摘  要：文中分析了目前油田在测试2000V电泵井等电气装备存在的问题，介绍了LCEPDI电参数动态平衡测试仪的设备组成、测量从机硬件设计、显示主机软件设计、LCEPDI电参数动态平衡测试仪的特点以及现场试验及应用情况，并对经济效益和社会效益进行了分析。

关键词：电参数  动态平衡   功率法

Abstract: This paper analyzes the existing problems in the testing of electrical equipment such as 2000V electric pump wells, presents oil in the presence of test analysis, introduces the electrical parameters of LCEPDI dynamic balance measuring instrument equipment, measuring machine from the hardware design, software design, display the host electrical parameters of LCEPDI dynamic balance tester, and the characteristics of field test and application situation, and analysis the economic benefits and the social benefits.

Key words：Electrical parameter  Dynamic balance  Power method  

1 引言

油田生产用电成本占到总成本40%以上，降低电能损失，提高用电效率是一项非常重要的工作。油井电参数测试仪主要用来测量线路的线（相）电压、电流、功率因数、无功功率、有功功率、有功电量，无功电量，可以满足油井系统效率的分析。

通过对电参数数据的录取以及油井生产数据的计算分析，可以比较客观的分析油井地面、井下效率，从而为节能降耗提供准确的数据，由引得出，研制一种测试准确度高、操作简单方便、电能质量分析效果好的电参数动态平衡测试仪很有必要。在调查研究的基础上，提出了《LCEPDI电参数动态平衡测试仪的研制与应用》这一重要研究课题。

2 LCEPDI原理设计

2.1 油田在用仪表问题

目前油田在用的电参数测试仪主要为日置3169-20型电力分析仪。该测试仪存在以下问题：①该仪器没有配置内置电源，解决方案有两种，其一从配电柜引电，存在安全隐患，易损坏仪器电路；其二配置逆变电源，使用寿命比较短，且易损坏，使用成本较高。②无法提供抽油机功图、平衡度分析，不能满足生产需要。③测量范围小，电压量程低，无法测试电泵井。④目前注聚、集输配电设备改造，母线均采用铝排，现有设备无法满足现场测试技术要求。

2.2 LCEPDI仪表架构

（1）整体结构。LCEPDI电参数动态平衡测试仪由测量从机和显示主机构成，测量从机进行数据采集，并通过WiFi将处理后的数据送到显示主机，显示主机接收到数据后做进一步的数据处理。

（2）测量从机。测量从机实现各相电压、各相电流有效值的实时值测量。电流测量选用日置的电流钳CT9667，测量范围最高可达5000A，电压测量选用带有高精度分压器的电压测试钳，测量范围最高可达2000V。三相电压信号和三相电流信号由模数转换芯片同步采样后送入MCU进行处理，然后通过WiFi将处理后的数据传输到显示主机。

（3）显示主机。显示主机选用Microsoft公司的surface Pro4，屏幕是12.3英寸PixelSenseTM显示屏，处理器是第六代Intel Core i5，4GB内存，128GB存储，具有强大的数据处理和存储能力。

2.3 LCEPDI测量从机硬件设计

所示。

（2）电源电路设计。测量从机电源采用大容量锂电池供电，电池管理芯片选择的是TI的电池充电和电源路径管理芯片BQ24072，电路图如图2所示。

图2 电源电路设计图

（3）MCU电路设计。测量从机基于TI的ARM Cortex A8 335X平台进行开发，最高主频720MHz，带24位LCD控制器和触摸屏控制器，支持2个USB OTG，并集成2个10/100/1000MHZ千兆以太网接口（MAC），可以使用RGMII、RMII、MII接口通信，6路UART， 2路多功能音频通道，多路SPI、IIC、定时器、高级PWM、DMA、RTC等常用外设，另外还有SGX530 3D加速引擎，多路MMC接口。

2.4 LCEPDI显示主机软件设计

显示主机软件主要完成从机发送数据的接收以及数据的处理，包括各相有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、总功率因数的测量；正向有功功率、负向有功功率、总有功功率、正向无功功率、负向无功功率、总无功功率的测量；测量时间内的各测量参数的平均值；测量时间内的有功电量、无功电量累计值以及各项需量；各相电压、电流的实时值图形显示；1-31次谐波分析等。

M：采样数目。

（4）无功功率、视在功率、功率因数计算。无功功率计算分为两种方法，一种是测量法，一种是计算法。视在功率计算相应的也分为两种，无功功率计算是测量法时，视在功率计算是计算法；无功功率是计算法时，视在功率计算是测量法。

（5）无功功率测量法

s：采样点。

M：采样数目。

m:：每周期80次采样。

P：有功功率。

Q：无功功率。

S：视在功率。

（6）无功功率计算法

U：电压有效值。

I：电流有效值。

n：采样点。

M：采样数目。

P：有功功率。

3 LCEPDI应用

3.1 现场数据对比

该测试仪器我们于2016年10月先后在注采103站和注采301站投入现场应用，并将测试结果与现有测试仪器日置3169-20型电力分析仪测试结果作对比。表1 和表2为该测试仪器与日置3160现场测试数据对比汇总表。

