Способ защиты двигателя электропривода глубинного поршневого насоса от аварийного режима Советский патент 1987 года по МПК H02K7/08 

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам защиты двигателя электропривода от аварийных режимов, и может быть использовано для защиты двигателя электропривода скважин, оборудованных глу- бинньми поршневыми насосами.

Целью изобретения является повышение надежности путем устранения ложных отключений и повышение достоверности контроля.

На фиг. 1 приведены кривые, поясняющие сущность предлагаемого способа; на фиг. 2 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг. 1а изображено изменение потребляемой мощности P(t) и графическая интерпретация операций сравнения измеренных значений со значениями, полученными на предьщущем цикле контроля при нормальной работе электропривода, фиг. 16 соответствуе аварийной ситу ации. На обеих фигурах условно изображен только i-й цикл контроля, пауза фиксированной длительности и предыдущий 1ЩКЛ контроля {1-1)-й не показаны. Предельные уставки обозначены через Р.,

и Р,

«ин

При нарушении соотношений () и

интервал дискретизации через t 30 (2) подсчитьшается количество этих const. Период качания насоса состо- нарушений и сравнивается с допустимым. ит из.хода поршня вверх (обозначено ХЙ) и хода вниз (обозначено ХН) и соответствует интервалам дискретизации .

Сущность предлагаемого способа

Если количество нарушений за цикл контроля не превьшшет допустимое,

работа электропривода считается нор- 35 мальной, если превьш1ает, то ритуация считается аварийной. Поскольку по

заключается в следующем.найденному начальному значению ряда

В процессе работы насоса после ис- дискретных значений мощности Р нетечения паузы фиксированной длитель- возможно однозначно определить соот- ности, во время которой контроль не 40 ветствует оно ходу вверх или ходу производится, в 1-м цикле контроля вниз, для окончательного выявления через время Jt производят ряд после- . аварийной ситуации операции сравне- довательных измерений мощности потре- ния по соотношению (1) производят бляемой электроприводом насоса, и двумя сериями - первую серию сравне- кривая мощности P(t) за i-й цикл кон- 45 ния производят сразу, начиная с дис- троля представляется рядом дискрет- кретного значения Р,-, а вторую се- ных значений Р, ,Р,. .. ,Р| ,Р,. .. ,П Р„. Причем, данный ряд дискретных значений формируется после того, как найдено первое, например минимальное, gQ мум (максимум), что гарантирует пол- значение мощности, соответствуюп;ее костью синхронное проведение опера- либо ходу вниз, либо ходу вверх.Это соответствует фазе поиска минимума, в течение которой каждое измеренное

значение () сравнивается с предыду- gg Р ,.... ,Р. хранимых значений, полу щим (Pj-i) и, если Р; Р-.т то счита- ченных на предыдущем цикле контроля, ется, что ,. Эта операция производится подрядт/2 раз (половину периода качания), гарантируя поиск мирию - со значения РП, где , т.е через половину периода качания насоса где ожидается второй локальньш миниций сравнения по соотношению (l), при этом совпадает ход вверх и ход вниз у ряда дискретных значений Р-,

Поэтому отключение электропривода производят только в том случае, если соотношение (.1 ) не соблюдается больа13417012

нимального значения мощности (либо за ход вверх, либо за ход вниз), которое и принимается для дальнейше5 го за начало ряда Р, ,Р,,... ,Р ,Р,.. ,..,Р„ дискретных значений кривой, потребляемой электроприводом мощности. Эти значения сравниваются с соответствующими значениями, представ10 ляющими кривую потребляемой мощности в предыдущем, (i-l)-ff цикле контроля и заданными предельными значениями

Р и Рддкц, т.е. проверяется соблюдение соотношения

|Р,-п

(.-i)rt

gpj;

) / р. : р

МИН in мЯКС

(1) (2)

0

где Р. ,Р.. , - т (i-i;n

dP 5

микс

и р.

.дискретные значения мощности в i-M и (i+l)-M циклах контроля, соот- ветствзтащие замеру п; заданная ширина зоны допустимых отклонений irro и (i-l)-ro циклов контроля J

заданные предельные уставки мощности.

При нарушении соотношений () и

(2) подсчитьшается количество этих нарушений и сравнивается с допустимым

Если количество нарушений за цикл контроля не превьшшет допустимое,

работа электропривода считается нор- мальной, если превьш1ает, то ритуация считается аварийной. Поскольку по

искретных значений мощности Р невозможно однозначно определить соот- ветствует оно ходу вверх или ходу вниз, для окончательного выявления аварийной ситуации операции сравне- ния по соотношению (1) производят двумя сериями - первую серию сравне- ния производят сразу, начиная с дис- кретного значения Р,-, а вторую се- мум (максимум), что гарантирует пол- костью синхронное проведение опера-

рию - со значения РП, где , т.е. через половину периода качания насоса, где ожидается второй локальньш минидискретных значений мощности Р невозможно однозначно определить соот- ветствует оно ходу вверх или ходу вниз, для окончательного выявления аварийной ситуации операции сравне- ния по соотношению (1) производят двумя сериями - первую серию сравне- ния производят сразу, начиная с дис- кретного значения Р,-, а вторую се- мум (максимум), что гарантирует пол- костью синхронное проведение опера-

