螺杆泵直驱控制系统培训(采油三厂)

1、螺杆泵直驱控制系统原理与应用DAQING OILFIELD POWERLIFT PUMP INDUSTRY CO.,LTD.螺杆泵直驱控制系统原理与应用螺杆泵地面直驱控制系统简介直驱控制系统原理与结构螺杆泵直驱反转释放控制介绍直驱控制柜操作说明直驱控制系统现场应用永磁无刷直流电机（BLDC）+专用驱动柜BLDC：Brushless Direct Current Motor系统构成：1、螺杆泵地面直驱控制系统简介永磁无刷直流电机（立式空心轴结构）专用控制柜1、螺杆泵地面直驱控制系统简介传统机械减速结构驱动头直驱驱动头1、螺杆泵地面直驱控制系统简介方卡子直流无刷电机封井器光杆直驱驱动头现场应用1、

2、螺杆泵地面直驱控制系统简介螺杆泵直驱系统与传统机械减速式驱动系统的比较特性直驱式传统机械式维护量由于不使用机械减速箱和皮带传动装置，使机械维护量大大降低需要周期性维护，为减速箱注油，更换传动皮带工作寿命较长较短效率高无机械减速装置，且永磁电机本身效率高低机械减速装置要消耗一部分功率，且异步电机由于功率因数运行效率较低驱动装置重量与体积重量与体积小驱动头简单，只有电机加上密封装置，且永磁电机在功率相同的前提下体积较小较大由于带机械减速装置，占地面积大而且重调速范围较宽可以在额定转速范围内平滑调速较窄要改变转速，只能更换传动皮带或配备异步电机变频器，且受机械减速箱的限制，调速范围较窄产生的电磁噪音

3、低较大机械减速装置产生较大噪音制造成本较高由于电机采用永磁体，因而电机制造成本较高，且必须配备相应的控制器较低异步电机和减速装置成本较低，380V常用异步电机变频器价格也较低系统保护性能可通过控制器自动改变加在泵杆上的扭矩大小，有效保护螺杆泵，防止断杆、油井抽空等故障出现由于泵杆的速度总是保持不变，无法降速，即无法限制泵杆的扭矩，易造成扭断泵杆、井下螺杆泵定子脱落、减速器内齿轮断裂、烧坏电机等故障系统控制要求必须依靠控制器才能使电机运转，借助控制器可以调速控制对于恒速运行不需要控制器，如果需要调节速度则需要配备相应的控制器1、螺杆泵地面直驱控制系统简介输入电压范围：交流380V10%输出扭矩：

4、800-2300N.m调速范围：0-150转/分过载转矩倍数：2倍（0-50%额定转速范围）效率：额定效率91%，工作调速范围内效率大于85%功率因数：工作调速范围内大于0.9环境条件：35+50，户外型 力神直驱技术参数：1、螺杆泵地面直驱控制系统简介1、螺杆泵地面直驱控制系统简介产品特点：采用无外部传感器控制器，系统运行可靠性高，投产调试操作简单；采用双重反转控制方式，提高了直驱的安全可靠性；驱动头采用机械密封上置结构，维护简单。力神泵业直驱装置规格直驱驱动头规格功率(kW)机座号额定输出扭矩(N.m)对应泵型专用控制柜规格LBQ13.4-28FDL13.4280800120/200/30

5、0GLBK-Z-17LBQ17.3-28FDL17.31000400LBQ21.2-28FDL21.21350500GLBK-Z-30LBQ30-28FDL303151800800LBQ37-38FDL3723001200GLBK-Z-371、螺杆泵地面直驱控制系统简介1、螺杆泵地面直驱控制系统简介序号使用单位应用数量（套）总数量（套）1采油一厂1402采油二厂93采油四厂24采油五厂145采油六厂26出口非洲乍得油田67江苏油田6应用数量2、直驱控制系统原理与结构1）永磁无刷直流电机电机特点：永磁无刷直流电机是采用电子换向控制器替代了传统直流电动机依靠电刷换向的一种电机，需专用控制器控制才能

6、正常旋转，加普通三相交流电电机无法正常运转。特性上与传统直流电机几乎相似，输出机械特性硬，过载能力强。结构简单，可靠性高。 2、直驱控制系统原理与结构结构：定子（三相绕组）、转子（表面贴稀土永磁块）、结构支撑体1）永磁无刷直流电机定子结构采用叠片结构并在槽内敷设绕组的方式 定子绕组（三相星形方式连接）BLDC电机定子（结构与普通异步电机相似）2、直驱控制系统原理与结构1）永磁无刷直流电机2、直驱控制系统原理与结构转子结构将永磁体贴装在非导磁材料表面极对数：12对磁性材料：銣铁硼稀土材料磁性材料耐温等级：180 转子表贴永磁体（转子中间为空心轴）1）永磁无刷直流电机永磁体2、直驱控制系统原理与结

