Способ защиты двигателя электропривода глубинного поршневого насоса Советский патент 1992 года по МПК H02H7/08 

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

Известен способ защиты 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 величины с эталонным графиком изменения активной мощности и отключении приводного электродвигателя при их несовпадении.

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

Наиболе близким по технической сущности к предлагаемому является способ защиты двигателя электропривода глубинного поршневого насоса, основанный на изме-. рении потребляемой электроприводом мощности, контроле и отключении электродвигателя по предельным значениям, а также дискретизации по времени в течение циклов контроля, разделенных паузами отсутствия контроля фиксированной длительности, сравнении каждого дискретного

vj

О

i

о

х|

значения с соответствующими аналогичными значениями, полученными на предыдущем цикле контроля и формировании сигнала отключения электропривода насоса при обнаружении выхода заданного количества измеренных значений из зоны допустимых отключений, полученных на предыдущем цикле контроля,

Однако для известного способа характерна недостаточная надежность, выражающаяся в том, что в течение паузы отсутствия контроля возникновение аварийного режима не контролируется. Это ведет к снижению оперативности в защите электропривода и при механических поломках оборудования насоса, например, при обрыве штанг, может возникнуть разбалан- сировка станка качалки, что при неоперативном отключении может повлечь его разрушение.

Цель изобретения - повышение надежности путем повышения чувствительности защиты и оперативности обнаружения аварийного режима.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу защиты электропривода глубинного поршневого насоса от аварийного режима, основанному на измерении в течение цикла контроля потребляемой электро- приводом мощности, дискретизации кривой потребляемой мощности во времени, разделении циклов контроля паузой, отсутствия контроля, осуществлении сравнения каждого дискретного значения с соответствующими аналогичными значениями, полученными на предыдущем цикле контроля, и формировании сигнала отключения двигателя электропривода насоса при обнаружении выхода заданного количества измеренных значений из зоны допустимых отклонений, полученных на предыдущем цикле контроля, дополнительно в течение паузы отсутствия контроля между циклами контроля по дискретным значениям потребляемой мощности за цикл качания насоса, полученным в последнем цикле контроля, последовательно в каждом цикле качания насоса, через время, кратное интервалу дискретизации, формируют соответствующие пары аналоговых сигналов, учитывающих допустимые отклонения мощности, которые сравнивают с измеренным в данный момент текущим значением потребляемой мощности, определяют количество недопустимых отклонений изме.- ренных значений за время каждого цикла качаний и, если оно превышает заданное значение, переходят к следующему циклу контроля потребляемой электроприводом мощности.

На фиг.1 приведены кривые, поясняющие сущность предлагаемого способа; изменения потребляемой мощности P(t) за 1-й цикл контроля, условно равный периоду качания насоса, для нормальной работы; изменение потребляемой мощности P(t) в период паузы, с обнаружением в последнем цикле качания насоса трех недопустимых отклонений мощности, изменение потребляемой мощности P(t) за i+1 цикл контроля, констатирующий факт аварийного режима; на фиг.2 - схема устройства, реализующего способ,

Циклы контроля i и (i+1) разделены паузой, длительность которой не фиксирована. Обозначение Ртах и Pmin соответствует заданным предельным значениям мощности.

At const- интервал дискретизации, т.е.

время, через которое производится измерение мощности электропривода в цикле кон- троля. Длительность цикла контроля соответствует целому циклу m интервалов дискретизации. ,2,3 ... - коэффициент

кратности (целое число), определяющий через сколько интервалов дискретизации производится контрольное сравнение текущего измеренного значения мощности и допустимых величин ее колебания в точке п, т.е.

