电动机温度控制系统在生产现场的应用

张树起

（中国石油天然气集团公司大港油田公司第二采油厂电力管理站，河北黄骅 061103）

1 概述与现状

目前生产现场运行的电动机，特别是大功率电动机的电流测大多是通过过电流保护器来完成的，但始终不知道电动机运行时的温度，如果电动机在运行中出现问题，电流不会增加很多，但是温度会上升很快，这样会使电动机烧毁。即使电动机运行电流正常，由于电动机的制造质量或安装接线不规范，会使接线端子温度过高也会造成的电动机烧毁。总之，电动机烧毁的主要原因是因温度过高而造成的绝缘破坏。

现场中使用过流保护器来保护电动机时，在电动机运行的过程中，电流没有超过阈值，而温度上升了很多，同样也会导致电动机的使用性能下降，甚至烧毁电动机。由于电动机保护器只有断相、过载、过压、欠压保护而没有超温保护，每年因超温运行烧毁的电动机损失达几十万元至上百万元。

2 需要解决的关键技术

（1）电动机运行过程中无温度控制，经常因超温烧毁电动机，增加电动机温度控制系统。

（2）电动机超温后发出声光报警，提醒工作人员停机或采取措施。

（3）电动机超温后断开电动机控制电路。

3 组建攻关团队

为了该项目能高效有序的开展工作，优选了理论功底扎实、实践经验丰富、长期工作在一线的两名集团级专家、两名首席技师、一名高级工程师为团队的攻关队伍。

工作分工是：队长负责该参赛项目的总体策划与指导工作。队员分别负责该项目实施过程的监督工作队员，“项目攻关模式”汇报工作以及项目资料整理、课件的指导策划工作，负责“项目成果展示”、“创新方法应用”的汇报工作。

4 团队工作的开展

（1）团队成员对板桥油田、王徐庄油田的注水泵、输油泵、抽油机等设备的电动机进行现场测温采集数据。在注水大功率泵电动机运行状态下进行温度测试，制定攻关过程中检测元件在运行的电动机中安装位置的合理性和安全性进行评估。确保实现测温保护等功能实现的同时保证电动机的正常运转。整理现场检测数据，制作图表，对“电动机温度控制系统”的电路设计提供基础资料。

（2）团队成员针对难题发生原因进行分析，对该项目进行了分析论证，确定将存在的问题，组织小组成员对难题进行分析研究，讨论出解决难题的可行性方式和方法作为下步攻关的思路，最终确定攻关方案。

（3）数据采集。

团队成员继续对板桥油田、王徐庄油田的注水泵、输油泵、抽油机等设备的电动机进行现场测温采集数据；对现场检测数据进行收集整理，制作图表，便于后期对“电动机温度控制系统”的电路设计提供基础资料；

由于项目进度受到各采油厂及电力管理站相关领导的高度重视，团队对该项目的进展情况进行初期汇报。

通过数据测量、采集分析，电动机最早发热部位为轴承，轴承间隙变大或轴承缺油造成电动机温度升高，进而造成电动机扫膛。定子、转子相互摩擦造成在电动机电流不会增大很多的情况下发热，电动机保护器不动作。轴承不损坏电动机温度不升高，所以主要监控轴承温度、定子温度。

5 产品制造方案

经过团队集体通论，确定采用性能好、价格廉的单片机为控制系统。该系统由4个控制单元，每个单元连接一个探头，分别测量电动机4个不同位置的温度。因为轴承损坏时温度最先发热，特别是注重轴承端温度的测量。

（1）该系统由耐温200℃，体积小、便于安装的（长2 cm直径ø 为0.3 cm）的温度探头安装在电动机定子绕组槽楔处、电动机轴承端，采用热熔胶粘接固定，保证测温正确，电动机运行安全。探头与控制系统连接采用直径1 mm 外层耐高温软线作为信号传输导线，保证信号传输正确。信号传输导线耐高温、强度高，适合各种场所使用。

（2）该系统精准检测电动机运行温度并在控制柜和设备管理人员值班室安装报警警铃，当电动机温度高于设定温度1℃时，报警警铃发出报警提醒工作人员根据情况进行处理。当高于设定温度5℃时，控制系统断开电动机控制电路，电动机停止运行，保护电动机不被烧毁。同时面板显示各温度探头的温度，以便工作人员判断电动机超温报警的原因。

6 改造及创新点

采用单片机作为电动机温度控制系统，包括单片机以及与单片机连接的检测芯片、报警蜂鸣器、LED 报警灯、电动机控制电路、LCD 显示器、程序调试接口、键盘输入接口，电动机温度控制原理如图1所示。

图1 电动机温度控制原理图

检测芯片用于检测电动机温度的，设置在芯片支座上；芯片支座与电动机的接线端子连接；通过接线端子及芯片支座将电动机运行温度传导到检测芯片上。检测芯片将温度信号传送至所述单片机，单片机将信号传输至LCD 显示屏，LCD显示屏显示电动机运行检测温度；通过程序调试接口和键盘输入接口给单片机上为电动机设定温度；设定温度在LCD 显示屏上显示；当检测温度大于设定温度时，单片机输出信号给报警蜂鸣器或LED 报警灯或电动机控制电路。