7、构BLDC电机的转矩/转速特性1）永磁无刷直流电机在连续工作区，电机可被加载直至额定转矩Tr。在电机起停阶段，需要额外的力矩克服负载惯性。这时可使其短时工作在短时工作区，只要其不超过电机峰值力矩Tp且在特性曲线之内即可。转矩/转速特性2、直驱控制系统原理与结构2）直驱控制柜结构柜体外部主要部件铭牌交流能耗制动电阻箱制动单元外接电阻箱门锁空气开关吊环防雨盖安全标识2、直驱控制系统原理与结构2）直驱控制柜结构控制器电源输入端子（三相四线制L1、L2、L3、N）输出端子(U、V、W)交流接触器空气开关电流和转速显示表按钮和指示灯制动单元柜体内部主要部件3）直驱控制器2、直驱控制系统原理与结构系统图2

8、、直驱控制系统原理与结构改变加在电机绕组上的电压，即可改变驱动头的转速3）直驱控制器调速原理2、直驱控制系统原理与结构3）直驱控制器主回路原理图主回路结构与普通变频器完全相同，不同之处：(1)增加转子位置检测及处理电路 (2)控制方法不同2、直驱控制系统原理与结构每次换相，只有两项绕组通电，另外一个绕组不通电。共有6个换相状态，不断重复。3）直驱控制器换相旋转原理2、直驱控制系统原理与结构3）直驱控制器位置检测原理电机三相绕组两两导通，另外一相不导通。永磁转子旋转时会在不通电相绕组上感应出交变电动势。电动势过零点延时30就是控制器换相点。启动时需要尝试定位转子位置，需要运行特殊的定位程序。控制

9、器与电机之间的接线也必须保证一一对应，否则电机无法正常启动。3、螺杆泵直驱反转释放控制介绍1）螺杆泵停机产生反转原因：驱动头抽油杆泵套管油管初始液位差H地面油管杆柱弹性形变恢复井液回流使螺杆泵变成液压马达3、螺杆泵直驱反转释放控制介绍2）直驱与普驱反转控制区别：直驱在较短的时间内，利用电磁方式将螺杆泵采油系统中蓄积的势能转换为热能释放掉，保证操作人员安全；普驱则是利用棘轮棘爪结构强制驱动头停止反转，反转能量无法短时释放，存在安全隐患。直驱实现了反转能量的可控释放，而普驱则是依靠螺杆泵系统自身缓慢自然释放。直驱具备多步反转释放方式，能够实现可靠停机。3、螺杆泵直驱反转释放控制介绍3）直驱反转释放

10、控制方式：第一步：电磁牵制第二步：交流能耗制动第三步：机械制动供电正常情况下：第一步 第二步 第三步突然断电情况下：第二步 第三步3、螺杆泵直驱反转释放控制介绍4）电磁牵制原理：在驱动头反转发电过程中，在电机绕组上施加电压，产生阻碍转子反向旋转的定子磁场，使转子旋转速度受到控制。3、螺杆泵直驱反转释放控制介绍5）交流能耗制动原理：其中：Q 控制柜内空气开关KM 控制柜内交流接触器Rz 控制柜内反转制动电阻 M 驱动头永磁无刷直流电机本质：将势能转换为电能，通过制动电阻发热释放掉。3、螺杆泵直驱反转释放控制介绍6）机械制动原理：依靠电磁释放存在的问题：如果驱动头与控制柜之间的动力电缆意外被切断，

11、或控制制动电阻切换的交流接触器常闭辅助触点机械动作失效，就会使整个系统无法形成有效的制动回路，导致反转释放处于失控状态。目前正在设计电磁制动+机械制动双重防反转螺杆泵永磁直驱驱动装置，在现有直驱电机主轴上安装速度控制器，通过机械式和电阻式防反转控制的双重作用，提高直驱应用的安全性。4、直驱控制柜操作说明1）简易操作面板操作说明（方便采油工操作）电机电流电机实时转速运行指示灯故障指示灯启动按钮停止按钮加减速按钮序号名称功能说明1“电流”数码显示显示控制器当前运行电流值（单位：安培）2“速度”数码显示显示驱动头当前运行转速（单位：RPM 转/分）3“运行”绿色指示灯驱动头运行时常亮，停止后熄灭，停

