Адаптация фильтровой защиты асинхронных двигателей от несимметрии питающего напряжения к режиму их нагрузки
ВАФИН А.М., КГЭУ, г. Казань
Науч. рук. канд. техн. наук, доцент КАПАЕВ В.И.
Несимметрия напряжений фаз питающей сети, обрывы фазных проводов и связанное с ними неполнофазное питание приводного трехфазного асинхронного двигателя являются одним из распространенных аварийных режимов при эксплуатации погружных электронасосных агрегатов, приводящих к тепловой перегрузке двигателя и перегоранию его статорной обмотки. При несимметрии напряжений 5 % располагаемая мощность двигателя уменьшается на 5–10 %. При длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K2U = 2…4 % срок службы асинхронного двигателя снижается на 10...15 %, а если он работает при номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое.
Однако система автоматики существующих станций управления погружными электронасосными агрегатами не обеспечивает защиту их приводных электродвигателей от несимметрии напряжений фаз питающей сети и неполнофазного режима работы при обрыве фазных проводов на участке электрической сети за местом установки щита управления двигателем (например, при обрыве проводов питающего кабеля, расположенного в водоподъемной колонке из труб погружных электронасосных агрегатов и соединяющего щит управления двигателем с самим электродвигателем, а тем более при обрыве в статорной обмотке электродвигателя). В то же время именно эти участки электрической сети погружных электронасосных агрегатов находятся в самых неблаго-приятных условиях работы, и вероятность обрыва здесь фазных проводов и связанное с ним неполнофазное питание электродвигателя намного больше. Поэтому разработка автоматических средств защиты электродвигателей от выхода из строя при низкокачественном электропитании – весьма актуальная задача.
Предлагается адаптивное устройство фильтровой защиты асинхронного электродвигателя погружных электронасосных агрегатов, позволяющее защитить асинхронный электродвигатель от несимметрии питающих напряжений с коррекцией установки срабатывания защиты в зависимости от его коэффициента загрузки. При этом для совершенствования фильтровых устройств защиты асинхронных двигателей погружных электронасосных агрегатов предлагается объединить фильтр напряжений обратной последовательности с частью фильтра напряжения нулевой последовательности, что позволит выполнить устройства релейной защиты более чувствительными.
УДК 62.505
Исследование параметрических возмущений в системе контроля температуры пара в паропроводе
ГАЛИМОВА А.Р., КГЭУ, г. Казань
Науч. рук. доцент МАЛЁВ Н.А.
Измерение, контроль, стабилизация и регулирование температуры является наиболее часто встречаемой актуальной научно-технической задачей. Данной проблеме уделяется большое внимание как со стороны исследователей, так и со стороны разработчиков и производителей систем управления температурными процессами. В настоящее время термоэлектрическое приборостроение активно развивается. Выбранный объект исследования представляет собой систему автоматического контроля и регулировки температуры пара в паропроводе посредством изменения угла положения заслонки. В данной работе был проведен синтез системы автоматического контроля температуры, проведен анализ переходных процессов при параметрических возмущениях. При анализе результатов моделирования сделан вывод, что переходные процессы при параметрических возмущениях значительно меняются и зависят от таких показателей, как: температура теплоносителя, температура внутренней поверхности стенки, скорость движения теплоносителя, коэффициент теплоотдачи, внутренний периметр трубопровода, теплоемкость теплоносителя, удельный вес теплоносителя, внутреннее сечение трубопровода, а также теплоемкость, удельный вес и сечение стенки трубопровода.
Для оценки параметров системы, которые не поддаются измерению, произведена идентификация параметров системы с применением беспоискового градиентного метода. Градиентные методы хорошо зарекомендовали себя в инженерной практике, являются основой для идентификации достаточно сложных объектов, для оптимизации нелинейных критериев качества идентификации.
УДК 622.692
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ «ПРИВОДНОЙ ДВИГАТЕЛЬ – ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ
НАСОС – ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ»
ГУБАЙДУЛЛИН А.Г., КОРНИЛОВ В.Ю., КГЭУ, г. Казань
Науч. рук. д-р техн. наук, профессор КОРНИЛОВ В.Ю.
Нефтедобывающая отрасль занимает немаловажную часть в Российском производстве и его экономике, в связи с чем эксплуатация скважин в будущем станет возможна при улучшении процесса добычи нефти.
Одним из востребованных методов добычи является использование установки с электроцентробежным насосом (УЭЦН). На территории Российской Федерации около 70 000 скважин оснащены погружными электроцентробежными насосами, и ими обеспечивается 70 % добычи нефти. За последние 25–30 лет доля, поднятая с помощью данных установок, выросла практически в 2,5 раза. Эта тенденция имеет твердую позицию, которая сохранится и в будущем.
Но результаты исследований зарубежных и отечественных ученых показывают, что проблема улучшения эффективности УЭЦН может быть решена за счет использования регулируемого электропривода и применения оптимальных алгоритмов управления насосом и его режимами.
Состояние нефтяной промышленности России подошло к такому периоду, когда дальнейшая эксплуатация скважин возможна лишь при модернизации добычи нефти из-за существенного ухудшения эксплуатационных условий. Одним из перспективных методов является использование УЭЦН. Большой проблемой при работе в осложненных скважинах является изменение технических и экономических показателей УЭЦН.
