способ защиты электропривода насоса

Формула изобретения

Способ защиты электропривода насоса при срыве подачи жидкости на его входе путем измерения электрических параметров электропривода, формирования сигнала, управляющего отключением, сравнения сигнала с заданной величиной и отключения агрегата, отличающийся тем, что в качестве электрического параметра используют активную мощность, управляющий сигнал формируют пропорциональным произведению амплитудного значения напряжения и мгновенного значения тока, соответствующего амплитудному значению напряжения в данный момент времени, в качестве заданной величины используют значение рабочей активной мощности электропривода, сигнал на отключение агрегата подают с задержкой, значение которой изменяют в зависимости от значения интервала времени между окончанием и повторным началом срывов подачи жидкости на входе насоса, сравнивают указанный интервал с заданным значением, если он меньше, задержка времени на подачу сигнала на отключение агрегата уменьшается, например кратно, и при достижении последней нулевого значения и совпадении с заданным значением времени задержки формирования сигнала на отключение агрегата при постоянно присутствующем срыве подачи, подают сигнал на отключение агрегата, когда значение управляющего сигнала меньше заданного.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насосостроению, в частности к способам защиты электропривода насосов от работы в режиме срыва подачи, когда на вход насоса прекращается поступление откачиваемой жидкости, и может быть использовано, например, на нефтепромыслах, в гидротранспортных системах, работающих в условиях переменных режимов.

Известен способ защиты центробежного насоса погружного агрегата с электроприводом при срыве подачи жидкости на его входе путем измерения электрических параметров электропривода, формирования сигнала, управляющего его отключением, сравнения сигнала с заданной величиной и отключения агрегата при несовпадении действующего значения мощности с заданной величиной. (См. а.с. СССР 511431, М. кл. 3 F 04 B 49/02, 1976 г.).

Недостатком этого способа является малая надежность при значительных колебаниях напряжения, что приводит либо к ложному срабатыванию защиты в период нормальной работы насоса, либо к выходу из строя насоса при ее несрабатывании из-за заглубления защиты.

Известны способы защиты центробежного насоса при срыве подачи жидкости на его вход путем измерения электрических параметров электропривода, формирования сигнала, управляющего его отключением, сравнения сигнала с заданной величиной и отключения агрегата. Сигнал формируют по сумме приведенных активных составляющих тока, потребляемого электроприводом, и напряжения. (См. а.с. СССР 802619, М. кл. 3 F 04 D 15/00, 1981 г. и а.с. СССР 1122150, М. кл. 3 F 04 D 15/00, 1984 г.).

Недостатком известных способов является низкая надежность при работе в загазованных скважинах, обусловленная косвенной оценкой процесса срыва подачи по контролируемым параметрам, имеющим широкий диапазон изменения по величине.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату можно считать способ защиты электропривода насоса по а.с. СССР 1090922, М. кл. 3 F 04 D 15/00, 1984 г. Известный способ защиты электропривода насоса заключается в измерении электрических параметров электропривода, формировании сигнала, управляющего его отключением, сравнении сигнала с заданной величиной и отключении агрегата. Указанные признаки являются общими с предложенным способом. В качестве электрического параметра используют мощность, которую замеряют циклами с заданной продолжительностью и периодичностью, а сигнал формируют по разнице пульсаций мощности в циклах.

Недостатком известного способа можно считать необходимость отстройки данной защиты для каждой скважины из-за того, что каждая скважина имеет свои характеристики. Это усложняет реализацию способа.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа защиты электропривода насоса, в котором использование выбранных параметров электропривода, в совокупности с порядком их контроля и новым подходом к анализу при формировании сигнала на отключение агрегата, обеспечивает исключение ложных сигналов на отключение электропривода при срыве подачи жидкости на входе насоса и, за счет этого, получение заданной надежности и точности для различных скважин без дополнительной настройки.

