RU28743U1

RU28743U1 - Электронасосная погружная установка

Info

Publication number: RU28743U1
Application number: RU2002126162/20U
Authority: RU
Inventors: Л.Я. Раскин; Л.Н. Седов; В.В. Лопатин; Н.И. Швецов; А.П. Сарычев; Ф.М. Сальковский
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "НПП ВНИИЭМ"
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2003-04-10

Description

ЭЛЕКТРОНАСОСНАЯ НОГРУЖНАЯ УСТАНОВКА

Заявляемое техническое решение относится к системам электропривода погружных насосов нефтедобычи.

В качестве аналога принята насосная установка с преобразователем частоты 1, размещенным на поверхности земли и )шравляющим работой привода погружного насоса.

Нреобразователь частоты состоит из выпрямителя, преобразующего трехфазное напряжение промышленной сети частотой 50 Гц в постоянное, и инвертора, преобразующего постоянное напряжение в трехфазное переменное напряжение регулируемой от нуля до нескольких сотен герц частоты. Напряжение на выходе инвертора изменяется пропорционально частоте от нуля до 1500-2000 В воздействием на систему управления инвертора, либо на систему управления выпрямите.11я, или с помощью включенного между выпрямителем и инвертором дополнительного регулятора. Выход инвертора соединен с помещенным в скважину электродвигателем трехфазным кабелем, длина которого может достигать 2-3 км.

Недостатком этого технического решения является высокая стоимость и материалоемкость трехфазного кабеля, увеличение активных потерь мощности и индуктивного падения напряжения в кабеле при повыщенных частотах, что снижает энергетические показатели установки.

За прототип принята насосная установка 2, в которой инвертор как составная часть преобразователя частоты размещен в скважине в непосредственной близости от электродвигателя и насоса по оси обсадной колонны.

.,...,--. . .

--0, г 1

ШПКРОДВ 13/10

вода используется проложенный по скважине более легкий и дешевый однопроводный кабель постоянного тока, а в качестве другого провода заземленная металлоконструкция скважины. Таким образом недостатки, связанные с использованием трехфазного кабеля переменного тока, устраняются.

Одним из важных требований, предъявляемых к насосной установке, является живучесть, т.е. способность осуществлять процесс нефтедобычи с минимальными простоями. Между тем, условия работы инвертора (высокое напряжение, повышенная частота, температура в скважине до 90°С) существенно повышают вероятность выхода из строя его силовых полупроводниковых элементов, и первый же отказ одного из них приводит к простою установки, вызванному длительными и дорогостоящими ремонтными работами, связанными с подъемом на поверхность и опусканием в скважину всего подземного оборудования установки. Это является недостатком прототипа.

Задачей полезной модели является повышение живучести установки при отказах силовых полупроводниковых элементов инвертора.

Для достижения этого технического результата в электронасосной погружной установке, содержащей размещенный на поверхности земли выпрямитель с системой управления и размещенные в скважине инвертор с системой управления, соединенный с выпрямителем заземленной однопроводной линией питания, электродвигатель, соединенный с инвертором, и насос, сочлененный с валом электродвигателя, в отличие от прототипа, инвертор выполнен из нескольких идентичных инверторных блоков, а обмотка статора электродвигателя выполнена из нескольких гальванически не связанных обмоток, причем число обмоток соответствует числу инверторных блоков, при этом инверторные блоки силовыми входами соединены последовательно друг с другом, а каждый инверторный блок соединен с соответствующей обмоткой статора через разъединитель.

На фиг.- структурная электрическая схема предлагаемой установки.

Схема содержит выпрямитель 1 с системой управления 2, несколько идентичных инверторных блоков 3 с системой управления 4 и электродвигатель 5 с несколькими (по числу инверторных блоков) статорными обмотками. Каждый инверторный блок выполнен по широко известной трехфазной мостовой схеме, например, на стандартных транзисторнодиодных модулях 6, и содержит на входе сглаживающий конденсатор 7 и короткозамыкатель 8, а на выходе - разъединитель 9. В зависимости от мощности установки каждый блок 3 может содержать несколько параллельно включенных модулей 6. Инверторные блоки 3, соединенные силовыми входами последовательно друг с другом, подключены к силовому выходу выпрямителя 1 однопроводной линией питания с использованием кабеля 10 и заземленной металлоконструкции установки. Выпрямитель силовым входом подключен к 3-х фазной питающей сети 50 Гц. Каждый инверторный блок 3 соединен через разъединитель 9 с соответствующей трехфазной статорной обмоткой электродвигателя 5. Система управления 4 соединена с ршверторными блоками информационными входами 11 и управляющими выходами 12. Управление приводом осуществляется по одному из известных вариантов 3 при синхронной и синфазной работе всех инверторных блоков. Сигнал задания скорости привода постзшает в систему управления 4 по входу 13, а необходимая информация об электрических параметрах в силовой схеме (токах, напряжениях) - по входам 11. С вьгходов 12 на инверторные блоки поступают идентичные для всех блоков сигналы управления транзисторами, обеспечивающие требуемые частоту и напряжение для питания электродвигателя.