Факторов, влияющих на работу УЭЦН, очень много – начиная от конструкций скважин и заканчивая процессами, проходящими в самом пласте. Совокупность всех этих осложнений приводит к резкому снижению эффективности работы УЭЦН. В связи с этим становится актуальной разработка алгоритмов оптимизации режимов УЭЦН, а также присоединенных к ним скважин.
Во время эксплуатации иногда добывные возможности скважин превышают подачу насосной установки. В то же время применение других, более высокопроизводительных способов эксплуатации скважин невозможно по различным техническим и технологическим причинам.
Таким образом, критерием оптимизации является прирост добычи и увеличение межремонтного периода скважин. Процесс оптимизации режима работы включает в себя выявление фонда скважин для технологических мероприятий по оптимизации режимов работы насосных установок, их подбор и практическое осуществление рекомендаций.
Поэтому и была сформулирована задача: разработать математи-ческую модель электромеханической системы «приводной двигатель – центробежный насос – гидродинамическая система нефтяной скважины».
Литература
1. Работа с периодическим фондом УЭЦН: технологический регламент № П1-01С-008М-002ЮЛ-99: версия 1.0. – Нефтеюганск, 2006.
2. Подбор скважин для увеличения частоты: технологический регламент № П1-01СЦ-008М-003ЮЛ-99.
3. Уразаков К.Р. Техническое описание компьютерной программы подбора погружного оборудования / К.Р. Уразаков. – Уфа, 2006.
4. Эксплуатация осложненных скважин центробежными электро-насосами / под ред. Л.С. Каплан. – 1994.
5. Иванов В.Н. Основные задачи развития и совершенствования установок электроприводных центробежных насосов / В.Н. Иванов, Ю.В. Левин // УКАНГ. – 2004. – № 1. – С. 33.
6. Сипайлов В.А. Способы повышения энергоэффективности установок электроцентробежных насосов механизированной добычи нефти / В.А. Сипайлов, В.Г. Букреев, Н.Ю. Сипайлова // Изв. вузов. Проблемы энергетики. – 2008. – № 7-8/1. – С. 31–41.
7. Сипайлов В.А. Применение управляемого электропривода в установках с электроцентробежным насосом добычи нефти / В.А. Сипайлов // Электромеханические преобразователи энергии: матер. междунар. науч.-техн. конф. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – С. 311–313.
8. Лысенко В.Д. Инновационная разработка нефтяных месторождений / В.Д. Лысенко.
9. Уметбаев В.Г. Геолого-технические мероприятия при эксплуатации скважин / В.Г. Уметбаев.
УДК 621.3.078
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ
УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
С ПОДДЕРЖАНИЕМ ЗАДАННОГО ДИНАМИЧЕСКОГО УРОВНЯ
СКВАЖИННОЙ ЖИДКОСТИ
ДАВЛЕТШИН А.Ф., КГЭУ, г. Казань
Науч. рук. д-р техн. наук, профессор КОРНИЛОВ В.Ю.
Оценка уровня скважинной жидкости производится по бездатчиковому методу. Предлагается выполнять расчет по измеренным значениям фазных токов и напряжений погружного электрического двигателя (ПЭД), основываясь на взаимосвязи полезной мощности на выходном валу двигателя с производительностью центробежного насоса.
Центробежные электронасосы – это погружные центробежные секционные многоступенчатые насосы. По принципу действия они не отличаются от обычных центробежных насосов, применяемых для перекачки жидкости. В корпус секции вставляется пакет ступеней, представляющих собой собранные на валу рабочие колеса и направляющие аппараты. Рабочие колеса устанавливаются на валу на продольной механической шпонке, они могут перемещаться в осевом направлении. Снизу в корпус ввинчивают основание насоса с приемными отверстиями и фильтром-сеткой, через которые жидкость из скважины поступает в насос.
В качестве привода насоса используется погружной, 3-фазный, маслонаполненный асинхронный двигатель с короткозамкнутым много-секционным ротором вертикального исполнения типа ПЭД. ПЭД состоит из статора, ротора, головки и основания.
Формирование системы автоматического регулирования динами-ческого уровня (АРДУ) предлагается осуществить на основе математической модели, описывающей процесс изменения уровня жидкости в скважине. Математическую модель системы АРДУ жидкости в скважине построим на основе широко распространенного в практике нефтедобычи представления процесса перераспределения давления в скважине (Рпл – пластового давления и Рз – давления на забое), обусловленного изменением дебита Q, дифференциальным уравнением первого порядка:
параметры которого: Тс – постоянная времени и Kc – коэффициент продуктивности скважины – определяются геологическими характеристиками пласта и оборудованием скважины.
Далее, учитывая, что давление на забое складывается из гидростатического давления столба жидкости в стволе скважины и затрубного давления, дополним расчет уравнением связи динамического уровня с давлением:
где hн – глубина спуска насоса, измеренная от устья скважины; ρ – плотность скважинной жидкости; g – ускорение свободного падения.
Разработка представляет собой систему по регулированию и контролю состояния столба жидкости при изменении динамического уровня, система автоматизирована и поддерживает заданный алгоритм работы электроцентробежного насоса путем изменения частоты вращения ПЭД
УДК 621.313.13