Р ,.... ,Р. хранимых значений, полу ченных на предыдущем цикле контроля

ций сравнения по соотношению (l), при этом совпадает ход вверх и ход вниз у ряда дискретных значений Р-,

Р ,.... ,Р. хранимых значений, полу ченных на предыдущем цикле контроля,

Поэтому отключение электропривода производят только в том случае, если соотношение (.1 ) не соблюдается больше допустимого числа раз в обоих периодах операций сравнения, что свидетельствует об аварийной ситуаций, приведшей к искажению формы кривой мощности за время между двумя циклами контроля.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит измеритель 1 мощности, подключенный к силовой цепи электропривода 2 глубинного поршневого насоса, измеритель 1 подключен на вход дискретизатора 3 преоб- разующего непрерывный сигнал, пропорциональный мощности P(t), в ряд дискретных значений мощности Р , Р , ... ,Р . К выходу дискретизатора 3 подключен блок 4 анализа кривой для выявления начальной точки отсчета (Г), блок 5 памяти, где хранятся дискретные значения мощности за пре- дьщущий цикл контроля, блок 6 сравнения и счетчик 7 для отсчета т/2 половины периода качания насоса, другой вход блока 6 сравнения связан с выходом блока 5 памяти. На выходе блока 6 сравнения подключен счетчик 8, контролирующий количество нару- . шений соотношений (l) и (2), Выходы счетчиков 7 и 8, выходы блока 4 анализа связаны с блоком 9 управления, работающим по командам, поступающим от блока 10 счета времени (пауза, цикл контроля, интервал дискретизации) Блок 9 управления связан с дискрети- затором 3, блоком 5 памяти, блоком 6 сравнения и релейным отключающим блоком 11 с контактом 12 в силовой цепи электропривода 2,

Устройство .работает следующим образом.

Измеритель 1 преобразует сигналы тока (1)и напряжения (и)на входе в непрерывный сигнал, пропорциональный

10

15

20

а также с предельными уставками и ,.,, записанными в том же блоке 5 памяти. Сравнение производится блоком 6 сравнения. Все наблюдения соот ношений (l) и (2) подсчитываются счетчиком 8, После сравнений первой серии нарушений, подсчитываемых счет чиком 7, одновременно производится второй период сравнения и при обнаружении в обеих периодах количества нарушений соотношения (1), превьшаю- щего допустимое, блок 9 управления отключает электропривод 2 через релей ный блок 11 с контактом 12,

Двигатель так же отключается и пр превышении допустимого числа нарушений соотношения (2) за цикл контроля

Имея все преимущества прототипа (упрощение настройки, уменьшение числа ложных отключений за счет плавных изменений нагрузки на насос в нор мальных условиях эксплуатации по причине колебаний притока нефти из 25 пласта), предлагаемый способ повышает надежность заш;иты, исключая ложные отключения за счет возможности несинхронного проведения операций сравнения, когда начало ряда дискретных значений мощности соответствует ходу вверх, а хранятся значения пре- дьщущего цикла контроля, начинающиеся с хода вниз или наоборот. Устранение этого недостатка у прототипа возможно введением датчика положения, что удорожает установку и снижает потенциальную надежность способа. Предлагаемый способ устраняет необходимость в датчике положения, полностью реализуя потенциальную надежность способа.

Возможные ложные отключения ведут к непроизводительным простоям скважин и ощутимым потерям в добыче неф30

35

40

мощности P.(t), Блок 10 счета времени 5 ти ввиду того, что большинство скважин сегодня не имеет возможности оперативной передачи сигнала об остановке. Факт простоя скважины может быть обнаружен с задержкой в несколько суток, что ведет к невосполнимым потерям нефти. Кроме того, негативные последствия частых ложных отключений проявляются и в том, что обслуживающий персонал иногда искусственно за- грубляет либо вообще отключает защитные устройства, что в свою очередь влечет серьезные поломки оборудования и возрастание затрат на ремонтные работы и удлиняет сроки ремонтов.

вьщает сигналы, соответствующие циклу контроля и интервалу дискретизации Jt, передаваемые блоком 9 управления в дискретизатор 3, На его выходе формируется ряд дискретных значений мощности Р,Р,,,,,Р,,,,Р Блок 4 анализа анализирует этот ряд, выявляя начальную точку Р (например, минимум мощности), после чего блок 9 управления разрешает запись этих значений в блок 5 памяти и первую серию сравнений их со значениями, полученными на предьщущем цикле контроля и хранимыми в блоке 5 памяти.