12、机过程中闪烁显示4“故障”红色指示灯系统出现故障时点亮5“停止”按钮驱动头运行时长按此按钮2秒电机开始减速停机6“启动”按键按此按钮驱动头开始加电运行7“减速”按钮驱动头运行时按此按钮可降低电机目前转速8“加速”按钮驱动头运行时按此按钮可降低电机目前转速4、直驱控制柜操作说明2）控制器操作面板操作说明（用于投产和故障处理）序号名称功能说明1“菜单号”数码显示显示系统的菜单号2“参数值”数码显示显示当前菜单所对应的参数值3“运行/停止”指示灯电机运行时闪烁，停止后熄灭4“故障”指示灯系统故障时点亮5“运行”按键按此键电机运行6“停止/复位”按键电机运行时长按此键2秒停机；故障复位7“取消”按键任

13、何状态按此键回到默认界面；取消参数设置8“确认”按键确认参数设置9“向前”按按键菜单向前翻页10“向后”按键菜单向后翻页11“+”按键参数值增加12“-”按键参数值减少4、直驱控制柜操作说明2）控制器操作面板操作说明（用于投产和故障处理）正常运行时，长按停止键2-3秒后松开，驱动头开始缓慢减速故障时，按该键使控制器复位按下运行键，控制柜内接触器吸合，驱动头电机上电，电机开始缓慢加速 故障时点亮电机运行时闪烁，停止后熄灭显示系统的菜单号正常显示当前菜单号所对应的参数值故障时显示对应故障代码4、直驱控制柜操作说明（1）参数分类：监控参数：菜单号：100-114号，只能查看，不可更改。控制参数：20

14、0-223号，500-711，可查看，部分停机时可更改，运行时无法更改。保护参数：300-306号，可查看，运行时可更改。故障参数：400-456号，只能查看，不可更改。3）控制器操作面板菜单说明参数号（三位数）参数号对应参数值4、直驱控制柜操作说明3）控制器操作面板菜单说明（2）监控参数查看方法：按键参数号自动递增，按键参数号自动递减。在非参数修改状态下，只能查看100-107参数按取消键返回101号默认界面，或者在键盘一分钟无操作后返回到默认界面 （3）监控参数列表（100-114）菜单号参数单位缺省值最小值最大值设定说明参数说明100rpm8030150设置驱动头目标转速在参数502设置

15、为1时，可按+、-键直接设置101rpm009999当前驱动头实际转速（缺省界面）正常待机或运行时界面，操作键1分钟无动作后自动切换到该界面102A009999当前电机电流驱动头电机实际电流103Kw009999当前电机输出功率电机实际消耗功率104 Nm009999当前电机输出转矩电机轴输出转矩105V009999当前输入电压指电网侧的三相输入电压值106%00100当前输出电压比电机当前电压值与额定满负荷输出电压值的比值107C009999当前控制器温度判断控制柜内散热是否正常108* 00111霍尔输入状态如出现000、111则表示霍尔输入信号有故障109* 001111数字输入状态判断

16、简易操作面板的启动、停止按钮信号是否正常110* 00111继电器输出状态判断控制器输出控制继电器是否损坏111小时009999驱动器通电时间最近一次控制器上电后到现在累计时间112小时009999驱动器累计运行时间最近一次控制器上电后到现在，控制器累计运行时间113秒6009999剩余自动起动时间该功能已经禁止114*009999软件版本号控制器控制程序软件版本号4、直驱控制柜操作说明3）控制器操作面板菜单说明正常监控状态下，只能查看100-107对应的参数值。只有当、确认键三个键同时按下时才能查看所有监控参数（4）控制参数查看及修改说明4、直驱控制柜操作说明3）控制器操作面板菜单说明1、同

17、时按下这三个键，才能查看和修改所有参数中途需要放弃修改，可按此键回到初始参数值 2、按、键选择要修改的参数3、可修改对应参数号的参数值 4、按该键设定最终参数值 （5）控制参数列表（200-223：一般控制参数）4、直驱控制柜操作说明3）控制器操作面板菜单说明菜单号参数单位缺省值最小值最大值设定说明参数说明200* 800205参数值设置电机目标转速与100号参数功能相同201* S6009999故障后自动复位延时时间本功能已禁止202*1009999故障后自动复位次数203* 001是否允许上电自动起动（0：是；1：否）本功能已禁止204* S6009999上电自动起动延时时间205* rp

18、m150100150最高转速设置驱动头所能运行的最高转速限制206* rpm100205参数值电机最低运行转速驱动头所能运行的最低转速限制207* S600300加减速时间驱动头加减速过程中的时间208* rpm1501150电机额定转速默认150转/分，一般不需要修改209*12130电机极对数该参数为12，请不要修改210*102控制模式（0:开环；1:有位置；2：无位置）有霍尔设置1，无霍尔设置2211*101电机停止方式（0：自由 1：斜坡）仅能选择斜坡方式212*001恢复出厂设置设置成1恢复出厂值220* A3005000模拟输出1最小电流投产时不用修改，保持默认值即可221* A

