Способ защиты двигателя электропривода глубинного поршневого насоса Советский патент 1989 года по МПК H02H7/08 

1.

Изобретение -относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах скважин,оборудованных глубинными поршневыми насосами.

Цель изобретения - повышение надёжности и расширение функциональных

возможностей путем обеспечения работы электропривода в режиме периодической откачки.

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего способ, на фиг.2 - графики потребляемых мощностей за циклы контроля, равные перио10

15

20

ду качания на фиг.З - совмещенные графики мощностей за циклы контроля с указанием разности дискретных значений мощностей в соответствующие моменты измерений; на фиг.4 - rpa(Jfti- ки функциональных зависимостей для показателей перегрузки, недогрузки и нормальности.

Устройство, реализующее способ, содержит измеритель 1 мощности, входом подключенный через датчики тока и напряжения к силовой цепи 2 электропривода, а выходом - к входу дис- кретизатора 3, преобразующего непре- рьюньй сигнал, пропорциональной мощности, в ряд дискретных значений.

Дискретизатор 3 представляет собой аналого-цифровой преобразователь, имеющий информационный вход, связан- ньш с измерителем 1 , управляю ций вход и информационный выход, подключенные к устройствам ввода 4 и вывода 5 электронной вычислительной машины - (ЭВМ) 6, которая содержит центральный процессор 7 и запоминающие устройства программ 8 и данных 9, свя- заннь1е между собой и с устройствами ввода 4 и вьшода 5 через систему шин 10 (а,цресных, информационных и управляющих).

Устройство 5 вывода связано с релейным элементом 11, контакты 12 которого включены в силовую цепь 2 электропривода. К устройству 4 ввода подключена клавиатура 13, служащая для ввода задаваемых величин осуществления операций по первоначальному пуску электропривода 2 и ЭВМ 6 и дру-, гих операций, осуществляемых обслужи- вающим персоналом (запуска контрольных тестов и т.п.). К устройству 5 вывода подключен индикатор 14, пред- назначенньм для визуальнЬго отображе25

30

35

Способ защиты двигателя электропривода глубинного поршневого насоса в представленном устройстве осуществляется следующим образом.

Измеритель 1 преобразует сигналы тока (I) и напряжения (U) в непрерывный выходной сигн ал, пропорциональный потребляемой электропр1шодом мощности P(t). Дискретизатор 3 по командам из устройства 5 вывода ЭВМ 6 производит аналого-цифровое преобразование непрерывного сигнала. Цифровой код на выходе (искретизатора 3 представляет собой ряд дискретных значений потребляемой .мощности, которые поступают на устройство 4 ввода ЭВМ 6. Процессор 7 отсчитывает интервалы времени At дискретизации во время циклов контроля, а также отсчет времени пауз. Кроме того, процессор 7 определяет начальную точку Р| отсчета, в качестве которой может быть использован, например, минимум потребляемой мощности. Работа процессора 7 определяется программами, хранимьми в блоках 15-18 запоминающего устройства 8.

В каждом из циклов контроля (фиг.2) через заданные интервалы времени ut производятся последовательные измерения потребляемой электроприводом мощности. Измеренные дискретные значения Р,- потребляемой мощности, полученные в п-х измерениях i-ro цикла контроля, сравниваются в процессоре 7 с заданными предельными значениями Р

/маке

и Р

Мин

мощности электропривода по соотношению

мин

Р,-«

Р-.

wo КС

(1)

в процессоре 7 вычисляются разности U Р,- дискретных значений мощностей для п-х измерений i-ro и (i-l)-ro ния исходных данных и результатов вы- циклов контроля по соотношению (фиг.З) числений,

5

0

5

0

5

Способ защиты двигателя электропривода глубинного поршневого насоса в представленном устройстве осуществляется следующим образом.

Измеритель 1 преобразует сигналы тока (I) и напряжения (U) в непрерывный выходной сигн ал, пропорциональный потребляемой электропр1шодом мощности P(t). Дискретизатор 3 по командам из устройства 5 вывода ЭВМ 6 производит аналого-цифровое преобразование непрерывного сигнала. Цифровой код на выходе (искретизатора 3 представляет собой ряд дискретных значений потребляемой .мощности, которые поступают на устройство 4 ввода ЭВМ 6. Процессор 7 отсчитывает интервалы времени At дискретизации во время циклов контроля, а также отсчет времени пауз. Кроме того, процессор 7 определяет начальную точку Р| отсчета, в качестве которой может быть использован, например, минимум потребляемой мощности. Работа процессора 7 определяется программами, хранимьми в блоках 15-18 запоминающего устройства 8.

