Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормальных режимов работы Советский патент 1987 года по МПК H02H7/08 

погружного электродвигателя производится после проведения блоком 14 контроля изоляции, блоком 24 контроля температуры и блоком 26 контроля, давления проверки соответствия контролируемых параметров заданным значениям. При большом давлении в полости маслонаполненного электродвигателя стабилизированные по величине отрицательные импульсы тока в цепи контроля давления проходят через сопро1292098

тивление 29 блока 26 контроля давления, открывается четвертый управляемый ключ 30, срабатывает формирователь 31 и запускается счетчик импульсов 28, сигнал с которого поступает на узел индикации и дешифратор, к которому подк;(ючено исполни- тельгное реле, контакты которого включены в цепь 15 отключения электродвигателя. 3 з. п. Ф -лы, 3 ил.

1

Изобретеиие относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты от анормальных режимов погружных электродвигателей, работающих в приводе насосов для добычи жидкости (нефти и воды) из скважин.

Цельк изобретения является повы- рение надежности защиты электродвигателя путем защиты от недогрузки с помощью контроле давления в полости двигателя, изменяющегося в функции давления жидкости в скважине.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема, предлагаемого устройства; на фиг. 2 - встроенного в погружной маслонаполненный элек- .тродвигатель датчик давления устройства, общий вид; на фиг. 3 - временная диаграмма работы устройства, где напряжения, I - токи на соот- :ветствующих элементах.

Устройство для защиты .погружно- ,го электродвигателя от анормальных режимов работы содержит датчик 1 температур, установленный на лобовых частях обмотки 2 статора погружного маслонаполненного электродвигателя. Датчик 1 температуры через диод 3 подключен к нулевой точке обмотки 2 и заземлен через разъем 4, подвижный контакт которого соединен с проб сой устанавливаемой в корпусе электродвигателя.

Датчик 1 температуры может быть вьтолиен в виде термосопротивления или термореле, контакты которого замыкаются при темнературе обмотки 2 статора вьппе допустимого значения.

К обмотке 2 через диод 3 и через пороговый элемент 5, который вьшол- нен, например, на тиристоре, управляющий электрод которого через стабилитрон соединен с его анодом, подключен датчик 6 давления, установленный внутри маслонаполненного электродвигателя и соединенный с заземленным его корпусом через разъем 4. Датчик 6 давления выполнен в виде двух маслонаполненных гидроцилиндров 7 и 8, на поршнях которых установлены толкатели 9 и 10 соответственно. На подпоршневой части

гидроцилиндра 8 размещен нагреватель П. В датчике 6 давления пружина 12 прижимает к толкателю 10 корпус а к толкателю 9 - кнопку кнопочного нажимного с самовозвратом выключате ля 13. Нагреватель И через разъем 4 соединен с заземленным корпусом электродвигателя и через выключатель 13 - с пороговым элементом 5.

5 Цепь контроля изоляции содержит блок 14 контроля изоляции, выходные ;контакты которогй включены в цепь 15 |озгюпочения электродвигателя с помощью линейного контактора 16, обмот- 0 ка 17 которого через контакты цепи отключения подключена к первому оперативному источнику 18 питания.

Блок 14 контроля изоляции присое- динен одним выводом через фильтр 19 к нулевой точке вторичной обмотки силового трансформатора 20, а вторым выводом через первьц ключ 21, выполненный, например, в виде диода, присоединен к первому выходу второго оперативного источника 22 питания, содержащего стабилизатор 23 тока, выход которого служит вторым стабилизированным по току выходом второг оперативного источника 22 питания.

Блок 14 контроля изоляции содержит измерительный прибор (мегаоммет и исполнительное реле для отключени погружного электродвигателя при понижении сопротивления изоляции до установленного значения (не показано).

Цепь контроля температуры содержит блок 24 контроля температуры, который подключен к общей точке фильтра 19 и блока 14 контроля изолции, а также через второй управляемый ключ 25, представляющий собой, например, тиристор, - к общей точке ключа 21 и первого выхода второго оперативного источника.22. Блок 24 контроля температуры содержит исполнительное реле для отключения погружного электродвигателя при по- вьшении температуры его обмотки 2 статора до предельно допустимого значения {не показано). Контакты этого реле являются выходными контактами блока 24 контроля температу ры и включены в цепь 15 отключения электродвигателя.

