RU159860U1

RU159860U1 - REACTIVE SUBMERSIBLE COMPENSATOR

Info

Publication number: RU159860U1
Application number: RU2015140690/07U
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Копырин
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2016-02-20

Abstract

Погружной компенсатор реактивной мощности, содержащий герметичный корпус, с расположенными внутри катушками индуктивности, конденсатором, трансформаторами тока и блоком системы автоматического управления, при этом корпус выполнен с возможностью соединения с корпусом погружного электродвигателя, отличающийся тем, что внутри корпуса установлен трехфазный инвертор напряжения, состоящий из шести пар силовых вентилей, блока системы автоматического управления и драйвера, причем входы катушек индуктивности электрически соединены с питающим кабелем, а выходы с входом и выходом двух пар силовых вентилей каждая, противоположные входы и выходы силовых вентилей соединены с входом и выходом конденсатора, блок системы автоматического управления, включает в себя трансформаторы тока, датчики напряжения, систему автоматического управления с функцией широтно-импульсной модуляции.An immersion reactive power compensator comprising a sealed enclosure with inductance coils inside, a capacitor, current transformers and an automatic control system unit, the enclosure being configured to connect to an immersion electric motor enclosure, characterized in that a three-phase voltage inverter is installed inside the enclosure, consisting of six pairs of power valves, an automatic control unit and a driver, and the inputs of the inductors are electrically connected to the pit cable, and the outputs with the input and output of two pairs of power valves each, the opposite inputs and outputs of the power valves are connected to the input and output of the capacitor, the automatic control unit includes current transformers, voltage sensors, an automatic control system with pulse-width function modulation.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и внутрискважинному оборудованию и может быть использовано для компенсаций реактивной мощности погружных электродвигателей установок электроцентробежных насосов.The utility model relates to the field of electrical engineering and downhole equipment and can be used to compensate for the reactive power of submersible electric motors of electric centrifugal pump plants.

Компенсаторы реактивной мощности (КРМ) предназначены для компенсации индуктивной составляющей реактивной мощности, потребляемой нагрузкой. В настоящее время наиболее распространенными являются конденсаторные установки с постоянной или регулируемой емкостью. В регулируемых КРМ изменение вырабатываемой реактивной мощности может происходить двумя основными способами: изменением числа включенных в работу конденсаторов, либо включением в силовую цепь тиристорно-реакторных групп (статические тиристорные компенсаторы). Основными недостатками таких КРМ являются: генерация в сеть токов высших гармоник; высокие массогабаритные показатели; существенные коммутационные перенапряжения, возникающие на тиристорах устройства при переключении, необходимость отстройки от резонансных режимов.Reactive power compensators (CRM) are designed to compensate for the inductive component of reactive power consumed by the load. Currently, the most common are capacitor units with a constant or adjustable capacity. In regulated CRMs, the change in the generated reactive power can occur in two main ways: by changing the number of capacitors included in the operation, or by incorporating thyristor-reactor groups (static thyristor compensators) in the power circuit. The main disadvantages of such CRMs are: generation of higher harmonics currents into the network; high overall dimensions; significant switching overvoltages arising on the thyristors of the device during switching, the need for detuning from resonance modes.

Совершенствование элементной базы силовой электроники и новых методов высокочастотной модуляции позволило разработать новый класс устройств, построенных на IGBT или MOSFET транзисторах, либо на IGCT или GTO тиристорах. Базовой схемой для таких устройств малой и средней мощности является схема, в основе которой лежит схема трехфазного (однофазного) автономного инвертора напряжения или тока. Применение полностью управляемых полупроводниковых приборов позволяет плавно регулировать вырабатываемую реактивную мощность с малым содержанием высших гармонических составляющих в компенсирующем токе за счет использования методов широтно-импульсной модуляции.Improving the elemental base of power electronics and new methods of high-frequency modulation allowed us to develop a new class of devices built on IGBT or MOSFET transistors, or on IGCT or GTO thyristors. The basic circuit for such low- and medium-power devices is a circuit based on a three-phase (single-phase) autonomous voltage or current inverter. The use of fully controllable semiconductor devices makes it possible to smoothly regulate the generated reactive power with a low content of higher harmonic components in the compensating current through the use of pulse-width modulation methods.

