[发明专利]一种电驱压裂泵功率限制保护装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电驱压裂泵功率限制保护装置及方法。

背景技术

作为页岩气项目中的重要设备，电驱压裂泵的大功率运行问题一直受到高度重视。

单台压裂泵电机额定功率为4500KW，额定电流为1000A。当压裂施工，几台压裂泵同时满负荷运行时，会对电网带来高负荷，这样就对电网就有较高要求。如果电网不能够承受大电流带来的冲击，将会造成高压进线开关柜跳闸，使整个压裂机组处于瘫痪状态，影响正常压裂施工。如若高压进线开关柜保护设置不合理，就会对整个进线电网造成冲击，带来极大危害，轻则造成设备损坏，重则可能会造成高压事故。所以压裂泵功率保护是生产过程中非常重要的一个问题。

现有的压裂泵功率保护措施主要是在各个进线开关柜设定保护值，当电流过高时，将会跳闸达到对开关柜及电网保护的目的，这种保护方式的主要特点：

1）可靠性不高，个体差异大，每个开关柜保护参数设置都不同；

2）有效性较差，如若设置不合理，将不能够跳闸保护；

3）保护恢复时间长，一旦跳闸保护后，需要人工对开关柜进行再次合闸，影响施工进度。

因此研制一种针对压裂泵电网进线的功率限制保护替代传统的设备跳闸保护将变得愈加重要和迫切。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电驱压裂泵功率限制保护装置及方法，降低了功率超出电网额定功率发生的概率以及大功率对设备的损坏的概率。。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电驱压裂泵功率限制保护装置，它包括HMI、PLC、变频器、压裂泵、开关柜通讯装置和报警装置，所述的PLC的初始数据设置输入端与HMI连接，PLC的实际功率采集端与开关柜通讯装置连接，PLC的输出端与变频器连接，变频器的变频输出端与压裂泵连接；变频器的电机转速输出端与PLC连接，PLC的数据显示输出端与HMI连接，PLC的报警输出端与报警装置连接。

所述的HMI和PLC之间通过工业以太网连接。

所述的变频器为中压变频器。

所述的PLC的初始数据设置输入端接收的数据包括电网最大承受功率额定值和稳定功率值。

一种电驱压裂泵功率限制保护方法，它包括以下步骤：

S1：在HMI上设置电网能承受的最大承受功率额定值和稳定功率值；

S2：PLC接收来自HMI的最大承受功率额定值和稳定功率值；

S3：PLC通过开关柜通讯装置采集来自开关柜的实际功率数据；

S4：PLC对采集到的实际功率数据和最大承受功率额定值进行比较，包括高功率步骤和超高功率步骤，

所述的高功率步骤包括：若实际功率达到最大承受功率额定值的第一比例，PLC输出功率高报警信号至报警装置；

所述的超高功率步骤包括：若实际功率达到最大承受功率额定值的第二比例，PLC会产生功率超高故障报警信号至报警装置，通过PID自动调节压裂泵的输出泵冲；

所述的第二比例大于第一比例。

所述的超高功率步骤还包括功率锁定子步骤：通过PID自动调节的时候，不能够增加压裂泵泵冲；当实际采集功率低于最大承受功率额定值的第二比例的时候，点击设置在HMI上的功率锁定解除按钮，才能对压裂泵泵冲进行操作；当实际采集功率高于最大承受功率额定值的第二比例的时候，点击功率锁定解除按钮无效。

所述的第一比例为百分之八十五，所述的第二比例为百分之九十五。

所述的PID自动调节为PLC控制变频器调节电机转速。

本发明的有益效果是：（1）本发明解决了功率超限引起开关柜跳闸后恢复时间长的技术问题，而且通过有效的PID自动调节大大降低了功率超出电网额定功率发生的概率及大功率对设备的损坏的概率；（2）本发明针对电驱压裂泵进行设计，不但大大降低了经济成本，提高了压裂效率，缩短了压裂周期，而且能满足经济高效开发油气藏的需要；（3）当系统功率达到计算电网最大承受功率时，发出报警，并自动对运行中的压裂泵泵冲进行PID调节，从而达到对系统功率的有效限制，使电网的功率将不会再继续增加，准确地控制功率不超限，达到对整个压裂泵系统进线电网实时安全保护的目的；（4）本发明具有可靠性高、保护范围灵活、响应速度快、维护成本低的优点，能做到预防性前端控制，避免造成施工间断。

附图说明

图1为本发明装置结构方框图；

图2为本发明方法流程图。

具体实施方式