Для решения поставленной задачи в известном способе защиты электропривода насоса при срыве подачи жидкости на его входе путем измерения электрических параметров электропривода, формирования сигнала, управляющего отключением агрегата, сравнения сигнала с заданной величиной и отключения агрегата, согласно изобретению в качестве электрического параметра используют активную мощность, управляющий сигнал формируют пропорциональным произведению амплитудного значения напряжения и мгновенного значения тока, соответствующего амплитудному значению напряжения в данный момент времени, в качестве заданной величины используют значение рабочей активной мощности электропривода, сигнал на отключение агрегата подают с задержкой, значение которой изменяют в зависимости от значения интервала времени между окончанием и повторным началом срывов подачи жидкости на входе насоса, сравнивают указанный интервал с заданным значением, если он меньше, задержка времени на подачу сигнала на отключение агрегата уменьшается, например кратно, и при достижении последней нулевого значения, совпадении с заданным значением времени задержки формирования сигнала на отключение агрегата при постоянно присутствующем срыве подачи и управляющем сигнале, меньшим заданного, подают сигнал на отключение агрегата.

Заданное значение интервала времени между окончанием и повторным началом срывов подачи жидкости на входе насоса (удвоенное среднестатистическое значение времени изменения напряжения питающей сети) выбирается, как удвоенное время (30 мин), когда флуктуация функции напряжения питания погружных установок с высокой доверительной вероятностью (98%) не превышает 1,7% от среднего значения. Такая точность соизмерима с точностью контрольно-измерительной аппаратуры. Выбор сделан по результатам анализа, представленного в диссертации на соискание звания кандидата технических наук. Автор - Шварц Д. Л. "Устройство управления и защиты погружных асинхронных электроприводов центробежных насосов для добычи нефти и электробуров". Азербайджанский институт нефти и химии им. М.Азизбекова, - Баку, 1982 г., глава 2.

Заданное значение времени задержки формирования сигнала на отключение агрегата при постоянно присутствующем срыве подачи выбирается из требований эксплуатационных характеристик агрегата.

Использование в качестве электрического параметра активной мощности и формирование сигнала, управляющего отключением агрегата, пропорционального произведению амплитудного значения напряжения и мгновенного значения тока, соответствующего амплитудному напряжению в данный момент времени, обеспечивают возможность прямой оценки процесса срыва подачи по контролируемому параметру.

Выбор в качестве заданной величины значения рабочей активной мощности электропривода, определяемой паспортными характеристиками электропривода, обеспечивает заданную точность способа.

Контроль интервала времени между окончанием и повторным началом срывов подачи агрегата, сравнение с заданным значением, в качестве которого выбирают время, определяемое, например, удвоенным среднестатистическим значением времени изменения напряжения питающей сети, позволяет в сочетании с контролем активной мощности и с учетом значения, выбранного из требований эксплуатационных характеристик агрегата, ускорить оценку причин срыва подачи и обеспечить надежное отключение агрегата при ухудшении параметров электропривода.

Формирование времени задержки сигнала на отключение агрегата, когда значение контролируемой активной мощности меньше заданного значения рабочей активной мощности электропривода, и когда интервал между окончанием и повторным началом срывов подачи меньше заданного, так, что задержка на формирование сигнала отключения агрегата уменьшается, например кратно, и при достижении последней нулевого значения подается сигнал на отключение, обеспечивают более точное и надежное отключение агрегата, т.к. с одной стороны исключаются ложные отключения при срывах подачи в интервале времени, меньшем, чем определяемое требованиями эксплуатационных характеристик электропривода, а с другой стороны электропривод надежно отключается при постоянном срыве подачи жидкости на входе агрегата до момента, когда он будет работать в нештатном режиме (например, перегрев).

