Solución de Problemas de Precisión en Cargas Bajas: Guía de Actualización de Medidores Digitales para Redes Eléctricas de Campos Petrolíferos

I. Introducción y Antecedentes​

Los instrumentos de medición eléctrica son dispositivos de monitoreo críticos para la operación segura, estable y económica de las redes eléctricas. Tradicionalmente, los instrumentos de medición eléctrica de tipo analógico con puntero han sido ampliamente utilizados en las subestaciones de la red de pozos petrolíferos. Sin embargo, con el desarrollo de la red y el aumento de las demandas de precisión y confiabilidad en la medición, los instrumentos de puntero han revelado numerosas deficiencias en su aplicación a largo plazo, como errores significativos en la lectura, indicación inexacta bajo cargas bajas y dificultades en la correspondencia de rangos.

Para modernizar el monitoreo de la operación de las subestaciones y garantizar la precisión, intuitividad y confiabilidad de la medición de datos, esta propuesta recomienda una actualización integral desde los instrumentos de puntero existentes a instrumentos electrónicos digitales. Los instrumentos digitales, con su alta precisión, facilidad de lectura, fuerte capacidad antiinterferencia y características convenientes de instalación y mantenimiento, representan la solución ideal a los problemas actuales.

​II. Situación Actual y Análisis de Problemas (Limitaciones de los Instrumentos de Puntero)​​

Los instrumentos de puntero actualmente utilizados sufren principalmente de los siguientes problemas urgentes:

1. ​Errores de Lectura:​​ La dependencia de la lectura visual manual introduce fácilmente errores de paralaje. Los métodos inadecuados de lectura también contribuyen a errores humanos, comprometiendo la precisión de los datos.
2. ​Inexactitud Severa bajo Cargas Bajas:​​ La carga real en las subestaciones de pozos petrolíferos a menudo se encuentra en el rango del 5% al 10% de la escala del instrumento. Sin embargo, el rango de indicación precisa para los instrumentos de puntero es solo del 20% al 80% de la escala. Bajo tales cargas bajas, las lecturas pueden desviarse del valor real por decenas o incluso cientos de amperios, lo que hace que el monitoreo sea inútil.
3. ​Reemplazo de Rangos Impráctico:​​ Para llevar la indicación al rango preciso, es necesario cambiar el rango del instrumento, pero esto debe coincidir con la relación del transformador de corriente. Dado que los transformadores de medición y protección a menudo se fabrican como una unidad integrada, reemplazar los transformadores implica un trabajo de ingeniería masivo y costos elevados, lo que lo hace impráctico.

​III. Solución: Ventajas y Aplicación de los Instrumentos Electrónicos Digitales​

​1. Principio de Medición​

Los instrumentos digitales utilizan tecnología avanzada de conversión A/D (Analog-to-Digital). Primero convierten cantidades eléctricas analógicas continuas (como voltaje, corriente) en cantidades digitales discretas antes de la medición, procesamiento y visualización. Esto se diferencia fundamentalmente del mecanismo de conducción analógica directa de los instrumentos de puntero.

​2. Comparación de Ventajas Principales​

Los instrumentos digitales tienen ventajas abrumadoras sobre los instrumentos de puntero, como se detalla en la tabla a continuación:

​3. Posicionamiento de Aplicación​

Basándose en las ventajas mencionadas, los instrumentos de medición eléctrica digitales son la solución preferida para la actualización de instrumentos y la operación y mantenimiento inteligentes en las subestaciones de la red de pozos petrolíferos. Efectivamente abordan las deficiencias inherentes de los instrumentos de puntero, mejorando significativamente los niveles de monitoreo operativo y la eficiencia en la toma de decisiones.