Известен внутрискважинный компенсатор реактивной мощности [RU 145053 U1 МПК H02J 3/18, опубликованная 10.09.2014], содержащий корпус, с расположенными в нем косинусными конденсаторами, при этом указанный корпус выполнен с возможностью соединения с электродвигателем, отличающийся тем что, компенсатор дополнительно содержит, установленный в корпусе блок системы управления и шинопроводы, причем входы косинусных конденсаторов соединены с выходами силовых модулей блока системы управления, а выходы косинусных конденсаторов соединены с шинопроводами.Known downhole reactive power compensator [RU 145053 U1 IPC H02J 3/18, published 10.09.2014], comprising a housing with cosine capacitors located therein, while the housing is configured to be connected to an electric motor, characterized in that the compensator further comprises, a control system unit and busbars installed in the housing, and the inputs of the cosine capacitors are connected to the outputs of the power modules of the control system unit, and the outputs of the cosine capacitors are connected to the busbars.

Недостатком данной полезной модели является высокие массогабаритные показатели ввиду применения нескольких конденсаторных батарей для плавного регулирования вырабатываемой реактивной мощности и генерирование в сеть высших гармонических составляющих тока и напряжения в процессе коммутации.The disadvantage of this utility model is the high overall dimensions due to the use of several capacitor banks for smooth regulation of the generated reactive power and generation of higher harmonic components of current and voltage into the network during the switching process.

Задачей является создание погружного компенсатора реактивной мощности, при осуществлении которого достигается технический результат, заключающийся в уменьшении влияния на сеть высших гармоник и уменьшении массогабаритных показателей.The task is to create a submersible reactive power compensator, the implementation of which achieves the technical result, which consists in reducing the impact on the network of higher harmonics and reducing the overall dimensions.

Указанный технический результат достигается тем, что погружной компенсатор реактивной мощности содержит герметичный корпус, с расположенными внутри катушками индуктивности, конденсатором, трансформаторами тока и блоком системы автоматического управления, при этом корпус выполнен с возможностью соединения с корпусом погружного электродвигателя, внутри корпуса установлен трехфазный инвертор напряжения, состоящий из шести пар силовых вентилей, блока системы автоматического управления и драйвера, причем входы катушек индуктивности электрически соединены с питающим кабелем, а выходы с входом и выходом двух пар силовых вентилей каждая, противоположные входы и выходы силовых вентилей соединены с входом и выходом конденсатора, блок системы автоматического управления, включает в себя трансформаторы тока, датчики напряжения, систему автоматического управления с функцией широтно-импульсной модуляции.The specified technical result is achieved by the fact that the immersion reactive power compensator comprises a sealed enclosure with inductance coils, a capacitor, current transformers and an automatic control unit, while the enclosure is configured to connect to the immersion motor enclosure, a three-phase voltage inverter is installed inside the enclosure, consisting of six pairs of power valves, an automatic control unit and driver, the inputs of the inductors e are electrically connected to the power cable, and the outputs with the input and output of two pairs of power valves are each, the opposite inputs and outputs of the power valves are connected to the input and output of the capacitor, the automatic control unit includes current transformers, voltage sensors, an automatic control system with function pulse width modulation.

На фиг. 1 - изображен погружной компенсатор реактивной мощности, соединенный с погружным электродвигателем.In FIG. 1 - shows a submersible reactive power compensator connected to a submersible electric motor.

На фиг. 2 - изображен погружной компенсатор реактивной мощности, разрез по А-А.In FIG. 2 - shows a submersible reactive power compensator, a section along AA.

На фиг. 3 - изображена однолинейная электрическая схема погружного компенсатора реактивной мощности.In FIG. 3 - shows a single-line electrical circuit of a submersible reactive power compensator.

Погружной компенсатор 1 реактивной мощности содержит герметичный корпус 2 цилиндрической формы, выполненный из прочного материала, например сталь. Корпус 2 жестко присоединен к погружному электродвигателю 3 (фиг. 1). Питание электрическим током погружного электродвигателя 3 и погружного компенсатора 1 реактивной мощности осуществляется по электрическим кабелям 4, которые выходят из корпуса 2. Электрические жилы кабелей 4 соединены в корпусе 2 между собой пофазно. Внутри корпуса 2 установлены конденсатор 5, катушки индуктивности 6, трехфазный инвертор 7 напряжения, блок 8 системы автоматического управления (фиг. 2). Входы катушек индуктивности 6 соединены с электрическими жилами кабеля 4 пофазно, а выходы с входом и выходом двух пар силовых вентилей 9 трехфазного инвертора 7 напряжения каждая по отдельности (фиг. 3). Противоположные входы и выходы силовых вентилей 9 соединены с входом и выходом конденсатора 5 соответственно. Управление силовыми вентилями 9 осуществляется при помощи блока 8 системы автоматического управления, установленного в корпусе 2 (фиг. 2). Блок 8 системы автоматического управления состоит из трансформаторов тока 10, датчиков напряжения 11, системы 12 автоматического управления с функцией широтно-импульсной модуляции и драйвера 13 (фиг. 3).Submersible compensator 1 reactive power contains a sealed housing 2 of a cylindrical shape made of durable material, such as steel. The housing 2 is rigidly attached to the submersible motor 3 (Fig. 1). Power supply by electric current of a submersible electric motor 3 and a submersible compensator 1 of reactive power is carried out through electric cables 4, which exit from the housing 2. The electrical conductors of the cables 4 are connected in phase housing 2 to each other. Inside the case 2, a capacitor 5, an inductor 6, a three-phase voltage inverter 7, an automatic control system unit 8 are installed (Fig. 2). The inputs of the inductors 6 are connected to the electrical cores of the cable 4 in phase, and the outputs with the input and output of two pairs of power valves 9 of the three-phase voltage inverter 7 each separately (Fig. 3). Opposite inputs and outputs of the power valves 9 are connected to the input and output of the capacitor 5, respectively. The control of the power valves 9 is carried out using the block 8 of the automatic control system installed in the housing 2 (Fig. 2). Block 8 of the automatic control system consists of current transformers 10, voltage sensors 11, automatic control system 12 with the function of pulse width modulation and driver 13 (Fig. 3).