（1）当检测温度大于设定温度时，单片机输出脉冲波驱动报警蜂鸣器发出报警声音，同时单片机输出脉冲波驱动LED报警灯发出报警灯光。

（2）当检测温度大于设定温度，单片机驱动电动机控制电路控制电动机停止。

（3）键盘输入接口包括4个设置键，分别为S1、S2、S3、S4；设置键S1为设定键，按下需要设定的数值后开始闪烁；设置键S2为平移键，可以水平移动光标；设置键S3为上升键，进行数值的增加；设置键S4为下降键，进行数值的减少。

7 现场安装应用效果

（1）第一次性能测试。对测元件的准确性能和安全性能进行测试并做好分析，为项目推进做好技术支撑和理论论据。所述检测芯片用于检测电动机温度的，设置在芯片支座上；芯片支座与电动机的接线端子连接。

检查接线端子及芯片支座将电动机运行温度传导到检测芯片上，检测芯片将温度信号传送至所述单片机，单片机将信号传输至所述LCD 显示屏，检查LCD 显示屏显示电动机运行检测温度；通过所述程序调试接口和键盘输入接口给在所述单片机上为电动机设定温度；所述设定温度在所述LCD显示屏上显示；当所述检测温度大于设定温度时，所述单片机输出信号给所述报警蜂鸣器或LED 报警灯或电动机控制电路。

用示波器检查当所述检测温度大于设定温度时，单片机输出脉冲波驱动所述报警蜂鸣器发出报警声音，同时单片机输出脉冲波驱动所述LED 报警灯发出报警灯光。

检测温度大于设定温度，并运行超过3 min 时，单片机是否驱动电动机控制电路控制电动机停止。

（2）第二次性能测试。团队成员对新到货的YY-460型四通道智能温控仪表进行测试安装，四路温度控制仪可以同时配接4路传感器，独立的自整定模式和独立的PID 参数，对高温电动机进行温度测试。

团队成员继续对单片机进行程序编制工作，包括检测芯片、报警蜂鸣器、LED 报警灯、电动机控制电路、LCD 显示器多次调试，并记录正常生产电动机温度统计，并做好分析，为项目推进做好技术支撑和理论论据。

在塘一注水站185 kW 注水电动机和板26站185 kW 注水电动机进行测试并做好运转电动机定子温度。做好记录，并分析温度高（除天气温度外）的原因。将检测芯片用于检测电动机温度的，通过检测原件将电动机运行温度传导到所述检测芯片上，检测芯片将温度信号传送至单片机，单片机再将信号传输至所述LCD 显示屏，LCD 显示屏显示电动机运行温度，并做好测试记录。做好测试安全保障工作和测试工作的应急预案，确保测试电动机运行经济、平稳。

（3）第三次性能测试。对测元件的准确性能和安全性能进行测试并做好分析，为项目推进做好技术支撑和理论论据。自2020 年6 月在大港油田羊二庄地区、板桥地区安装试验，共安装控制系统10台。

8 现场应用

8.1 电动机温度控制系统在抽油机上的应用

大港油田在用抽油机井3000口，每年因超温烧毁的电动机500台以上，造成经济损失200万元，有效解决抽油机电动机超温烧毁问题意义重大。抽油机的系统效率分为地面效率和井下效率两部分，抽油系统的地面效率损失主要发生在电动机、皮带、减速器和四连杆机构中。从机、电、井系统工程的角度研究。第一，对常年不停连续工作的抽油机，降低配套动力是节能的关键。降低配套动力既减少自身空载损耗，又提高电网质量，实现双重节能作用。第二，达到井下液面动态平衡是抽油机的最佳抽汲参数，大冲程理论有局限性。大冲程不适合低渗油田抽油工况，会造成严重空抽能耗。抽油机只有在上行时才出力，下行状态处于发电状态。根据抽油机的生产特点，选取抽油机的电动机皮带轮端受力处作为温度测量点，检测其变化温度最早的位置，一有问题立即停止电动机运转。

8.2 电动机温度控制系统在注水系统上的应用

油田输配系统是电能消耗大户。注水系统方面，一是根据生产实际进行注水管网改造。系统压力为21.5 MPa，每台机泵日耗电1.2万kW·h。输掺系统方面，根据机泵效率调整，更换用电设施，280 kW 电动机供输掺系统生产。油田注水设备负荷率较高、电动机大，注水电动机采用温度控制意义重大。先后有板17站、板21站、白一站等3个中转站的输油280 kW电动机上进行安装，选取电动机的皮带轮端进行四点测温。经过3个月的运行，电动机温度保护动作3次。事后经检查，原因全部为电动机扫膛造成温度过高，电动机温度控制系统保护了电动机不被烧毁，创造经济效益50万元。

经过试验证明，电动机温度控制系统检测电动机运行温度可靠，是保护电动机安全运行的必备系统。

9 结束语

电动机温度控制系统保护了电动机安装运行，避免了电动机故障发生，延长了电动机使用寿命，减少维护更换次数，减少成本投入，减低劳动强度，具有良好的社会效益。电动机控制系统在解决电动机烧毁重大生产技术难题成果达到领先水平，本技术成果在本行业及中油集团公司首创，实用性强，适合集团公司各种抽油机生产场所推广应用。不但适合户内电动机使用，同样适合在户外电动机应用，具有在本行业及集团公司推广的前景。