минимальное значение Pjn P и максимальное значение Рт + А Р, где Д Р - величина допустимого отклонения мощности в точке п ряда значений Pn-Pjm i-ro цикла контроля.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В процессе работы в каждом из циклов контроля, начиная с начальной точки, определяемой например по минимуму значения

Pj(t), через установленное время At производят ряд последовательных измерений потребляемой электроприводом мощности, и кривая Pi(t) за i-й цикл контроля представляется рядом дискретных значений Pi,Pa,...Pn,

Pn+i,...Pm. Эти значения сравниваются с соответствующими значениями, представляющими кривую потребляемой мощности в предыдущем, (Н)-м цикле контроля до окончания цикла контроля. Кроме того, дискретные значения мощности i-ro цикла контроля сравниваются с заданными предельными значениями Ртах и Pmin, т.е. проверяется соблюдение соотношения

|Pin-P(i-i)n (1)

Prain Pin Pmax,(2)

где Pin, Р(И)п- дискретные значения мощности в i-м и (1-1)-м циклах контроля, соответствующие интервалу дискретизации;

А Р - заданная ширина зоны допустимых отклонений кривых i-ro и (И)-го циклов;

Pmin, Ртах - заданные предельные значения мощности.

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

В нормальном режиме после окончания цикла контроля в течение паузы из получен- ных дискретных значений Рц Pi2...Pim выби- раются в соответствии с заданным коэффициентом кратности К соответствующие значения Р|П, причем при берутся все подряд Рт, без пропусков, при бе- рется каждое второе, при каждое третье и т.д. Из этого значения образуется пара величин (Pinmin и Pinmax), например по соотношению (3)

Pinmin Pirr АР V..

Pinmax Pin+ APJ(3)

где АР- заданная ширина зоны допустимых отклонений.

Затем, через интервалы времени, равные , эти пары значений сравнивают- ся с текущем значением Pi(t) мощности электропривода, при этом проверяется соотношение (4)

Pinmin Pi(t)Pinmax .(4)

Процесс сравнения производится по- следовательно в каждом цикле качания, при этом определяют количество недопустимых отклонений (т.е невыполнение соотношения (4)) за каждый цикл качания, и если оно превышает заданное количество, паузу пре- рывают и переходят к новому циклу контроля.

Устройство защиты двигателя электропривода глубинного поршневого насоса содержит измеритель мощности 1, подклю- ченный к силовой цепи электропривода 2 глубинного поршневого насоса и на вход дискретизатора 3, преобразующего непрерывный сигнал пропорциональной мощности в ряд дискретных значений.

Дискретизатор 3 представляет собой аналого-цифровой преобразователь и имеет кроме информационного входа, связанного с измерителем 1, еще управляющий вход и информационный выход, которые подключены к устройствам ввода 4 и вывода 5, микроЭВМ 6.

МикроЭВМ 6 содержит центральный процессор 7 и запоминающие устройства

программ 8 и данных 9, связанные между собой и устройствами ввода 4 м вывода 5 через систему шин (адресных, информационных и управляющих) 10. Устройство вывода 5 связано через релейный элемент 11 с контактом 12 с силовыми цепями электропривода 2. К устройству ввода 4 подключена также клавиатура 13, служащая для ввода величин допустимых значений, а также осуществления операций по первоначальному пуску электропривода 2 и микроЭВМ 6, а также прочих операций, осуществляемых обслуживающим персоналом (например запуск контрольных тестов и т.п.). К устройству вывода 5 подк- c-.aicr; . иьд-.жз торы 14, предназначенные для визуального представления данных, например, значений Pin- Запоминающее устройс во npoi рамм 9 содержит в своем составе блоки . предназначенные для хранения последовательности операций, выполняющих дискретизацию значений мощности через интервал At 15, анализа кривой мощности для выявления начальной точки отсчета (Pi)

16,выполнения вычислительных операций

17,отсчета времени и дискретизации (Ат) и времени,кратного ему () 18, управления устройством отключения 19, обеспечения связи с индикаторами и клавиатурой 20, а также блок 21, обеспечивающий управление последовательным выбором хранимых в памяти данных 9 значений мощности Рт и выводом их через устройство 5 на блок циф- роаналогового преобразования 22. Блок 22 своим выходом, на котором формируются аналоговые значения, подключается к одному из входов компаратора 23, к другому входу которого подключен выход измерителя мощности 1. Выход компаратора подается на устройство ввода 4 микроЭВМ 6.

