Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормального режима, подключенного через силовой трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого соединены в звезду Советский патент 1991 года по МПК H02H7/08 

iff Ж ПV.

L&i t

Фиг 1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите герметизированных погружных электродвигателей.

Цель изобретения - повышение надежности.

На фиг.1 и 2 представлена функциональная схема устройства и блок-схема нефтяной скважины; на фиг.З - схема измерительно-исполнительного блока.

Устройство содержит магнитный пускатель 1 с силовыми контактами для включения в фазные провода, питающие электродвигатель через силовой трансформатор 2, первичная и вторичная обмотки которого соединены в звезду, катушку 3 управления с магнитным пускателем, соединенную с выходом измерительно-исполнительного блока 4, генератор 5 высокой частоты, одним выводом соединенный с первым разделительным конденсатором 6, первый дроссель 7, одним выводом соединенный с первым входом блока 4, герметизированный магнито- управляемый контактный датчик 8 нижнего уровня, одним выводом соединенный с клеммой контура заземления 9, второй дроссель 10, одним выводом подключенный к катоду первого диода 11 и аноду второго диода 12, первый резистор 13, соединенный одним выводом с анодом первого диода 11, а вторым - с клеммой контура заземления 9, датчик 14 давления (второй резистор), соединенный одним выводом с катодом второго диода 12, а другим - с клеммой контура заземления 9, конденсаторы 15,16 и 17 связи, соединенные в звезду с фазными проводами, идущими с вторичных обмоток трансформатора 2, третий диод 18, соединенный катодом с другим выводом генератора 5 высокой частоты, третий резистор 19, включенный между анодом третьего диода 18 и клеммой контура заземления, четвертый диод 20, соединенный анодом с катодом третьего диода, четвертый резистор 21, соединенный одним выводом с катодом четвертого диода 20, а другим - с клеммой контура заземления, герметизированный магнитоуправляемый датчик 22 верхнего уровня,соединенный одним выводом контакта с клеммой контура заземления 9, пятый диод 23, соединенный катодом с другим выводом контакта датчика

22,пятый резистор 24, соединенный одним выводом с катодом диода 23, а другим - с клеммой контура заземления, шестой диод 25, соединенный катодом с анодом диода

23,шестой резистор 26, соединенный одним выводом с анодом диода 25, а другим - с клеммой для соединения с контуром заземления. Провод 27 связи соединяет датчик 22 верхнего уровня с катодом пятого диода 23.

Нефтяная скважина (фиг.2) содержит погружной электродвигатель 28, насос 29,

скважинный трубопровод 30, трубопровод 31 для откачки нефти, высоковольтный кабель 32, силовую подстанцию 33, управляющие магниты 34 и 35 датчиков 8 и 22, поплавки 36 и 37, в которые вмонтированы

0 магниты 34 и 35, направляющие приспособления 38 и 39 для поплавков 36 и 37, коробку 40, где размещены элементы 15-17, 23-26, коробку 41, где размещены элементы 10-14, Устройство работает следующим обра5 зом.

Генерируемые генератором 5 высокой частоты сигналы с частотой F с одного выхода генератора поступают через конденсатор 6, трансформатор 2, обмотки статора

0 электродвигателя 28, конденсаторы 15-17 связи, пятый и шестой диоды 23 и 25, пятый и шестой резисторы 24 и 26, далее через клеммы контура заземления 9; резисторы 19 и 21,третий и четвертый диоды 18 и

5 20 возвращаются на второй выходной вывод генератора 5 высокой частоты. Величина возвращающихся сигналов контролируется на третьем и четвертом резисторах 19 и 21 измерительно-исполнительным

0 блоком 4.

В предлагаемом устройстве могут иметь место пять состояний,

Первое состояние. Температура погружного электродвигателя находится в

5 пределах допустимой нормы. Уровень нефти в скважине находится выше датчика 22 верхнего уровня. В этом случае датчики 8 и 22 нижнего и верхнего уровней шунтируют контактами пятый и шестой резисторы 24 и

0 26. На третьем и четвертом резисторах 19 и 21 выделяются максимальные сигналы, которые условно обозначены уровнем ±1. Измерительный блок 4 включает коммутирующий аппарат 1.

5 Второе состояние. Температура погружного электродвигателя 28 в пределах нормы. Уровень-нефти, снижаясь, останавливается ниже уровня датчика 22. В этом случае пятый резистор 24 не шунтируется

0 датчиком 22 верхнего уровня, а шестой резистор 26 шунтируется контактом датчика 8 нижнего уровня. Это вызывает выделение на третьем резисторе 19 уровня сигнала О, а на четвертом резисторе 21 - уровня +1,

5 При этих состояниях измерительно-исполнительный блок 4 продолжает выдачу питания на погружной электродвигатель 28. Третье состояние. Температура погружного электродвигателя находится в пределах нормы. Уровень нефти, снижаясь,

становится ниже уровня датчика 8 нижнего уровня. При этом пятый и шестой резисторы 24 и 26 перестают шунтироваться контактами датчиков 8 и 22 нижнего и верхнего уровней. На третьем и четвертом резисторах 19 и 21 уровни сигналов становятся равными О. Измерительно-исполнительный блок 4 отключает коммутирующий аппарат 1, прекращая питание погружного электродвигателя 28.