​IV. Puntos Clave para la Implementación y Despliegue​

Para garantizar la implementación fluida y la operación a largo plazo estable del proyecto de renovación de instrumentos digitales, se requiere enfatizar los siguientes aspectos:

1. ​Configuración de la Fuente de Alimentación Auxiliar:​​
• ​Prioridad de Fiabilidad:​​ Se recomienda que la fuente de alimentación auxiliar del instrumento se alimente del sistema de alimentación DC, o de fuentes confiables como los circuitos de iluminación de emergencia o circuitos con alimentación de respaldo dentro del sistema de alimentación auxiliar de la subestación. Esto evita la pérdida de alimentación del instrumento durante un apagón total de la subestación, lo que podría llevar a un mal juicio del operador.
• ​Protección Independiente:​​ El circuito de alimentación auxiliar de cada instrumento debe estar equipado con un fusible dedicado o un interruptor automático de alta capacidad de interrupción para asegurar una aislación efectiva en caso de fallo.
2. ​Estandarización y Estética:​​
• El tipo, color del panel, dimensiones de corte, etc., de los instrumentos digitales seleccionados deben ser estandarizados para mantener la estética general y la coherencia de los paneles/cabinetes de control.
3. ​Medidas Anti-Interferencia:​​
• Dado el entorno electromagnético complejo dentro de las subestaciones, seleccione productos probados que hayan pasado pruebas en entornos de campos eléctricos y magnéticos fuertes.
• Durante las fases de diseño e instalación, se deben implementar medidas preventivas como blindaje y tierra adecuada para garantizar la operación estable a largo plazo de los instrumentos en condiciones electromagnéticas adversas.
4. ​Ciclo de Calibración y Mantenimiento:​​
• Todos los instrumentos digitales deben incluirse en un programa de calibración periódica, con un ciclo de calibración recomendado de 1 año.
• Para garantizar la precisión de la medición, los instrumentos deben encenderse y precalentarse durante 15 minutos antes de cualquier medición o calibración importante.
5. ​Soporte Técnico y Seguimiento:​​
• Después de la renovación y puesta en marcha, el proveedor debe realizar visitas de seguimiento al usuario, abordar rápidamente los problemas operativos y proporcionar explicaciones técnicas y capacitación necesarias al personal operativo.

​V. Métodos de Calibración para Instrumentos Digitales Clave​

Para garantizar la precisión de la medición, todos los instrumentos digitales recién instalados y sometidos a inspecciones periódicas deben calibrarse según las especificaciones. A continuación se presenta un esquema del proceso de calibración para los principales tipos de instrumentos:

• ​Pasos Preliminares Generales:​​ Conectar la fuente de alimentación auxiliar; verificar que la pantalla digital muestre normalmente.
• ​Calibración del Amperímetro:​​ Conectar los cables según el diagrama de cableado; aplicar una corriente AC estándar (por ejemplo, 5A); ajustar el potenciómetro de calibración para cumplir con las especificaciones; luego aplicar corrientes proporcionales (por ejemplo, 2.5A, 1.25A) para verificar la linealidad.
• ​Calibración del Voltímetro:​​ Primero cero el instrumento; luego conectar los cables según el diagrama de cableado correspondiente al nivel de voltaje (por ejemplo, 35KV, 6KV); ingresar un voltaje estándar (por ejemplo, 100V); ajustar el potenciómetro correspondiente para una visualización correcta; y verificar la linealidad.
• ​Calibración del Medidor de Potencia Activa/Reactiva:​​
• Utilizar una fuente estándar para generar voltaje y corriente estándar, controlando su ángulo de fase.
• ​Medidor de Potencia Activa:​​ Cero el instrumento en el ángulo de fase φ=90° (cosφ=0); ajustar la escala completa en φ=0° (cosφ=1); verificar la linealidad en puntos como φ=30°, 60°, etc.
• ​Medidor de Potencia Reactiva:​​ Cero el instrumento en el ángulo de fase φ=0° (sinφ=0); ajustar la escala completa en φ=90° (sinφ=1); y verificar la linealidad.
• ​Calibración del Medidor de Factor de Potencia:​​ Calibrar en una diferencia de ángulo de fase de 0° (Factor de Potencia=1.00) y ángulos específicos (por ejemplo, 140°) para garantizar valores de visualización precisos.