В каждом из циклов контроля (фиг.2) через заданные интервалы времени ut производятся последовательные измерения потребляемой электроприводом мощности. Измеренные дискретные значения Р,- потребляемой мощности, полученные в п-х измерениях i-ro цикла контроля, сравниваются в процессоре 7 с заданными предельными значеР

/маке

и Р

Мин

мощности электропривода по соотношению

Р,-«

Р-.

wo КС

(1)

в процессоре 7 вычисляются разнос

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах скважин, оборудованных глубинными поршневыми насосами. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей., обеспечение работы электропривода в режиме периодической откачки. В каадом из циклов контроля через заданные интервалы времени u-fc производят последовательные измерения потребляемой электроприводом мощности. И-змеренные дискретные значения Р,- потребляемой мощности, полученные в п-х измерениях 1-го цикла контроля сравнивают с заданными предельными значениями Р„„,, tT КС и по соотношению PMMU : Р- Df 1 вычисляют разности йРдискретных значений мощностей для п-х измерений i-ro и i-1-го циклов Р;. .fc А V ri л.- Ii L контроля по соотношению дР; Pci-i1n По выбранным функциональным зависимостям f вычисляют показа- тели Кб,„ перегрузки, К)j,rt недогрузки и К„. нормальности, каждый из которых усредняют за i-й цикл контроля. Полученные усредненные значения показателей К, К, KH обрабаты- . вают по соотношениям К. 1 VK«. К„-К,,,, еслиК,:к, (.. Сигнал аварии формируется в любом случае, если не соблюдаются соотношения (1), вьтолняются соотношения (5). Если соотношения (5) вьтолняются при усреднении показателей отдельно за ход вверх и за ход вниз, но не выполняются при усреднении за цикл контроля, равный периоду откачки, то формируется сигнал отключения электропривода, устанавливающий режим периодической откачки. 4 ил. о «е (/) СП СП

Запоминающее устройство 8 прс грамм содержит блоки, предназначенные дпя хранения последовательности операций. Блок 15 выполняет дискретизацию значений мощности; блок 16 осуществляет анализ кривой мощности дпя выявления начальной точки отсчета; блок 17 выполняет вычислительные операции блок 18 производит отсчет паузы и времени накопления при периодической откачке блок 19 управляет устройством отключения , блок 20 обеспечивает связь с клавиатурой 13 и индикатором 14.

Р;.-Р,

(i-On

(2)

С учетом величины и знака Л Р, в 50 процессоре 7 для каждого п-го изме- рения в i-M цикле контроля вычисляются по выбранным функциональным зависимостям f (фиг.З) показатели К перегрузки, К недогрузки и нормальности

55

f,()

fi(iP;n )

f,(bPin)

(3)

14570516

В качестве функциональных эависи-ваться пороговые функции с вертимостеи tt, f, fj в выражениях (3)кальными срезаьш ..,,, 1 и -ГйР 1

в простейшем случае могут использо- вида « кс ли A«JKCJ

б.и

-л

и.п

О, еслийР,.„ ,е .1, если ЛР,. + дРмакс

0,если ДР,,,

I, если U Р,-„ .- пL,iJ макс J

Го, если йР,. или йР, { 1. если , J. 6 Р,. J

in

ИЛИ плавные функции,аналогичные представленным на фиг.З, задаваемые с учетом опыта эксплуатации скважин, оборудованных глубинньми поршневыми насосами.

Одноименные показатели, полученные за i-й цикл контроля, усредняются, например, по соотношениям

s .

(4)

m

м nj Z « V

ж 2:к„,„

П IJ

где m - число потребляемой мощности

за цикл контроля. Сигнал аварии формируется процессором 7, если хотя бы один из усредненных показателей перегрузки и недогрузки превышает усредненное значение показателя нормальности не менее чем на заданную величину, что выявляется путем обработки полученных усредненных значений показателей по соотношениям:

Кй - Кб

йК,, если Kg К

Дополнительно, после установле факта отсутствия аварии, по соотн шениям (1)-(5) производится сравн соответствугацих дискретных значен 25 мощности, полученных отдельно за вверх и за ход вниз в i-м цикле к троля. В этом случае усреднение п соотношению (4) производят отдельн для хода вверх и отдельно для ход вниз, при этом в соотношениях (5) величины и К, и йК могут отли чаться от величин, используемых пр отработке программы формирования с нала аварии. Если при отсутствии а рии соотношения (5) выполняются пр сравнении хода вверх с ходом вниз (или наоборот), ЭТО свидетельствуе о разбалансировке станка-качалки,н пример, в результате ухода динамич кого уровня добьшаемой жидкости ни приема насоса, об уменьшении коэфф циента наполнения и необходимости менной остановки насоса для восста ления уровня жидкости. При этом пр 45 цессором 7 формируется сигнал откл чения электропривода, устанавливающ режим периодической откачки, когда насос, откачав накопившуюся жидкост Отключается на заданное время, а за тем снова автоматически включается