Четвертое состояние. Температура погружного электродвигателя выше допустимой нормы. В этом случае сопротивление первого резистора 13 имеет минимальное значение. При поступлении на измерительно-исполнительный блок 4 постоянного прямого тока по цепи: клемма контура заземления блока 4, первый резистор 13, первый диод 11, второй дроссель 10, обмотки погружного электродвигателя 28, обмотки силового трансформатора 2, первый дроссель 7, провод 42 связи, измерительно-исполнительный блок 4 фиксирует на входах 43 и 44 максимальный уровень и (на выходах 45 и 46 появляется сигнал, который отключает коммутирующий аппарат 1, прекращая питание погружного электродвигателя 28.

Пятое состояние. Температура погружного электродвигателя 28 в норме. Уровень нефти, поднимаясь, становится выше нижнего уровня датчика 8. В этом случае шестой резистор 26 шунтируется контактом датчика 8 нижнего уровня. Соответственно на третьем резисторе 19 имеет место уровень сигнала О, а на четвертом резисторе 21 - уровень +1, т.е. аналогично второму состоянию. Однако измерительно-исполнительный блок команду на включение погружного электродвигателя 28 не подает до тех пор, пока не образуется первое состояние.

Возможная (известная) электрическая схема измерительно-исполнительного блока 4 представлена на фиг.З. Схема состоит из компаратора 47 выходных сигналов нижнего уровня, подключенного к четвертому, резистору 21, составных транзисторов 48 и 49, реле 50 с контактами 51, инвертора 52, подключенного к резистору 19, компаратора 53 выходных сигналов верхнего уровня, составных транзисторов 54 и 55, реле 56 с контактами 57 и 58, диода 59, подсоединенного анодом к резистору 60, диода 61, подсоединенного катодом к резистору 62, компаратора 63, составных транзисторов 64 и 65, реле 66 с контактами 67 и 68, генератора 69 низких частот, реле 70 с контактами 71 и 72, источника 73 питания, инвертора 74, компаратора 75, составных транзисторов 76 и 77, реле 78 е контактами 79 и 80 и источника 81 питания.

Принцип работы схемы при различных состояниях заключается в следующем.

При первом состоянии на третьем резисторе 19 имеется уровень -1, а на 5 четвертом резисторе 21 - уровень +1. Следовательно компаратор 47 находится в сработанном состоянии и выдает сигнал открытия составным транзисторам 48° и 49. Реле 50, срабатывая, замыкает замыкаю0 щий контакт 51, подавая питание из источника 81 на составные транзисторы 54 и 55. Уровень сигнала -1 на третьем резисторе 19 инвертируется инвертором 52 и оценива- ется компаратором 53, который открывает

5 составные транзисторы 54 и 55, вызывая срабатывание реле 56. При этом замыкается контакт 57, вызывая через размыкающие контакты 79 и 67 срабатывание коммутирующего аппарата 1 и замыкание контакта

0 58, произведя самоблокировку обмотки реле 56.

При втором состоянии на третьем резисторе 19 присутствует уровень О, а на четвертом резисторе 21 - уровень +1, При

5 этом на входе транзисторов 48 и 49 присутствует открывающий сигнал, реле 50 находится в сработанном состоянии. Несмотря на отсутствие сигнала открытия транзисторов 54 и 55, реле 56 остается в сработанном

0 состоянии за счет самоблокировки контактом 58.

Следовательно, замкнутый контакт продолжает держать аппарат 1, обеспечивая подачу питания на погружной электродвига5 тель 28.

При третьем состоянии на обоих резисторах 19 и 21 присутствует уровень О, реле 50 и 56 отключены, следовательно, электродвигатель 28 не получает питание.

0При четвертом состоянии, когда температура электродвигателя 28 выше допустимой нормы, сопротивление первого резистора 13 имеет минимальное значение, а на резисторе 62 присутствует уровень

5 +1, компаратор 63 сработан, составные транзисторы 64 и 65 открыты, реле 66 срабатывания размыкает свой контакт 67, снимая питание с электродвигателя независимо от состояния контактов 57и 58, и

0 одновременно контактом 68 отключает питание реле 70, обеспечивая питание резистора 62 постоянным током соответствующей полярности.