Погружной компенсатор 1 реактивной мощности работает следующим образом.Submersible compensator 1 reactive power operates as follows.

При пуске погружного электродвигателя 3 и дальнейшей его работе происходит потребление им электрической мощности. Так как характер потребляемой им мощности активно-индуктивный, то для уменьшения токов протекающих по электрическому кабелю 4 необходимо компенсировать индуктивную составляющую.When starting the submersible motor 3 and its further operation, it consumes electric power. Since the nature of the power consumed by him is active-inductive, in order to reduce the currents flowing through the electric cable 4, it is necessary to compensate for the inductive component.

Сигналы с трансформаторов тока 10 и датчиков напряжения 11 подаются на систему 12 автоматического управления, в которой происходит вычисление активной и реактивной мощности. Система 12 автоматического управления вычисляет уровень напряжения на конденсаторе 5 и поддерживает его на определенном уровне для создания требуемого компенсационного тока. При изменении тока потребляемого электродвигателем 3 происходит изменение реактивной составляющей ее мощности. Увеличение тока потребляемого электродвигателем 3 приводит к увеличению реактивной мощности, что требует повышения уровня напряжения на конденсаторе 5, затрачиваемого для компенсации реактивной мощности. Снижение тока потребляемого электродвигателем 3, наоборот, должно сопровождаться уменьшением напряжения на конденсаторе 5. Регулирование напряжения на конденсаторе 5 осуществляется при помощи включения и отключения силовых вентилей 9 по заданному закону регулирования. Сигналы, сформированные системой 12 автоматического управления, поступают с драйвера 13 на управляющие входы силовых вентилей, (фиг. 3). Уменьшение влияния высших гармонических составляющих на работу конденсатора 5 осуществляется при помощи установленных катушек индуктивности 6.The signals from current transformers 10 and voltage sensors 11 are supplied to the automatic control system 12, in which the active and reactive power are calculated. The automatic control system 12 calculates the voltage level on the capacitor 5 and maintains it at a certain level to create the required compensation current. When the current consumed by the electric motor 3 changes, the reactive component of its power changes. The increase in current consumed by the electric motor 3 leads to an increase in reactive power, which requires an increase in the voltage level on the capacitor 5, spent to compensate for the reactive power. The decrease in the current consumed by the electric motor 3, on the contrary, should be accompanied by a decrease in the voltage across the capacitor 5. Regulation of the voltage across the capacitor 5 is carried out by switching the power valves 9 on and off according to a given regulation law. The signals generated by the automatic control system 12 are received from the driver 13 to the control inputs of the power valves (Fig. 3). Reducing the influence of higher harmonic components on the operation of the capacitor 5 is carried out using the installed inductors 6.

Таким образом, в заявляемом устройстве вместо нескольких конденсаторов используется один, что позволяет уменьшить массогабаритные размеры.Thus, in the inventive device, instead of several capacitors, one is used, which allows to reduce the overall dimensions.

Claims

An immersion reactive power compensator comprising a sealed enclosure with inductance coils inside, a capacitor, current transformers and an automatic control system unit, the enclosure being configured to connect to an immersion electric motor enclosure, characterized in that a three-phase voltage inverter is installed inside the enclosure, consisting of six pairs of power valves, an automatic control unit and a driver, and the inputs of the inductors are electrically connected to the pit cable, and the outputs with the input and output of two pairs of power valves each, the opposite inputs and outputs of the power valves are connected to the input and output of the capacitor, the automatic control unit includes current transformers, voltage sensors, an automatic control system with pulse-width function modulation.