19、40001000模拟输出1最大电流222* rpm001000模拟输出2最小速度223* rpm34001000模拟输出2最大速度（6）控制参数列表（700-711）4、直驱控制柜操作说明3）控制器操作面板菜单说明菜单号参数单位缺省值最小值最大值设定说明参数说明700*A30.0050.0无传感器开始磁场对直电流命令设置成30A701*%0.0600.1无传感器开始磁场对直电压限制设置成0.6702* rpm7180无传感器开环运行最高运行速度设置成7-10转/分703*S3.01100无传感器运行检测到正确运行的次数切换时间 2-3S704*%0.0600.1无传感器运行最低电压限制此值设置

20、与701相同705*002无传感器运行状态0：开环；2：闭环 无霍尔运行设置成0706*019999无传感器运行检测次数监视参数，无法修改707*019999无传感器运行速度计算监视参数，无法修改708*005无传感器运行时显示501设置值监视参数，无法修改709*0-9999999无传感器运行时显示503设置值监视参数，无法修改710*0-9999999备用监视参数，无法修改711*% 5.0010.0反转起动电压最小值 根据反转速度快慢来设定（7）保护参数列表（300-306：保护参数）4、直驱控制柜操作说明3）控制器操作面板菜单说明（8）故障参数列表（400-456）4、直驱控制柜操作说

21、明3）控制器操作面板菜单说明故障复位操作方法：按下控制器操作面板上的停止/复位按钮进行故障复位操作，若故障持续存在，则维持显示故障码。故障码及说明见后续现场应用部分。 5、直驱控制系统现场应用1）现场安装调试所需工具：(1)12”活口扳手拆卸驱动头接线盒盖及盒内三相电缆连接(2)PH2*160mm十字螺丝刀控制柜侧电缆连接(3)16mm2冷压端子钳三相电缆端子压接(4)FLUKE数字万用表测量电源电压 5、直驱控制系统现场应用2）现场安装前应检查以下部件：(1)直驱驱动头五种功率规格序号额定功率（kW）额定转速(rpm)额定输出扭矩（N.m）113.40-150800217.00-150100

22、0321.20-1501350430.00-1501800537.00-15023005、直驱控制系统现场应用2）现场安装前应检查以下部件：(2)专用控制柜检查发货到现场的控制柜铭牌容量是否与驱动头功率相匹配。控制柜铭牌容量功率应大于或等于驱动头永磁电机铭牌额定功率。控制柜分三种规格：17kW、30kW、37kW。序号型号适配电机功率（kW）额定转速(rpm)1GLBK-Z-1713.4、170-1502GLBK-Z-3021.2、300-1503GLBK-Z-37370-150直驱专用控制柜规格5、直驱控制系统现场应用2）现场安装前应检查以下部件：专用控制柜铭牌说明出厂编号：示例：10080

23、01 前两位表示年份，中间两位代表月份01-12，后三位表示该月的第几台 适配电机功率：该型号控制器能够拖动的电机额定功率最大值 额定输入：指该型号控制器正常工作时需要的额定输入电压、输入电流和频率。如：3PH AC 380V 45A 50/60Hz 其中3PH AC 380V指额定输入电压，45A是控制器带额定负载时的输入电流，50/60Hz是输入电源的频率。 额定输出：指额定负载状态下，该型号控制器的输出额定容量、电压、输出电流，示例：17kVA 36A 380V 其中：17kVA表示额定容量，36A额定输出电流，380V额定输出电压 产品型号：GLBK - Z - 17 螺杆泵控制柜 直

24、驱 适配电机功率5、直驱控制系统现场应用2）现场安装前应检查以下部件：(1)连接控制柜与驱动头的铝芯电缆规格：功率为13.4、17.0、21.2kW的驱动装置：3*16mm2+1*10mm2，长度：15米（力神发货）功率为30.0、37.0kW的驱动装置：3*25mm2+1*16mm2，长度：15米（力神发货）(2)铜压线端子规格：SC16-8/SC25-10，数量：10个（力神服务人员提供） 5、直驱控制系统现场应用3）现场接线说明：（1）确认井场安装的驱动头永磁电机和控制柜功率相匹配。（2）确认控制柜内的空气开关断开。（3）连接控制柜输入线：在确认井场变压器供电断开情况下，将供电三相电缆压