Цепь контроля давления содержит - блок 26 контроля давления, который вьшодом через третий управляемый ключ 27, например тиристор, подключен к общей точке фильтра I9 и блока 14 контроля изоляции а вторым выводом подключен к второму стабилизированному по току выходу второгр оперативного, источника 22. Стабилизатор .23 тока подключен к одному вьшо- ду вторичной обмотки трансформатора второго оперативного источника 22 питания, другой вывод которой заземлен, а ее промежуточньтй вьшод является первым выходом второго оператив .ного источника 22 питания.

Блок 26 контроля давления содержит счетчик 28 электрической энергии снабженный узлом индикации и дешифратором для подключения исполнительного реле (не показано), контакты которого являются выходными контактами блока 26 и включены в цепи 15 отключения электродвигателя. При минимальном значении давления в полости погружного маслонаполненного электро

f5

5

0

920984

двигателя выходные контакты блока 26 контроля давления обеспечивают отключение электродвигателя и включают его при достижении заданного значе5 ния давления. Блок 26 контроля давления содержит также чувствительный элемент 29 тока, например сопротивление, выводы которого служат выводами блока контроля давления, и к

0 которому через четвертый управляемый ключ 30, например тиристор, и формирователь 31 импульсов подключен счетный вход счетчика 28, имеющий также установочный вход.

Блок 32 управления ключами содержит введенные пятый управляемый (ти- . ристорный) ключ 33 и шестой, аналогичный пятому, ключ 34, одни выводы которых являются выходами блока 32 управления, а вторые выводы подключены к заземленному выводу второго оперативного источника 22 питания, а также содержит мультивибратор 35, вход которого служит входом блока 32 управления и подключен к первому оперативному источнику 18 питания. Управляющий вход шестого управляемого ключа 34 соединен с пятым управлемым ключом 33, управляюпЦй вход которого соединен с выходом мультивибратора 35, к которому подключен также установочный вход счетчика 28 блока 26 контроля давления.

Второй ключ 25 в цепи блока 24 контроля температуры и третий ключ 27 в цепи блока 26 контроля давления включены согласно с диодом 3, к которому подсоединены цепи датчика 1 температуры, и через пороговый элемент 5 - цепи датчика 6 давления.

0

5

0

5

0

Первый ключ 21 в цепи блока 14 контроля изоляции включен встречно с диодом 3 и согласно вторым 25 и .. третьим 27 управляемыми ключами. Такое включение диода 3 и первого ключа 21, а также управляемых второго 25 и третьего 27 ключей обеспечивает гальваническую развязку в цепях контроля изоляции и температуры .с давлением. Включение цепей контроля температуры и давления раздельно во времени обеспечивается поочередным включением управляемых ключей 25 и 27 сигналами с выходов блока 32 управления. При контроле температуры измерительное напряжение имеет ту же полярность, что и при контроле давлением, однако величина этого напояжения недостаточна для срабатывания порогового элемента 5. Таким образом при контроле изоляции и температуры датчик 6 давления остается отключенным с помощью порогового элемента 5, который срабатьгаает только при отрицательном (фиг.1) измерительном напряжении, величина которого превьшга- ет установленное значение.

Устройство работает следующим образом.

При подключении установки для добычи жидкости (нефти, воды) к скважины электронасосом к силовой сети первьми получают питание первый 18 и второй 22 оперативные источники питания, а включение с помощью линейного контактора 16 погружного электродвигателя производится после проведения блоком 14 контроля изоляции, блоком 24 контроля температуры и блоком 26 контроля давления проверки соответствия контролируемых параметров заданным значениям. Контроль сопротивления изоляции погружного электродвигателя осуществляется при положительной полярности напряжения на первом выходе второго оперативного источника 22. При этом измерительный ток для контроля изоляции проходит по цепи: второй выход второго оперативного источника 22 питания - первый ключ 21 - рабочая рамка мега- омметра и обмотка исполнительного реле блока 14 контроля изоляции - фильтр 19 - нулевая точка силового трансформатора 20 - сопротивление изоляции вторичной обмотки трансформатора 20, токоподвода и обмотки 2 погружного электродвигателя - разъем 4 - заземленный корпус электродвигателя и заземленный вывод второго оперативного источника 22 питания. Через датчик 1 температуры и датчик 6 давления ток при этом не идет, так как диод 3 включен встречно положительной полярности измерительного тока в цепи контроля изоляции. В цепи блоков 1 и 6 соответственно контроля температуры и давления ток также не идет, так как полярные уп- равляемые второй 25 и третий 27 ключи оказываются запертыми положительным напряжением с второго выхода второго оперативного источника 22 питания.