Построение преобразователей (в данном случае - инвертора) методом поблочной функциональной избыточности известно 4, 5 применительно к преобразователям постоянного напряжения в постоянное, работающим на общую нагрузку. Включение последовательно нескольких инверторных блоков позволяет использовать при высоком питающем напряжении более низковольтные, а значит - более дешевые, силовые полупроводниковые элементы, обладающие более высоким быстродействием, что приводит к снижению потерь на переключение. Число блоков определяется, исходя из величины максимального питающего напряжения на выходе выпрямителя 1, паспортного напряжения инверторного модуля и закладываемой степени избыточности. Если избыточным является один инверторный блок, то при отказе любого из них работа установки не нарушается при условии отключения отказавшего блока. С этой целью в процессе работы установки система управления 4 по информационным входам 11 осуществляет контроль за состоянием транзисторов всех блоков, например, путем сравнения сигнала на управляющем входе транзистора и потенциала на его силовых выводах. Если падение напряжения на любом транзисторе какого-либо блока не соответствует сигналу управления, на соответствующем выходе 12 системы управления 4 формируются отпирающие сигналы на все транзисторы данного блока и команда на отключение разъедините.ля. В результате силовой вход отказавшего блока оказывается закороченным, а инверторный блок - отключенным от соответствующей статорной обмотки, и работа установки продолжается в номинальном режиме. При использовании для управления транзисторами серийных устройств (так называемых драйверов) может оказаться более целесообразным в случае возникновения неисправности формирование одного сигнала, не связанного с цепями управления транзисторов, осуществляющего отключение разъединителя 9 и включение подсоединенного к силовому входу каждого инверторного блока 3 короткозамыкателя 8, шунтирующего неисправный блок. Короткозамыкатель 8 и разъединитель 9 могут быть выполнены бесконтактными, т.е. на полупроводниковых ключах.

Живучесть установки может быть повышена еще больше, если при проектировании заложить избыточность в количестве не одного, а двух блоков и т.д. Кроме того, если даже избыточность будет исчерпана после нескольких отказов, работа установки может быть продолжена при новом отказе со снижением мощности при условии понижения напряжения на оставшихся исправных блоках. С этой целью на вход 14 системы управления 2 выпрямителя 1 подается сигнал из системы управления 4, обеспечивающий номинальное напряжение на исправных блоках путем сдвига отпирающих импульсов на тиристорах выпрямителя относительно кривой анодного напряжения.

В предложенном техническом решении живучесть установки повышается не только за счет исполнения инвертора, но и электродвигателя, т.к. уменьшается воздействие на изоляцию двигателя переменного напряжения на обмотках статора, которое в несколько раз меньше, чем при традиционном исполнении статора с одной обмоткой.

Источники информации

1VI симпозиум Электротехника 2010, т.З, стр. 231-234.

2Патент РФ 2137945.

3С.А.Васюков и др. Регулируемые приводы с погружными электродвигателями для нефтедобычи. Привод и управление, №3,2001.

4В.С.Моин. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергоатомиздат, 1986, стр. 229-233.

Э.М.Ромаш и др. Высокочастотные транзисторные преобразователи. М., Радио и связ

Claims

1. Электронасосная погружная установка, содержащая размещенный на поверхности земли выпрямитель с системой управления и размещенные в скважине инвертор с системой управления, соединенный с выпрямителем заземленной однопроводной линией питания, электродвигатель, соединенный с инвертором, и насос, сочлененный с валом электродвигателя, отличающаяся тем, что инвертор выполнен из нескольких идентичных инверторных блоков, а обмотка статора электродвигателя выполнена из нескольких гальванически не связанных обмоток, причем число обмоток статора соответствует числу инверторных блоков, при этом инверторные блоки силовыми входами соединены последовательно друг с другом, а каждый инверторный блок соединен с соответствующей обмоткой статора электродвигателя через разъединитель.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что параллельно силовому входу каждого инверторного блока включен короткозамыкатель.