Способ защиты двигателя электропривода глубинного поршневого насоса Советский патент 1984 года по МПК H02H7/08 

Изабретение относится к электротехнике, а именно к способам защиты двигателя электропривода от аварийных режимов, и может быть использо. вано для защиты двигателя электропри вода скважин, оборудованных глубинными поршневыми насосами.

Известен способ заситы электропривода глубинного поршневого насоса, основанный на контроле потребляемой электроприводом мощности, определении количества пиковых значений потребляемой активной мощности приводного двигателя при ходе поршня вверх и вниз за фиксированное время, сравнении полученной эталонной величины с эталонным графиком изменения активной мощности и отключении приводного электродвигателя при их несовпадении |jj .

Однако для данного способа характерна недостаточная надежность защит вследствие низкой чувствительности и нарушениям режимов работы электропривода, не вызывающих значительного изменения числа рабочих циклов насоса в/единицу времени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ защиты двигателя электропривода глубинных штанговых насосов, основанный на непрерывном измерении мощности, потребляемой приводным электродвигателем, в выделенных циклах измерения, причем в нормальном режиме работы в течение одного цикла измерения определяют начальную сумму длительностей промежутков времени превьш1ения потребляемой мощности заданной уставки, фиксируют полученную начальную сумму, затем в каждом цикл измеряют сумму длительностей промежутков времени превышения потребляемой мощности, сравнивают эту сумму с начальной и формируют сигнал отклю чения в случае превьш1ения текущей суммы начальной 2 |.

Однако для известного способа характерна недостаточная надежность, выражающаяся в том, что в реальных условиях нормальной работы глубиннонасосных скважин происходят плавные колебания нагрузки на поршневом насосе вследствие изменения проницаемост пласта, приводящие к колебанию прито-55 ка нефти к насосу, изменению коэффициента его заполнения, уходу контролируемой мощности за жестко установленные пределы и ложньм отключениям электропривода.

Цель изобретения - повышение на-, дежности защиты для устранения ложных отключений при плавных колебаниях нагрузки на насос.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу защиты двигател электропривода глубинного поршневого насоса, основанному на измерении в течение цикла контроля потребляемой электроприводом мощности, сравнении результатов измерения с предельными уставками и формировании сигнала отключения в случае превьш1ения предельных уставок заданного числа раз, дополнительно производят дискретизацию кривой потребляемой мощности по времени в течение циклов контроля которые разделяют паузой отсутствия контроля фиксированной длительности, производят сравнение каждого дискретного значения с соответствующими аналогичными значениями, полученными на предыдущем цикле контроля, и формируют сигнал отключения электропривода насоса при обнаружении выхода заданного количества измеренных значений из зоны допустимых отклонений, полученных на предьщущем цикле контроля.

На фиг. 1 приведены кривые, поясняющие сущность предложенного способ (случай, соответствующий дискретизации по времени), а: изменение потребляемой мощности Р(t) за i-й цикл контроля, условно равный периоду качания насоса для нормальной работы; б: изменение потребляемой мощности (t) за (1+1)-й цикл контроля, также равный периоду качания насоса для аварийной ситуации; на фиг. 2 - схема устройства, реализующего способ. -. . .

Циклы контроля i и (i+1) разделены одной паузой отсутствия контроля фиксированной длительности. Обозначения , и соответствуют заданным предельным значениям мощности, ut Const - интервал дискретизации, т.е. время, через которое производится измерение мощности электропривода. Длительность цикла контроля соответствует целому числу m интервалов Дискретизации (фиг. 1). Способ осуществляется следующим образом.

В процессе работы по исягечении паузы заданной длительности, в течение которой контроль не осуществляется, в каждом из циклов контроля через установленное время at для случая дискретизации по времени производят ряд последовательных измерений потребляемой электроприводом мощно- сти, и кривая потребляемой мощности Р(t) за i-й цикл контроля представляется рядом дискретных значений

,2) Pntiv % Э значения Iсравниваются с соответствую1цими значениями, представляющими кривую потребляемой мощности в предьщущем, (1-1)-м цикле контроля до окончания цикла контроля Кроме того, дискретные значения мощности 1-го цикла контроля сравниваются с заданными предельными значениями и , т.е. проверяется соблюдение соотношения

(;.

(2)

р , p. р mi« moA 3

где Р , (i-l)n - дискретные значени мощности в i-M и (i-l)-OM циклах контроля, соответствующие интёрвалу дискретизации заданная ширина зо допустимых отклонений кривьБс i-ro и (i-1)-го циклов; mi заданные предельны

значения мощности. При нарушении соотношений (1) и (2) подсчитывается количество этих нарушений и сравнивается с заданным, Если количество нарушений за цикл контроля не превьш1ает заданное, работа электропривода считается нормальной, если превьш1ает, то ситуация считается аварийной и формируется сигнал отключения электропривода.

Например, допускается нарушение соотношения (1) не более трех раз, а соотношения (2) не более одного раза.