Способ защиты центробежного насоса погружного агрегата реализуется следующим образом. После заполнения жидкостью центробежного насоса погружного агрегата, например когда он спущен в нефтяную скважину, его вращают, при подключении электропривода к трехфазной сети электроснабжения. Производят непрерывное измерение величины потребляемого электроприводом тока и величины приложенного напряжения. Затем из измеряемых величин выделяют амплитудное значение напряжения и мгновенное значение тока, соответствующее амплитудному значению напряжения в данный момент времени. Полученные величины умножают и получают единый сигнал, пропорциональный активной мощности (Р_ак), который сравнивают с заданной величиной (Р_аз), в качестве которой и используют задаваемое значение рабочей активной мощности электропривода. По результату сравнения формируют сигнал, управляющий отключением агрегата при срыве подачи жидкости на его входе. При меньшем значении величины сформированного единого сигнала от заданного (Р_ак<Р), что соответствует режиму работы насоса при срыве подачи жидкости на его входе, с задержкой подают сигнал на отключение электропривода насоса. Для формирования задержки (С1) измеряют интервал (С2) времени между окончанием и повторным началом срывов подачи жидкости и сравнивают его с удвоенным среднестатистическим значением времени изменения напряжения питающей сети. Если значение Р_ак<Р, а интервал времени (С2) между срывами подачи меньше заданного, задержка времени на подачу сигнала на отключение агрегата (С1) уменьшается, например кратно. При достижении (С1) нулевого значения подают сигнал на отключение агрегата. При большем времени задержки (С1) заданного значения времени задержки сигнала на отключение агрегата при постоянно присутствующем срыве подачи, выбранного из требований эксплуатационных характеристик агрегата, отменяют кратное уменьшение задержки (С1) времени на подачу сигнала на отключение агрегата.

На чертеже представлена схема одного из возможных вариантов устройства для реализации предложенного способа.

Устройство для защиты электропривода 1 центробежного насоса 2 погружного агрегата содержит измерительный трансформатор 3 тока, измерительные блоки 4 и 5, напряжения и тока соответственно, блок 6 обработки полученных значений тока и напряжения, блок 7 сравнения полученного значения активной мощности и задаваемого значения рабочей активной мощности, первый 8 и второй 9 блоки задержки формирования сигналов на отключение агрегата, коммутационный аппарат 10, блок 11 управления отключением электропривода, например, в виде промежуточного реле, подключенный к управляющему входу коммутационного аппарата, предназначенного для включения/отключения электродвигателя к/от источника питания 12 по кабелю 13. Устройство дополнительно включает амплитудный детектор 14 и устройство выборки хранения 15. Включением коммутационного аппарата 10 электроэнергию подают от источника 12 питания по кабелю 13 к электроприводу 1. При этом с помощью трансформатора 3 тока производят контроль текущего значения тока, который поступает на вход измерительного блока 5, а с помощью измерительного блока 4 происходит формирование сигнала, соответствующего текущему значению напряжения. От измерительного блока 4 сформированный сигнал поступает на амплитудный детектор 14, который, в свою очередь, формирует сигнал управления на устройство выборки и хранения 15 для одновременного захвата мгновенного значения тока, соответствующего амплитудному значению напряжения в данный момент времени. От амплитудного детектора 14 и устройства выборки и хранения 15 сигналы поступают на входы блока 6 обработки полученных значений тока и напряжения. От блока 6 сигнал, пропорциональный произведению амплитудного значения напряжения и мгновенного значения тока, соответствующего амплитудному значению напряжения в данный момент времени (Р_ак), поступает на вход блока 7 сравнения. На второй вход блока 7 поступает сигнал задаваемой рабочей активной мощности (Р_аз), который определяется паспортными характеристиками электропривода. Блок в случае Р_ак<Р выдает сигнал на блоки 8 и 9 задержки формирований сигнала на отключение электропривода. Блок 8 задержки при постоянно присутствующем сигнале на его входе, что соответствует постоянно присутствующему срыву подачи (Р_ак<Р), по сигналу с блока 7 сравнения формирует сигнал на отключение агрегата, который поступает на блок 11 управления отключением электропривода. На выходе блока 11 формируется сигнал, поступающий на управляющий вход коммутационного аппарата 10, с помощью которого производится отключение электропривода 1 от источника питания 12. При непостоянно присутствующем сигнале от блока 7 сравнения блок 9 задержки создает управляющий сигнал на блок 8 задержки, который, в свою очередь, формирует сигнал уменьшения времени задержки, поступающий на управляющий вход блока 9 задержки. При этом время задержки до подачи сигнала на отключение агрегата уменьшается кратно. При отсутствии сигнала от блока 7 сравнения время, большее, чем, например, удвоенное среднестатистическое время изменения напряжения питающей сети, блок 8 задержки формирует управляющий сигнал блоку 9 задержки на отмену кратного уменьшения времени формирования сигнала на отключение.