При возвращении температуры корпуса

5 погружного электродвигателя в нормальное состояние происходит отключение реле 66. При пятом состоянии на третьем-резисторе 19 присутствует уровень О, а на четвертом резисторе 21 -уровень +1, РелебО, срабатывая, замыкает свой контакт 51. Реле

56 обесточено из-за отсутствия открывающего сигнала на входе транзистора 54. Погружной электродвигатель 28 получит питание только тогда, когда образуются условия первого состояния.

В устройстве предусматривается дополнительная защита электродвигателя 28 за счет использования второго резистора (по- тенциометрического датчика давления) 14.

При наличии низкого давления в шахте скважины, свидетельствующего об отсутствии в шахте уровня давления нефтежидко- стного столба, сопротивление второго резистора 14 имеет минимальное значение, а на резисторе 60 - максимальное, т.е. уровень -1. Этот сигнал инвертируется инвертором 74 и оценивается компаратором 75, который открывает составные транзисторы 76 и 77, вызывая срабатывание реле 78. При этом размыкаются контакты 79, отключая питание электродвигателя 28, а контакты 80 переключают питания обмотки реле 70 на источник 81 питания, обеспечивая питание цепи резистора 60 постоянным током соответствующей полярности, При появлении давления, принятого за нормальное значение, реле 78 отпускают, возвращаясь в исходное состояние.

Опрос состояний первого И второго резисторов-датчиков 13 и 14 производится благодаря переполюсовке полюсов источника 73 питания путем переключения контактов 71 и 72 реле 70 через 5-10 с (интервалы могут быть большими). Переключением реле 70 управляет низкочастотный генератор 69.

В процессе эксплуатации скважины необходимо делать запись информации данных об изменениях давления в шахте. Такая запись производится блоком 82, который может быть снабжен различными серийно выпускаемыми записывающими аппаратами.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность устройства защиты.

Формула изобретения

Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормального режима, подключенного через силовой трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого соединены в звезду, содержащее коммутирующий аппарат с выводами силовых контактов, предназначенных для включения в фазные провода, питающие электродвигатель, катушку управления коммутирующим аппаратом, соединенную с выходом измерительно-исполнительного блока, генератор высокой частоты, первый разделительный конденсатор, подключенный между первым выводом гейератора высокой частоты и клеммой для соединения с выводом нейтрали вторичных обмоток силового трансформатора, первый диод, второй

диод, третий диод, соединенный катодом с вторым выводом генератора высокой частоты, четвертый диод, соединенный анодом с катодом третьего диода, первый резистор, соединенный одним выводом с анодом первого диода, второй резистор, соединенный одним выводом с катодом второго диода, третий резистор, соединенный одним выводом с анодом третьего диода и первым входом измерительно-исполнительного блока,

четвертый резистор, соединенный одним выводом с катодом четвертого диода и вторым входом измерительно-исполнительного блока, третий вход которого подключен к другим выводам третьего и четвертого резисторов и к клемме для соединения с контуром заземления, к которой подключены также объединенные выводы первого и второго резисторов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности,

оно дополнительно снабжено тремя конденсаторами связи, пятым и шестым резисторами, пятым и шестым диодами, герметизированным магнитоуправляемым датчиком верхнего уровня, герметизированным магнитоуправляемым датчиком нижнего уровня, первым и вторым дросселями, при этом конденсаторы связи, соединенные в звезду, подключены к клеммам для соединения с фазными выводами электродвигателя, а общей точкой - к аноду пятого и катоду шестого диодов, катод пятого диода соединен с первым выводом контакта герметизированного магнитоуправляемого датчика верхнего уровня, а через последовательно соединенные пятый резистор и контакт магнитоуправляемого датчика нижнего уровня - с анодом шестого диода и первым выводом шестого резистора, при этом вторые выводы контакта герметизированного магнитоуправляемого датчика верхнего уровня и шестого резистора объединены с общей точкой соединения пятого резистора и контакта герметизированного магнитоуправляемого датчика нижнего

уровня и соединены с контуром заземления, первый дроссель одним выводом подключен к третьему входу измерительно-исполнительного блока, а другим - к клемме для соединения с нейтралью вторичных обмоток силового трансформатора, второй дроссель одним выводом подключен к катоду первого и аноду второго диода, а другим - к клемме для соединения с нейтралью статор- ных обмоток погружного электродвигателя.

/////////////////j

Фиг. Z

УигЗ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите погружных электродвигателей. Цель изобретения - повышение надежности. При нормальной температуре погружного электродвигателя и уровне нефти ниже уровня датчика нижнего уровня 8, пятый и шестой резисторы 24 и 26 не шунтированы контактами датчиков нижнего и верхнего уровней 8 и 22. На третьем и четвертом резисторах 19 и 21 уровни сигналов равны нулю. Измерительно-исполнительный блок 4 отключает коммутирующий аппарат 1, прекращая питание погружного электродвигателя 28. 1 ил.