Устройство для осуществления способа содержит измеритель 1 мощности, подключенный к силовой цепи электропривода 2 глубинного поршневого насосз и на вход дискретизатора 3, преобразующего непрерывный сигнал, пропорциональный мощности, в ряд

дискретных значений мощности Р., Р. р р f

rt

К выходу дискретизатора 3 подключен блок 4 анализа кривой для выявления начальной точки отсчета (Р-), блок 5 памяти, где хранятся дискретные значения мощности за предыдущий цикл контроля и блок 6 сравнения, другой вход которого связан с блоком 5 памяти.

Выход блока 6 сравнения подключен к счетчикам 7, контролирующим количество нарушений соотношений (1) и (2). Выходы счетчика 7 и блока 4 анализа связаны с блоком 8 управления, работающим по командам, поступакицим от блока 9 счета времени (паузы, цикла контроля и интервала дискретизации) . Блок 8 управления связан с дискретизатором 3, блоком 5 памяти, блоком 6 сравнения и релейньм отключающим блоком 10 с контактом 11 в силовой цепи электропривода 2.

Устройство работает следукицим образом.

Измеритель 1 преобразует сигналы тока (I) и напряжен ия (и)на входе в непрерывный выходной сигнал, пропорциональный мощности P(t).Блoк 9 счета времени выдает сигналы, соответствуюрще циклу контроля и ин- ервалу дискретизации (ut), передаваемы блоком управления в дискретизатор 3. На его выходе формируется ряд дискреных значений ,, Р... Р„ ... Р.

Блок 4 анализирует этот ряд, вы- являя начальную точку Р (например, минимум мощности), после чего блок 8 разрешает запись этих значений в блок 5 памяти, сравнение их с значениями, хранимыми в блоке 5 памяти предудущего цикла контроля, и с предельнши значениями мощности, хранимыми также в блоке памяти. Сравнени производится блоком 6. Все несоблюдения соотношений (1) и (2) подсчитываются счетчиками 7, и по превьш ении заданного числа нарушений блок 8 отлючает электропривод 2 через блок 10 и его контакт 11.

Если процесс изменения мопщости имеет плавное изменение в одну сторону, значения мощности достигают предельных, что приводит к. невыполнению соотношения (2) и отключению . электропривода. В случае резких изменений мощности, например при перегрузке, появлении отрицательной мощности за счет обрыва штанг и т.п., нарушается выполнение обоих соотношений (1) и (2), что повьпиает надеж ность отключения. Кроме того, преимуществом предла гаемого способа является упрощение операции настройки, так как требует ся задание только величин предельны значений (Ртал Pwi). определение которых не вызывает затруднений), и ширины зоны допустимых отклонений (Cupl) которую можно либо считать постоянной (т.е. лР-const), либо считать как постоянную часть (например, в процентах) от измеренного значения ,,, т.е. предлагаемый .способ позволяет повысить надежность исключая, ложные отключения электропривода насоса. Как показала практика эксплуатации устройства БУС-ЗМ, принятое за базовое, реализующее известные способы, значительное количество ложных отключений насоса происходит вследствие постепенного изменения нагрузки на насосе в нормальных условиях эксплуатации, объяс «яемое колебаниями притока нефти из. пласта, изменением коэффициента заполнения насоса, приводящего к достижению жестко заданных уставок и ложным отключениям. Ложные отключения ведут к непроизводительным простоям скважин и ощутимым потерям в добыче нефти ввиду того, что большинство скважин не имеет возможности оперативной передачи сигнала об остановке и это может быть обнаружено через несколько суток. , Предлагаемый способ позволяет обнаружить все резкие изменения формы кривой мощности, т.е. обеспечить защиту практически от всех неисправностей, так как при резких изменениях формы кривой мощности (например, прихват плунжера, обрыв штанг и т.п.) за время фиксированной паузы происходят значительные изменения значений мощности и соотношение (1) не выполняется, что приводит к отключению электропривода. Достоверность факта аварийного изменения формы кривой мощности обеспечивается тем, что к отключению приводит только превьш1ение заданного количества нарушений соотношения (1) в цикле контроля. Достаточно плавные изменения мощности, связанные с нормальными колебаниями нагрузки насоса, не выходяие за предельное значение, о чем видетельствует выполнение соотношеия (1), не приводят к ложным отлючениям.

СПОСОБ ЗАЩИТЫ ДВИГАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ГЛУБИННОГО ПОРШНЕВОГО НАСОСА, основанный на измерении в течение цикла контроля потребляемой электроприводом мощности, сравнении результатов измерения с предельными уставками и формировании сигнала отключения в случае превьппения .предельных уставок заданного числа раз, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности для устранения ложных отключений, дополнительно производят дискретизацию кривой потребляемой мощности по времени в течение циклов контроля, которые разделяют паузой отсутствия контроля фиксированной длительности, , производят сравнение каждого дискретного значения с соответствующими аналогичными значениями, полученными на предыдущем цикле контроля, и формируют указанньй сигнал отключения электропривода насоса при обнаруже(Л нии вькода заданного количества измеренных значений из зоны допустимых отклонений, полученных на преды§ дущем цикле контроля.

Обнаруженный &шо9 трел ajfvpCHHtix значении из зоны, Капустиных ааичпнений

Ь. Авария

Фиг.г