表1 测试仪器与日置3169现场测试数据对比汇总表

（注：测试时间为2016年10月12日；测试地点为注采103站。）

表2 测试仪器与日置3169现场测试数据对比汇总表

（注：测试时间为2016年10月26日；测试地点为注采301站。）

3.2 测试误差分析

从表1和表2可以看出，日置3169-20型测试仪器与DJ-33-V型电参数动态测试仪所测试数据中电压、电流、平功有功度和平均无功功率，除个别平均无功功率测试数据有一定误差外，其它测试数据均一致（在测试仪器测试误差范围内），而功率因数测试结果二者的一致性比较差。经分析造成两个仪器功率因数测试结果不一致的主要原因是两个测试仪器的计算方法不一致造成的（DJ-33-V型电参数动态测试仪所测试的功率因数是在测试时间内平均有功功率除以平均视在功率所得，而日置3169-20型测试仪器所测试的功率因数是在测试时间内平均功率因数所得），从测试分析的角度来说DJ-33-V型电参数动态测试仪所测试的功率因数更准确。功率法平衡度是测试一个冲次内抽油机下行平均功率除以上行平均功率所得，DJ-33-V型电参数动态测试仪具有此功能，而日置3169-20型测试仪器没有具有此功能。

4 LCEPDI性能评估

（1）测量范围宽。采用高精度分压器设计技术，其分压器采用平衡式等电位屏蔽结构，在完全密封的绝缘筒内部采用优质电子元件，使整个装置具有测试准确、线性好、性能稳定等特点。电压测量选用带有高精度分压器的测试夹，测量范围广，最高测试电压可测2000V电泵井。

（2）功率法测抽油机平衡度。采用实时功率法抽油机平衡度测量技术，而目前油田普遍采用电流法测平衡，通过钳式电流表测量电流上下行的峰值，这种测试方法的误差较大，并不能真正反应抽油机平衡度。功率法是通过测量抽油机的瞬时电流、电压、功率因数计算平衡度，能够真正的反应抽油机的平衡状态。

（3）自备电源。仪器采用内置大容量锂电池，无需外接电源。该设备内置大容量电池，可持续工作8小时，满足现场测试要求，有效地解决了外置逆变电源，使用寿命比较短，且易损坏，使用成本较高等问题。

（4）安全可靠。采用主从机分体设计，使得测试过程中测试人员与用电设备绝对隔离，完全杜绝了触电危险的发生。

（5）人性化界面。采用12寸高分辨率彩色屏幕支持触屏操作，人性化界面及操作，直观显示各项测试参数。

（6）功能齐全。测试仪器具有可测1-31次谐波，支持无线操作，且可自动换算日用电量，月用电量等功能。

5 LCEPDI效益分析

5.1 经济效益

（1）测试效益。以每测试一口油井测试费用300元计算，年测试油井500口计算，则产生直接测试效益15万元。

（2）节能效益。采用功率法测量油井平衡度，提升了油井平衡度测试的准确率和油井平衡度的合格率，提称油井系统效率，降低油井能耗，产生节能降耗效益10万余元。

二项合计，产生直接经济效益25万余元。

5.2 社会效益

（1）提升测试准确度。利用动态电参数测试技术对抽油机瞬时电流、电压进行测试，准确度由原来的0.1%提高到0.03%，提高了采油厂抽油机电能测量水平，为采油厂节能降耗提供更准确的依据，为下一步优化运行提供了可靠的数据基础。

（2）满足了不同电压等级的油井的测试技术要求。突破了各电压等级的无缝切换技术，自适应测试抽油机、电泵井、螺杆泵井等不同电压等级的油井参数，且填补了电泵井等高压设备的在线测试空白。

（3）提升了测试现场的安全性能。采用主机从机分体设计，使得测试过程中测试人员与用电设备绝对隔离，完全杜绝了触电危险的发生。同时，内置大容量锂电池，无需外接电源，解决了测试现场仪器电源问题。

（4）实现了现场测试数据的无线传输技术。

（5）采用功率法抽油机平衡度测量技术，提升了抽油机井平衡度测量的准确可靠性。

6 结束语

LCEPDI系列电参数动态平衡测试仪DJ-33-V型现场试验应用结果表明，该仪器性能安全可靠，操作方便，现场应用效果明显，技术先进，具有高分辨率彩色屏幕支持触屏操作、人性化界面友好、测量范围广（可测2000V电泵井）、功率法测试平衡度、支持无线操作、测试准确度高、电池容量大等优点，完全能满足油田生产现场测试技术要求，具有良好的推广应用价值。

参考文献

[1]朱益飞,石晓明,马冬梅.提高孤东油田机采系统效率的探讨[J].电力需求侧管理,2009,11(4):44～48.

[2]SY/T 5264-2012.油田生产系统能耗测试和计算方法[S].北京:石油工业出版社,2012.

作者简介   

朱益飞 （1967-） 男 工学学士 高级工程师  研究方向：油田技术质量管理工程