При изменении полярности напряжения на выходе второго оперативного

920986

источника 22 питания на противоположную создается цепь для прохождения измерительного тока через блок 24 контроля температуры либо через

5 блок 26 контроля давления в зависимости от того, какой из управляемых ключей 25 и 27 открыт в данный момент времени. Управляемые ключи 25 и 27 поочередно открьтаются и про10 пускают измерительный ток отрицательной полярности при поступлении на соответствующий ключ управляющего сигнала с выхода блока 32 управления ключами. Необходимым условием рабо-

15 ты управляемых ключей 25 и 27 является совпадение во времени поступающих на эти ключи отрицательной полярности напряжения с выхода оперативного источника 22 питания и сигнала

20 управления с выхода блока 32 управления ключами.

0

5

0

Этим достигается синхронизация воздействия на измерительные цепи

5 устройства частоты управляющих сигналов с блока 32 управления ключами с частотой изменения полярности напряжения с выхода второго оперативного источника 22 питания. Частота изменения полярности напряжения на выходе источника 22 может быть соизмеримой (равной или несколько меньшей) или значительно меньшей (в ,сотни раз) промышленной частоты си- |Ловой еети и определяется из условия минимального влияния силовой сети на измерительные цепи при заданной точности измер€;ния, а также из условия простоты аппаратурной реализации устройства.

Исходя.из этих условий, частота изменения полярности напряжения на выходе источника 22 питания устройства выбрана равной или несколько

меньшей промьш ленной частоты силовой сети, а частота управляющих сигналов с блока 32 управления ключами в сотни раз меньшей. В блоке 32 управления ключами изменение частоты управляющих сигналов осуществляется с помощью несимметричного мультивибратора 35, который подключен к первому оперативному источнику 18 питания и генерирует импульсы, например. Длительностью 0,5 мин с периодом повторения 5 мин. Частота импульсов мультивибратора 35 устанавливается с учетом конкретных условий эксплуатации скважины. Сигнал с выхода ин0

5

франизкочастотного несимметричного мультивибратора 35 открывает на /v5 мин.пятый транзисторньй ключ 33, выход которого является одним из двух выходов блока 32 управления клчами и в открытом состоянии разрешает прохождение измерительного тока через второй управляемый ключ 25 в блок 24 контроля температуры от первого выхода второго оперативного источника 22 питания при отрицательной полярности напряжения на этом выходе. При этом открытый пятый тразисторный ключ 33 закорачивает цепь управлейия шестого транзисторного ключа 34, поддерживая его в закрытом состоянии. Закрытый транзисторный ключ 34, выход которого является вторым выходом блока 32 управления ключами, обеспечивает запертое состояние третьего управляемого ключа 27 на мин, т.е. на время контроля температуры. Положительный короткий импульс с выхода мультивибратора 35 закрывает на ,5 мин пятый транзисторный ключ 33 и соответственно закрывается на это же время второй управляемый ключ 25 в цепи контроля температуры. Одновременно с закрытием пятого транзисторного ключа 33 открывается на 0,5 мин шестой транзисторный ключ 34 блока 32 управления ключами, который в открытом состоянии разрешает прохождение измерительного тока через третий управляемый ключ 27 и блок 26 контроля давления, подключенный к второму стабилизированному по току выходу второго оперативного источника 22 питания при отрицательной полярности напряжения на этом выходе.

Таким образом, блок 32 управления ключами открывает для прохождения измерительного тока от второго оперативного источника 22 питания при отрицательной полярности напряжения на его выходе поочередно вторрй управляемый ключ 25 на 5 мин для контроля температуры и третий ключ управляемый 27 на 0,5 мин для контроля давления. Если открыт второй управляемый ключ 25, то при отрицательной полярности напряжения на выходе второго оперативного источника 22 питания протекает измерительный ток контроля температуры по цепи: .первый выход второго оперативного источника 22 питания - второй управ0

5

0

5

0

5

0

ляемый ключ 25 - исполнительное реле блока 24 контроля температуры - фильтр 19 - нулевая точка силового трансформатора 20 - обмотка 2 статора электродвигателя - диод 3 - датчик 1 температуры - разъем 4 - заземленный корпус электродвигателя и заземленный вывод второго оперативт ного источника 22 питания.