Устройство работает следующим образом.

Измеритель 1 преобразует сигналы тока (I) и напряжения (U) на входе в непрерывный выходной сигнал, пропорциональный мощности Pj(t), поступающий на вход дискретизатора 3, и компаратора 23. Дискретизатор 3 производит аналого-цифровое преобразование по командам, поступающим на управляющий вход дискретизатора 3 с устройства вывода 5 микроЭВМ 6. Цифровой код на выходе дискретизатора 3 представляет собой ряд дискретных значений мощности Рь Р2, Рз...Рп...Рт. Эти значения поступают на устройство ввода 4 микроЭВМ 6, командные сигналы с выхода устройства вывода 5 на Дискретизатор 3 формируются с интерва- ломА t, отсчитываемым процессором 7 микроЭВМ 6 путем исполнения программы, записанным в блоке 15 запоминающего устройства программ 8, m раз подряд. После поступления каждого дискретного значения мощности Pn(t) на вход устройства ввода 4, процессор 7 производит анализ этого значения для выявления начальной точки Pi (например, минимум мощности), исполняя программу, записанную в ячейках блока 16. После выявления начальной точки PI каж- дое из дискретных значений ряда Рп, , Pi3 ...Pin...Pim данного i-ro цикла контроля сравниваетя с одноименными значениями, полученными на предыдущем (И)-м цикле и хранимыми в памяти данных 9, при этом процессор 7 выполняет команды программы, хранимые в ячейках блока 17 памяти программ 8, производя последовательно операции контроля предельных значений по соотношению (2), проверяя соотноше- ние (1), подсчитывает количество нарушений соотношений (1) и (2) и сравнивает с заданным, определяя аварийную ситуацию. При этом заданные предельные значения мощности Pmin и Ртах, также величина А Р извлекаются процессором 7 из памяти данных 9, куда они предварительно заносятся с помощью клавиатуры 13, процессором 7, путем исполнения команд блока 20 и хранятся там до обновле- ния. При обнаружении аварийной ситуации процессор 7 переходит к исполнению команд блока 19, формируя команду отключения, поступающую через устройство вывода 5 на релейный элемент 11, кото- рый размыкает свой контакт 12 в цепи электропривода 2, кроме того факт аварии индицируется на индикаторах 14, куда можно вывести и значения величин Рп, Pi2,...Pin...Pim например для выявления при- чин аварии, с помощью клавиатуры 13, запускающей процессор 7 на исполнение команд, хранимых в блоке 20 памяти программ 8. Если аварийной ситуации не обнаружено, исполняется программа блока 21 обеспечивающая последовательный выбор соответствующих значений Pin, хранимых в памяти данных 9 в соответствии с отсчитанным процессором 7, под управлением блока 18, временем , преобразование вы- бранного значения в соответствии с соотношением (3) и вывод через устройство 5 каждой пары значений (Pinmin и Pmmax) на цифроаналоговый преобразователь 22. Преобразователь 22 формирует друг за другом, с интервалом, определяемым только быстродействием системы (микро секунды), два аналоговых сигнала, подаваемых на компаратор 23. Компаратор 23 сравнивает

их с текущим значением мощности, подаваемым на его второй вход с измерителя 1. При нормальной ситуации, когда соотношение (4) соблюдается, на выходе компаратора 23 появляется ожидаемая последовательность сигналов, например, (1,0), которая поступает на устройство ввода 4. Циклы качания отсчитываются процессором 7, например, по числу точек контроля, количество недопустимых отклонений за цикл качания также подсчитывается процессором 7 и при превышении этой величины заданной, хранимой в памяти данных 9 микроЭВМ 6, устройство прерывает паузу и переходит к новому циклу контроля сразу после обнаружения факта превышения числа недопустимых отклонений за цикл качаний, путе перехода к исполнению процессором 7 команд блока 15и далее блоков 16,17, выполняя дискретизацию кривой мощности, поиск начальной точки и сравнение каждого дискретного значения ряда Рп, Pi2,...Pim данного i-rc цикла с предыдущим (И) циклом (до паузы, контроля с соответствующим анализом описанным выше.