25、接端子后，接至柜体下部的L1、L2、L3接线端子上，接线无相序要求，将供电电源中性线接至N端子排上。控制柜输入电源连接端子5、直驱控制系统现场应用3）现场接线说明：（4）连接控制柜输出线（控制柜电机接线）：连接动力电缆为三相四线铝芯电缆，其中三相主电缆（黄、红、绿）一端接到柜体右下侧的U、V、W接线端子上，另一端接到驱动头电机接线盒对应的U、V、W接线端子上。即V-V，U-U，W-W。注意：接线必须一一对应，否则电机无法正常启动。接线如下图所示。动力电缆的中性线两端分别接在控制柜底部和电机接线盒内侧的接地螺栓上。 控制柜侧驱动头电机接线盒侧5、直驱控制系统现场应用UVW输出接线柱U相V相W相电

26、机接线盒控制柜侧电机侧输出电源线使用四芯多股铝电缆L1L2L3输入接线柱外部380V电源输入电源线建议使用3*16.0mm2+ 1*10.0mm2四芯铜电缆控制柜与电机接线图N接线注意事项：接线时应注意不能将电源输入接到控制柜输出侧，否则会造成控制器烧毁。控制柜与电机之间的接地线应连接可靠，利用井口接地来实现控制柜的良好接地，以保证操作人员的人身安全。控制柜与电机之间的接线必须一一对应。5、直驱控制系统现场应用（1）仔细检查确认所有接线正确后，用FLUKE数字万用表交流电压档测量井口供电电源电压是否在380V10%范围内，确认后再合上控制柜内左上方空气开关，检查控制柜内控制器操作面板显示是否正

27、常，默认显示为101号参数：当前转速。控制柜上方的的电流和转速LED数码管显示是否正常。4）投产步骤：5、直驱控制系统现场应用（2）重要参数设置目标转速设置：有三种设置方法。当目标转速设定值达到205参数：最高转速值后不再增加。为防止其它人员误操作操作转速过高，建议将205参数设置成100转/分。4）现场投产步骤：序号设置方法设置说明1通过100号参数设置必须将502参数设置成1，方可修改100号参数，否则只能查看无法修改2通过200号参数设置必须同时按下、确认键后，选择200号参数才能修改3通过简易操作面板的加速和减速按钮设置按住加速按钮或减速按钮5、直驱控制系统现场应用（2）重要参数设置保

28、护参数值设置4）现场投产步骤：菜单号参数单位缺省值最小值最大值设定说明参数说明300* V750700860过电压保护值保持默认值不变301* V420300500欠电压保护值建议修改为400V302* C605080过温保护值保持默认值不变303* C-50-50200低温保护值保持默认值不变304* A3453000一级电流保护值1分钟保护305* A4053000二级电流保护值10秒保护306* A4553000三级电流保护值200ms保护电流保护值与驱动头电机功率相关5、直驱控制系统现场应用（2）重要参数设置驱动头电流过载保护参数值设置4）现场投产步骤：序号电机功率（kW）电机额定电流

29、（A）304一级电流保护值(A)305二级电流保护值 (A)306三级电流保护值 (A)113.432354560217.042505575321.251606580430.0728590110537.080901101305、直驱控制系统现场应用（2）重要参数设置起动参数值设置（保持出厂默认值即可）4）现场投产步骤：参数号功能单位设置值210控制模式切换2：无霍尔方式 1：有霍尔方式700开环起动时限制电流A保持出厂默认值701开环起动时最大电压值%702开环起动后切换到闭环的速度值rpm703开环起动后速度达到702设定值后切换到闭环控制延迟时间s704无传感器闭环运行的最低电压值V705

30、显示参数0为无传感器开环运行状态，2为无传感器闭环运行状态706显示参数s正确检测到的开环实际运行速度值的时间，当该时间大于703的设置后，切换到闭环运行状态707显示参数rpm无传感器的检测速度711驱动头反转过程中起动电压最小值%保持出厂默认值5、直驱控制系统现场应用异常现象及排除方法 异常现象可能原因对策上电无任何显示电网电压过低；电源板故障。检查电网电源或控制器电源板电源跳闸控制器输入侧短路；空开容量过小检查配线；增大空开容量电机不运转接线错误；运行方式设定错误；负载过大；起动参数设置不当检查接线；重设运行参数；安排洗井电机反转接线错误检查接线电机不能顺利加减速参数207加减速时间设置不合适；起动参数设置不当延长207参数加减速时间；检查起动参数设置电机稳态运行转速波动电机负载变化检查电机负载是否异常，是否存在杆管偏磨；驱动头电机转子是否偏心旋转5）投产故障处