Если открыт третий ключ 27, то при отрицательной полярности напряжения на втором стабилизированном по току выходе второго оперативного источника 22 питания протекает измерительный ток контроля давления по цепи: второй стабилизированный выход второго оперативного источника 22 пи ания - чувствительный элемент 29 тока блока 26 контроля давления - третий управляемый ключ 27 - фильтр 19 - нулевая точка силового трансформатора 20 - обмотка 2 статора электродвигателя - диод 3 - пороговый элемент 5 - выключатель 13 и нагреватель 11 датчика 6 давления - разъем 4 - раземленный корпус электродвигателя и заземленный вьгоод второго оперативного источника 22 питания. Пороговый элемент 5 при этом откры- -,вается за счет подачи на него сравнительно большего значения, чем при контроле температуры измерительного напряжения отрицательной полярности с второго стабилизированного по току выхода второго оперативного источника 22 питания при открывании треть-; его управляемого ключа 27.

После включения порогового элемента 5 напряжение, подаваемое на

5

измерительную цепь контроля давления с второго стабилизированного по току выхода второго оперативного источни-г ка 22 питания, скачкообразно уменьшается до заданной величины, которая определяется заданным значением тока стабилизации источника 22 питания и величиной сопротивления нагревателя 11 датчика 6 давления.

Сопротивление нагревателя 1 датчика 6 давления значительно меньше сопротивления датчика 1 температуры, а также значительно меньше минималь- ио допустимого значения сопротивле- J иия изоляции электроустановки.

Стабилизированные по величине от- ;рицательные импульсы тока, проходя по цепи измерения давления, обеспе- ,чивают нагрев и увеличение объема

0

масла в гидроцилиндре с установлен нагреватель

S, на котором 11 датчика 6 давления. В результате этого нагрева перемещается поршень гидроци- ливдра 8 и через толкатель 10, сжимая пружину 12, удаляет выключатель 13 от толкателя 9, освобождая от нажатия этим толкателем 9 кнопку выключателя 13. При освобождении, кнопки выключателя 13 от нажатия толкателями контакты выключателя 13 размыкаются, прерьтая ток в цепи контроля давления, При большем давлении в полости маслонаполненного электродвигателя требуется соответственно большее количество электроэнергии на перегрев относительно начальной температуры с помощью нагревателя 11 масла в гидроцилиндре 8 для пере- мещения поршня с толкателем 10 до Размыкания лсонтактов выключателя 13,

Стабилизированные по величине отрицательные импульсы тока в цепи контроля давления проходят через чувст- вйтельный элемент 29 тока блока 26 контроля давления, создавая на нем импульсное падение напряжения, до1г- татоное для открывания четвертого управляемого ключа 30, а также необходимое для срабатьгоания формирователя 31 и запуска по счетному входу счетчика 28 импульсов.

Число импульсов, пришедшее в счетчик 28 за время измерения давления, поступает в узел индикации для ото- брансения результата измерения в цифровой форме, а также на дешифратор предельно допустимого значения дав- (ления, к которому подключено кспол- 1нительное реле, контакты которого ;являются выходными контактами блока 26 контроля давления и которые включены в цепь 15 отключения электродвигателя.

При снижении давления в полости электродвигателя до минимально до- пустимого значения выходные контакты блока 26 контроля давления через цепь 15 отключают линейный контактор 16 и силовой трансформатор 20 с электродвигателем от силовой сети. Устройство продолжает функционировать j поскольку оба оперативных источника 18 и 22 питания остаются включенными, осуществляя периодический контроль давления, температуры и сопротивления изоляции.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

По мере притока пластовой жидкости в скважину давление в скважине, а значит и в полости маслонаполненного электродвигателя, увеличивается. При увеличении давления в полости электродвигателя до заданного значения выходные контакты блока 26 контроля давления через цепь 15 подключают к силовой сети с помощью контактора 17 электродвигатель насосной установки. Максимально возможное время, которое отводится для измерения давления и в течение которого может быть включен нагреватель датчика 6 давления, определяется временем л.0,5 мин и соответствует -200 атм.

При меньшем давлении в электродвигателе выключатель 13.датчика 6 давления выключается раньше и в счетчик 28 электрической энергии поступает соответственно меньшее число импульсов. Период измерения давления в устройстве равен мин и выбран из условия охлаждения гидроцилиндра 8 после окончания его нагрева нагревателем 11 во время измерения давле-

ния датчиком 6. I

Условием полного охлаждения гйдроцилиндра 8 являются выравнивание температуры масла в обоих гидроцилиндрах 7 и В и замыкание контактов выключателя 13 датчика 6.давления.

Перед каждым измерением давления счетчик 28 и узел индикации блока 26 контроля давления устанавливаются в исходное состояние по установочному входу счетчика 28 передним фронтом импульса с выхода мультивибратора 35, разрешающего начало измерения давления в течение примерно 0,5 мин.