Далее возможны два варианта.

-подтверждение аварии - в этом случае производится отключение электродвигате ля;

-авария не подтверждается (нормаль ная работа) в этом случае обнаружение пре вышения количества недопустимы) отклонений в последнем цикле качаний (па узы), приведшее к переходу на цикл контро ля,объясняется накопленной ошибкой из-з; погрешности отсчета интервалов времен. в этом случае новый цикл контрол) выполняет функцию принудительной синх ронизации.

По сравнению с прототипом предлагав мый способ повышает надежность защить за счет повышения чувствительности защи ты и оперативности обнаружения аварий ной ситуации, т.к. между циклами контрол; аварийные изменения формы кривой мощ ности электропривода так же могут бьт обнаружены. Это обеспечивает большую со хранность оборудования, уменьшая вероят ность развития неисправностей до аварий тяжелыми последствиями.

Формула изобретения Способ защиты двигателя электропри вода глубинного поршневого насоса, оснс ванный на измерении в течение цикл контроля потребляемой электроприводог мощности, дискретизации кривой потребля емой мощности во времени, разделени циклов контроля паузой отсутствия контре ля, осуществлении сравнения каждого дис

кретного значения с соответствующими аналогичными значениями полученными на предыдущем цикле контроля, и формировании сигнала отключения двигателя элект- ропривода 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 повышения чувствительности защиты и оперативности обнаружения аварийного режима, в течение паузы отсутствия контроля между циклами контроля по дискретным значениям потребляемой мощности за цикл качания насоса,

полученным в последнем цикле контроля последовательно в каждом цикле качания насоса через время, кратное интервалу ди скретизации, формируют соответствующие пары аналоговых сигналов учитывающих допустимые отклонения мощности, которые сравнивают с измеренным в данный момент текущим значением потребляемой мощности, определяют количество недопустимых отклонений измеренных значений за время каждого цикла качаний и, если оно превышает заданное значение, переходят к следующему циклу контроля потребляемой электроприводов

мощности

Использование: изобретение может быть использовано для защиты двигателя электропривода скважин, оборудованных глубинными поршневыми насосами. Сущность изобретения: в способе защиты электропривода глубинного поршневого насос/, от аварийного режима в течение паузы от сутсгвия контроля между циклами контроле по дискретным значениям по: реб.чяемой мощности за цикл качания насосз. полученным в последнем цикле контроля,последовательно в каждом цикле качания насоса через время, кратное интервалу дискретизации, формируют соответствующие пары аналоговых сигналов, учитывающих допустимые отклонения мощности, которые сравнивают с измеренным в данный момент текущим значением потребляемой мощности, определяют количество недопустимых отклонений измеренных значений за время каждого цикла качаний и, если оно превышает заданное значение, переходят к следующему циклу контроля потребляемой электроприводом мощности. 2 ил. (Л С

ЗОЯЦ faljtruVuf. }Г,..ле- HUU fiWifei aj S «,«кле KQHIT;:.,$ л / -г

. ХГ1Г-

Чл

/,%&.

V -х //ГЧ /л VT ч

#№ от

f

М

- .1.I

4Ь,1

j 3i ;::xb L .

А{5

D I l iiibt i -, ъе

- ,Л

-J

I .с . ,.

Pin 4

5: : -..х 4 j , /3/11- «„j ;. $ 1-ме :-Ј-V

Фл 2