50

К„ - К фк,-, если , ) ) ходе вычислений заданные прегде LuK,J, йК - заданные предельные величины разности показателей. Сигнал аварии формируется в любом случае, если не соблюдаются соотношения (1), выполняются соотношения (5),

, J

in U MoiiceJ

30

20 I

Дополнительно, после установления факта отсутствия аварии, по соотношениям (1)-(5) производится сравнение соответствугацих дискретных значений 25 мощности, полученных отдельно за ход вверх и за ход вниз в i-м цикле контроля. В этом случае усреднение по соотношению (4) производят отдельно для хода вверх и отдельно для хода вниз, при этом в соотношениях (5) величины и К, и йК могут отличаться от величин, используемых при отработке программы формирования сигнала аварии. Если при отсутствии аварии соотношения (5) выполняются при сравнении хода вверх с ходом вниз (или наоборот), ЭТО свидетельствует о разбалансировке станка-качалки,например, в результате ухода динамического уровня добьшаемой жидкости ниже приема насоса, об уменьшении коэффициента наполнения и необходимости временной остановки насоса для восстановления уровня жидкости. При этом про- 45 цессором 7 формируется сигнал отключения электропривода, устанавливающий режим периодической откачки, когда насос, откачав накопившуюся жидкость. Отключается на заданное время, а затем снова автоматически включается.

35

40

0

дельные значения мощности Р

макс

и

55

Р«им величины л к, и ЛК извлекаются процессором 7 из запоминающего устройства 9 данных, куда они предварительно заносятся через процессор с помощью клавиатуры 13.

При выявлен1ш аварийной ситуации процессор 7 переходит к выполнению команд блока 19, формируя команду отключения , которая через устройство 5 вывода поступает на релейньй элемент f1. Последний срабатьшает, размыкая контакт 1 в силовой цеци питания электропривода 2.

Команда отключения и включения электропривода, а также полученные значения коэффициентов перегрузки, недогрузки и нормальности выводятся на индикаторы 14, что позволяет выявить причину аварии.

Если отключение быпо осуществлено при отсутствии аварийной ситуации,то на индикатор 14 выводится сообщение о нормальном отключении электропривода в режиме периодической откачки. Процессор 7 по командам блока 18 осуществляет отсчет времени накопления жидкости. Коэффициенты недогрузки, перегрузки и нормальности, полученные сравнением кривых мощности за хо ды вверх.и вниз, могут быть вьгоедены на индикатор 14, что облегчает диагностику состояния насосного оборудования и электропривода.

Предлагаемьй способ повышает надежность защиты, Уменьшая число ложных отключений электропривода, отличая случайные флуктуации мощности, равномерно распределенные в цикле контроля, от аварийных, довольно значительных по амплитуде, но кратковременных деформаций кривой мощности, возникающих при неисправностях редуктора (поломки и заедания зубьев), заеданиях и прихватах ппунжера насос или полированного штока, газопроявлениях при снижении динамического уровня.

Ложные отключения ведут к. непроизводительным простоям скважин и не- восполняемым потерям в добыче нефти , так как простой скважины может быть обнаружен с задержкой в несколько суток.

Негативные посредствия частых лож ных отключений проявляются и в том что обслуживакщий персонал нередко искусственно загрубляет либо вообще

0

5

0

25

30

35

40

45

50

отключает защитные устройства, что влечет серьезные поломки оборудования, возрастание затрат и сроков на ремонтные работы. Обеспечение возможности диагностики предлагаемым способом улучшает систему ремонтно-про- филактического обслуживания, что положительно влияет на экономические показатели. Обеспечение дополнительной возможности работы в. режиме периодической откачки для тех скважин, где это возможно и необходимо,, обеспечивает добычу нефти, близкую к максимально возможной, с наилучшими показателями по затратам электроэнергии. Формула изобретения

i

Л

1

Фиг.1

.

фиг.з

Зона недогрузАИ

к S го

Kg

in

Зона перегрузки

Зона .HopHO bffocmtf

Kn f.O

ФигЛ