油气田电机控制系统快速启动的电气线路改进方案

油气田电机控制系统快速启动的电气线路改进方案

黄,兴 ,张文涛 ,杨文亮

长庆油田（榆林）油气公司  陕西 榆林 719000

摘要：油气田是全球能源供应的重要组成部分，而电机控制系统在油气田的运行中发挥着至关重要的作用。然而，由于油气田环境的复杂性和电机启动过程中的电气线路限制，电机快速启动一直是一个具有挑战性的问题。本文将就油气田电机控制系统快速启动的电气线路改进方案进行探讨。

关键词：电机控制系统；电气线路；快速启动系统

引言

在过去的几十年里，为了解决电机快速启动的问题，已经提出和实施了各种电气线路改进方案。这些方案旨在减少启动时间、提高电机的可靠性和性能，以及减轻对电力网络的冲击。然而，由于技术的不断发展和对能源效率和环境影响的不断关注，需要不断改进和创新，以满足新的要求和挑战。

1.电机控制系统

油气田电机控制系统是一种专门设计和应用于油气田开采过程中的电气控制系统。它主要用于控制和监测油气田中的电动机设备，确保其稳定、高效地运行，并提供必要的监测和保护功能。油气田电机控制系统由多个关键组件组成，包括电动机、变频器、控制器、传感器和保护装置。

电动机是系统的核心组件。它负责将电能转换为机械能，驱动油气田中的各种设备和机械部件。根据具体应用需求，常见的电动机类型有交流电动机和直流电动机。变频器用于控制电动机的转速和扭矩。通过调节电源的频率和电压，变频器能够实现对电动机的精确控制。在油气田中，变频器常用于调节泵的流量和压力，以适应不同的开采条件。控制器负责监测和控制电动机的运行状态。控制器通常由工控计算机或可编程逻辑控制器（PLC）构成。它读取传感器提供的数据，并根据预设的控制算法进行处理，从而实现对电动机的自动控制。【1】传感器用于监测电动机的运行参数，如电流、电压、转速和温度等。这些传感器将实时数据传输给控制器，以便系统能够及时做出反应并采取相应的控制措施。

2.电机控制系统快速启动的意义

2.1有助于提高生产效率

在油气田中，电机通常被用于驱动各种设备和机械，如泵、压缩机和搅拌器等。当需要启动这些设备时，快速启动的电机控制系统可以减少启动时间，迅速将设备带到正常运行状态，从而缩短生产准备时间，提高生产效率。快速启动还可以减少生产中的停机时间，避免因电机启动慢而导致的生产线停工，从而提高整体生产能力和产量。

2.2有助于提高设备的可靠性和寿命

电机在启动过程中，由于电流和温度的变化，会受到一定程度的应力和热损伤。通过采用快速启动的电机控制系统，可以减少启动时间，降低了电机在启动过程中的受力和热损伤，从而延长了电机的寿命。同时，快速启动还可以减少启动时的冲击和振动，减少设备的磨损和损坏，提高了设备的可靠性和稳定性，减少了维修和更换的频率和成本。【2】

2.3有助于提高安全性

在油气田中，许多设备和系统的启动都与安全相关，如防喷器、安全阀和紧急停机装置等。通过采用快速启动的电机控制系统，可以快速将这些安全设备带到工作状态，确保其在需要时能够及时响应和起作用。快速启动还可以减少设备在启动过程中的异常情况，降低了事故和故障的风险，提高了工作场所的安全性和稳定性。

3.线路改造方案的设计过程以及思路

3.1利用达林顿晶体管来增大电流

电机启动时需要较大的起动电流，而直接使用普通的晶体管很难提供足够的电流放大能力。通过将两个晶体管级联，达林顿结构可以将两个晶体管的电流放大效果相乘，从而实现更大的电流放大倍数。这样一来，就能够提供足够的电流来驱动电机，使其能够快速启动。在油气田中，电机控制系统通常需要应对高电压环境，而普通的晶体管很容易因为电压过高而损坏。达林顿晶体管的级联结构可以有效提高电压容忍能力，从而使得电机控制系统能够在高电压环境下正常工作。【3】这对于油气田电机控制系统的快速启动尤为重要，因为在启动过程中，电机通常需要面对较高的电压脉冲，而达林顿晶体管能够有效保护电路，确保其正常运行。