Температура окружающей среды одинаково воздействует на оба маслона- полненные гидроцилиндра 7 и 8 и, несмотря на перемещение поршней под воздействием этой температуры, взаимное положение поршней и толкате- лей 9 и 10 остается неизменным, что обеспечивает удержание выключателя в замкнутом положении и готовно с.ть датчика 5 давления к очередному измерению.

Осуществление в устройстве с помощью указанных блоков и связей между ними дополнительной возможности контроля давления в полости маслонаполненного электродвигателя, изменяющегося в функции изменения давлеJ5

20

25

111292098

ния жидкости в скважине, при одновременном контроле изоляции и температуры обмотки с последующим отклю- , чением электродвигателя по достижении контролируемыми параметрами критических значений позволяет повысить надежность защиты электродвигателя за счет обеспечения защиты его от недогрузки, что повьшает эффективность работы установки механизированной добычи нефти.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормальных режимов работы, содержащее датчик температуры, установленньй в непосредственной близости от,обмотки электродвигателя и подключенный последовательно с диодом между нулевой точкой обмотки электродвигателя и его заземленным корпусом, первый опе- ративньш источник питания, блок контроля изоляции и блок контроля температуры, которые присоединены одними выводами через фильтр к нулевой точке вторичной обмотки силового трансформатора, а вторыми выводами через соответственно первый и второй ключи присоединены к первому выходу второго оперативного источника питания, выходные контакты упомянутых блоков контроля включены в цепь отключения электродвигателя, о т л и- ч а, ющ е е ся тем, что, с целью повышения надежности защиты двигатея путем защиты от недогрузки с поощью контроля давления в полости вигателя, изменяющегося в функции авления жидкости в скважине, второй люч в цепи блока контроля темперауры выполнен управляемым, дополниельно введены пороговый элемент, атчик давления, блок контроля давения, третий управляемый ключ, блок правления ключами, при этом соедиенные последовательно пороговый лемент и датчик давления подключены араллельно датчику температуры, блок онтроля давления последовательно с ретьим управляемым кл1очом .подклюены между фильтром и вторым выходомпит ван ми, 5 ист упр рав упр

ча лен цил кот ка вто гид тел но ют лен

ча тро кот эле сче вхо пос ват пяе тел рог дав

35 ча рав пят йдн

40 ми рые му точ шес

45 с в упр с в му сче

50 вхо бло к п тан

30

J5

0

5

92098

12

дом второго оперативного источника питания, выполненного стабилизированным, вход блока управления ключами, подключен к первому оперативному 5 источнику питания, выходы блока управления ключами подключены к управляющим входам второго и третьего управляемых ключей.

2.Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что датчик давления вьтолнен в виде двух гидро- цилиндррв, на толкателе одного из которых установлен выключатель, кнопка которого соединена с толкателем второго гидроцилиндра, на одном из гидроцилиндров установлен нагреватель, который вместе с последовательно включенным выключателем образуют измерительную цепь датчика,давления.

3.Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок контроля давления, выходные контакты которого включены в цепь отключения электродвигателя, выполнены в виде счетчика импульсов с установочным входом, счетный вход счетчика через последовательно включенные формирователь импульсов и четвертый управ- пяемый ключ подсоединен к чувствительному элементу тока, выводы которого служат выводами блока контроля давления.

5 А. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок управления ключами выполнен в виде пятого и шестого управляемых ключей, йдни выводы которых являются выхода0 ми блока управления ключами, а вторые выводы подключены к заземленному выводу второго оперативного источника питания, управляющий вход шестого управляемого ключа соединен

5 с выходом пятого управляемого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом мультивибратора, к которому подключен также установочный вход счетчика блока контроля давления,

0 вход мультивибратора служит входом блока управления ключами и подключен к первому оперативному источнику пи-, тания.

0

10.

фиг. I

1 вых22

Wtf6«J5

5wjrW

A /Л.«. A Л /1

fJSbiJ(2ff

U u V

Bb№27

U

727,,J2J

/3 Яхл.

(7m/c.

Редактор О. Головач Заказ 280/54

Составитель Л. Куликова

Техред Л.Сердюкова , Корректор Л. Пилипенко

Тираж 619Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, , д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

t

9- 9 9 f « 9

Фиг,3

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите. Цель изобретения - повышение надежности защиты двигателя путем защиты от недогрузки с помощью контроля давления в полости двигателя« изменяющегося в функции давления жидкости в скважине. При подключении установки ДЛЯ; добычи жирдсости из скважины электронасосом к силовой сети получают питание оперативные источники питания 18 и 22, а включение с помощью линейного контактора 16 Q Ф 3 (Л С .г