵泵沖；當(dāng)實(shí)際采集功率低于最大承受功率額定值的第二比例的時(shí)候，點(diǎn)擊設(shè)置在HMI上的功率鎖定解除按鈕，才能對(duì)壓裂泵泵沖進(jìn)行操作；當(dāng)實(shí)際采集功率高于最大承受功率額定值的第二比例的時(shí)候，點(diǎn)擊功率鎖定解除按鈕無效。
[0025]所述的第一比例為百分之八十五，所述的第二比例為百分之九十五。
[0026]所述的PID自動(dòng)調(diào)節(jié)為PLC控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)裝置，其特征在于:它包括HM1、PLC、變頻器、壓裂泵、開關(guān)柜通訊裝置和報(bào)警裝置，所述的PLC的初始數(shù)據(jù)設(shè)置輸入端與HMI連接，PLC的實(shí)際功率采集端與開關(guān)柜通訊裝置連接，PLC的輸出端與變頻器連接，變頻器的變頻輸出端與壓裂泵連接；變頻器的電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出端與PLC連接，PLC的數(shù)據(jù)顯示輸出端與HMI連接，PLC的報(bào)警輸出端與報(bào)警裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)裝置，其特征在于:所述的HMI和PLC之間通過工業(yè)以太網(wǎng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)裝置，其特征在于:所述的變頻器為中壓變頻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)裝置，其特征在于:所述的PLC的初始數(shù)據(jù)設(shè)置輸入端接收的數(shù)據(jù)包括電網(wǎng)最大承受功率額定值和穩(wěn)定功率值。
5.一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)方法，其特征在于:它包括以下步驟: 51:在HMI上設(shè)置電網(wǎng)能承受的最大承受功率額定值和穩(wěn)定功率值； 52:PLC接收來自HMI的最大承受功率額定值和穩(wěn)定功率值； 53:PLC通過開關(guān)柜通訊裝置采集來自開關(guān)柜的實(shí)際功率數(shù)據(jù)； 54:PLC對(duì)采集到的實(shí)際功率數(shù)據(jù)和最大承受功率額定值進(jìn)行比較，包括高功率步驟和超高功率步驟， 所述的高功率步驟包括:若實(shí)際功率達(dá)到最大承受功率額定值的第一比例，PLC輸出功率高報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置； 所述的超高功率步驟包括:若實(shí)際功率達(dá)到最大承受功率額定值的第二比例，PLC會(huì)產(chǎn)生功率超高故障報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置，通過PID自動(dòng)調(diào)節(jié)壓裂泵的輸出泵沖； 所述的第二比例大于第一比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)方法，其特征在于:所述的超高功率步驟還包括功率鎖定子步驟:通過PID自動(dòng)調(diào)節(jié)的時(shí)候，不能夠增加壓裂泵泵沖；當(dāng)實(shí)際采集功率低于最大承受功率額定值的第二比例的時(shí)候，點(diǎn)擊設(shè)置在HMI上的功率鎖定解除按鈕，才能對(duì)壓裂泵泵沖進(jìn)行操作；當(dāng)實(shí)際采集功率高于最大承受功率額定值的第二比例的時(shí)候，點(diǎn)擊功率鎖定解除按鈕無效。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)方法，其特征在于:所述的第一比例為百分之八十五，所述的第二比例為百分之九十五。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)方法，其特征在于:所述的PID自動(dòng)調(diào)節(jié)為PLC控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電驅(qū)壓裂泵功率限制保護(hù)裝置及方法，方法包括以下步驟：S1：在HMI上設(shè)置電網(wǎng)能承受的最大承受功率額定值和穩(wěn)定功率值；S2：PLC接收來自HMI的最大承受功率額定值和穩(wěn)定功率值；S3：PLC通過開關(guān)柜通訊裝置采集來自開關(guān)柜的實(shí)際功率數(shù)據(jù)；S4：PLC對(duì)采集到的實(shí)際功率數(shù)據(jù)和最大承受功率額定值進(jìn)行比較，包括高功率步驟和超高功率步驟，所述的超高功率步驟包括：若實(shí)際功率達(dá)到最大承受功率額定值的第二比例，PLC會(huì)產(chǎn)生功率超高故障報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置，通過PID自動(dòng)調(diào)節(jié)壓裂泵的輸出泵沖。本發(fā)明具有可靠性高、保護(hù)范圍靈活、響應(yīng)速度快、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，能做到預(yù)防性前端控制，避免造成施工間斷。
【IPC分類】G05B19-05, G05F1-66
【公開號(hào)】CN104536368
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410824366
【發(fā)明人】王江陽, 馬雙富, 趙崇勝, 程明皓, 羅劍
【申請(qǐng)人】四川宏華電氣有限責(zé)任公司
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日