在电机控制系统中，为了实现快速启动，通常需要将电机启动信号与控制电路相连。由于电机启动信号往往是低电平信号，其电流较小，因此需要一个高输入电阻的放大器来接收和放大信号。达林顿晶体管的级联结构可以实现较高的输入电阻，从而能够有效接收低电平信号，并将其放大到足够的水平，以控制电机的启动。

最后，在油气田电机控制系统的快速启动过程中，响应速度是至关重要的。通过使用达林顿晶体管，可以有效减少信号的传输延迟，提高系统的响应速度。这样一来，电机控制系统可以更快地对启动信号作出响应，并迅速将电机带到正常运行状态，实现快速启动。

3.2引入电流串联正反馈

电流串联正反馈是一种控制电路的技术，通过在电路中引入一个电流传感器和正反馈回路，实现对电流的快速放大和控制。在油气田电机控制系统中，利用电流串联正反馈的方式可以实现电机的快速启动。

在电机启动过程中，通常需要大电流来克服电机的惯性和摩擦力。通过引入电流传感器，可以实时感知电机的电流，并将其反馈到控制电路中。正反馈回路会根据电流传感器的信号来调节电路的增益，以增大电流放大倍数，从而快速提供足够的电流来驱动电机。这样一来，电机可以快速启动，并迅速达到正常运行状态。此外，在电机启动过程中，电流的变化可能会引起电机的震荡或不稳定现象。通过电流传感器的实时反馈，可以对电流进行精确的控制和调节。正反馈回路可以根据电流传感器的信号来自动调整电路的增益和控制参数，以确保电机启动过程的稳定性和精度。这样一来，可以减少启动时的振荡和波动，提高电机启动的质量和可靠性。

最后，电流串联正反馈还可以提高电机控制系统的抗干扰能力。在油气田中，电机控制系统常常会面临各种电磁干扰和噪声干扰。通过引入电流传感器和正反馈回路，可以对电机电流进行实时监测和控制。正反馈回路可以根据电流传感器的信号来对抗干扰，自动调整电路的增益和控制参数，以保持电机控制系统的稳定性和准确性。这样一来，可以有效减少干扰对电机启动过程的影响，提高系统的抗干扰能力。

3.3对启动时间常数进行调节

启动时间常数是指系统从启动命令发出到达稳定运行状态所需的时间。通过调节启动时间常数，可以控制系统的快速启动。在油气田电机控制系统中，可以采取以下方式来调节启动时间常数以实现快速启动。

首先，需要减小电机负载惯性。电机负载惯性是指电机启动时需要克服的物体惯性，惯性越大，启动所需的时间就越长。通过减小电机负载惯性，可以缩短启动时间常数。在油气田中，可以采用轻量化设计、优化传动装置等方法来减小电机负载惯性，从而实现快速启动。

其次，需要优化启动控制策略。启动控制策略是指控制系统在启动过程中的动作和调节方式。通过优化启动控制策略，可以使系统在启动过程中更加高效和快速地达到稳定运行状态。在油气田电机控制系统中，可以采用预启动和平滑启动等策略来控制电机的启动过程，从而减小启动时间常数。

第三，需要增大驱动力或启动电压。启动时间常数与启动过程中的驱动力或启动电压有关。通过增大驱动力或启动电压，可以加速电机启动过程，缩短启动时间常数。在油气田电机控制系统中，可以通过调整电源电压或提供额外的驱动力，如启动电容器或励磁电流等，来增大驱动力或启动电压，实现快速启动。

结束语：传统的电气线路设计可能存在启动时间长、响应慢的问题，限制了油气田的灵活性和反应能力。通过利用达林顿晶体管来增大电流、引入电流串联正反馈、对启动时间常数进行调节等方式可以提高电机的启动速率，降低电气设备的故障率和能耗。

参考文献：

[1]许锋.电机控制系统快速启动的电气线路改进方案[J].中国设备工程,2020(10):93-95.

[2]曲岳峤.快速启动电机控制系统的电气线路优化研究[J].青春岁月,2013(24):502.

作者简介：黄兴，1993年-男，汉，陕西西安人，无职称，主要从事变电站综自系统维护，电气现场管理工作。