0

5

0

а также с предельными уставками и ,.,, записанными в том же блоке 5 памяти. Сравнение производится блоком 6 сравнения. Все наблюдения соотношений (l) и (2) подсчитываются счетчиком 8, После сравнений первой серии нарушений, подсчитываемых счетчиком 7, одновременно производится второй период сравнения и при обнаружении в обеих периодах количества нарушений соотношения (1), превьшаю- щего допустимое, блок 9 управления отключает электропривод 2 через релейный блок 11 с контактом 12,

Двигатель так же отключается и при превышении допустимого числа нарушений соотношения (2) за цикл контроля,

Имея все преимущества прототипа (упрощение настройки, уменьшение числа ложных отключений за счет плавных изменений нагрузки на насос в нормальных условиях эксплуатации по причине колебаний притока нефти из 5 пласта), предлагаемый способ повышает надежность заш;иты, исключая ложные отключения за счет возможности несинхронного проведения операций сравнения, когда начало ряда дискретных значений мощности соответствует ходу вверх, а хранятся значения пре- дьщущего цикла контроля, начинающиеся с хода вниз или наоборот. Устранение этого недостатка у прототипа возможно введением датчика положения, что удорожает установку и снижает потенциальную надежность способа. Предлагаемый способ устраняет необходимость в датчике положения, полностью реализуя потенциальную надежность способа.

Возможные ложные отключения ведут к непроизводительным простоям скважин и ощутимым потерям в добыче неф0

5

0

0

5

жин сегодня не имеет возможности оперативной передачи сигнала об остановке. Факт простоя скважины может быть обнаружен с задержкой в несколько суток, что ведет к невосполнимым потерям нефти. Кроме того, негативные последствия частых ложных отключений проявляются и в том, что обслуживающий персонал иногда искусственно за- грубляет либо вообще отключает защитные устройства, что в свою очередь влечет серьезные поломки оборудования и возрастание затрат на ремонтные работы и удлиняет сроки ремонтов.

513

Предлагаемый способ обеспечивает защиту от всех неисправностей что и прототип, не чувствителен к п.павным колебаниям нагрузки, аварийное отключение производится только, если превышено допустимое количество нарушений соотношений (1) и (2) в цикле контроля, и дополнительно обеспечивает повьш енну1о надежность, устраняя ложные отключения за счет несинхронного проведения операций сравнения значений мощности в данном цикле контроля с результатами предьщутцего.

Формула изобретения

Способ защиты двигателя электропривода глубинного поршневого насоса от аварийного режима, основанный на измерении в течение цикла контроля потребляемой электроприводом мощности, дискретизации кривой потребляемой мощности во времени в течение циклов контроля, разделении циклов паузой отсутствия контроля фиксированной длительности, осуществлении операции сравнений каждого дискретного значения с соответствующими аналогичными значениями, полученными на предыдущем цикле контроля, и формировании сигнала отключения электро

б

привода насоса при обнаружении выхода заданного количества измеренных значений из зоны допустимых отклонений, полученных на предыдущем цикле контроля.

отличающийся тем,

что, с целью повышения надежности путем устранения ложных отключений и повышения достоверности контроля,

операции сравнения дискретных значений мощности с значениями, полученными На предыдущем цикле контроля, производят-двумя сериями, начиная одну из них с первого минимального (максимального) дискретного значения мощности (ход вверх или ход вниз) данного цикла контроля, а другую серию начинают со следующего минимального (максимального ) дискретного значения (ход вниз или вверх по истечении промежутка времени, равного половине цикла качания насоса, количество операций сравнения в каждой серии соответствует количеству дискретных значений мощности в одном цикле качания (ход вверх и ход вниз или наоборот), и отключение электродвигателя производят только при обнаружении выхода заданного количества

измеренных значений из зоны допустимых отклонений, полученных на предыдущем цикле контроля в обеих сериях.

Петод KovoHUK насоса цикла контроля

noucif о минимама

CpadHSHtiR се/зиинг

работа i-u циклконгпро/ я

/Т Текущ

Текущее мецСраднениясерии н

Зона допустинык отклонений подученная f цинпе

/Т Текущее значени нощности

rw/v

:ММ

Сравнения серии иг

Сра1нени1 серии ff}

Зона donuanumiz аткпанети получен - ноя в цикле ff° i-t

S Маоин

ut.r

Составитель В.Орлов Редактор Т.Парфенова Техред М,Ходанич

Заказ 4443/56 Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

Фиг. 2

Корректор С.Шекмар

Изобретение-относится к электротехнике и может быть использовано для защиты двигателя электропривода глубинного поршневого насоса от аварий. Цель изобретения - повышение надежности путем устранения, ложных отключений и повьичение достоверности контроля. Б способе защиты двигателя электропривода глубинного поршневого насоса операции сравнения дискретных значений мощности с значениями, полученными на предьщущем цикле контроля, производят двумя сериями, начиная одну из них с первого минимального (максимального) дискретного значения мощности (ход вверх или ход вниз) данного цикла контроля, а другую серию начинают со второго минимального (максимального) дискретного значения (ход вниз или ход вверх), при этом количество операций сравнений в каждой серии соответствует количеству дискретных значений мощно сти в одном цикле качения (ход вверх и хОд вниз или наоборот), отключение электродвигателя производят только при обнаружении выхода заданного количества измеренных значений из зоны допустимых отклонений, полученных на предьщущем цикле контроля в обеих сериях, 2 ил. с сл со 4: