На нефтяных промыслах для отбора жидкости из скважин применяются погружные центробежные электронасосы с трехфазным асинхронным электродвигателем. Однако используемый трехфазный кабель при опускании электронасоса в скважину очень часто повреждается по самым различным причинам; ввиду короткого замыкания между жилами и броней, снижения сопротивления изоляции в кабельном вводе, механических повреждений, изломов, разрушений изоляции и износа от трения о колонну.
Трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели включаются в сеть также по однофазному токоподводу по схеме последовательно-параллельного включения фаз.
Особенность предлагаемого электропривода заключается в том, что он снабжен пусковым трансформатором с отпайками, подключенными к обмотке двигателя при помощи нормально разомкнутых контактов пускателя. К цепи управления пускателя подсоединены трансформатор тока и реле для подачи при пуске двигателя повышенного напряжения. Это дает возможность упростить токоснабжение, так как однофазный токоподвод применяется по системе одна жила - колонна насосных и обсадных труб и используется также для откачки пластовой жидкости. Для повышения надежности электродвигатель конструктивно объединен с погружным насосом.
На чертеже приведена принципиальная схема управления электродвигателем.
Схема работает следующим образом.
До подачи напряжения на токоподвод Tn пусковые емкости САП и СВП отключены.
При подаче напряжения включается контактор 1K, и напряжение подается на обмотку двигателя с подсоединенными рабочими емкостями. Блок-контакт 1K2 замыкает цепь катушек контакторов 2K и 3K и подготавливает к работе остальную часть схемы управления. Блок-контакт 1K3 шунтирует разделительный конденсатор 1С в цепи катушки контактора 1K.
Разделительный конденсатор, так же как и нормально разомкнутый контакт 1K1, должен при обесточивании схемы изолировать обмотки двигателя и схему управления от земли (труб) для возможности проверки сопротивления изоляции.
Контакторы 2K и 3K подключают пусковые емкости, после чего двигатель начинает разгоняться.
Блок-контакт 2K2 блокирует н.з. контакт PKC1 в цепи катушек контакторов, блок-контакт 2K3 замыкает цепь катушки реле PKC, подготавливая его к работе.
Замкнувшийся н.о. контакт 3K2 шунтирует конденсатор 2С в цепи катушки реле РП, служащий в качестве дополнительного сопротивления, и подготавливает к работе реле РП в условиях посадки напряжения, связанного с пусковым режимом двигателя.
По мере разгона двигателя растет напряжение на катушке реле PKC, и якорь реле начинает вибрировать. Как только увеличившаяся вибрация якоря реле PKC приводит к замыканию его н.о. контактов, срабатывает промежуточное реле РП, обесточиваются катушки контакторов 2K и 3K и отключаются пусковые емкости. При дальнейшем увеличении скорости реле PKC устойчиво срабатывает и держит свой якорь в притянутом положении. При этом замыкается н.о. контакт PKC4, блок-контакт 2K3 в цепи катушки реле PKC и размыкается н.з. контакт PKC3 в цепи катушки реле РП, подготавливая перевод его в рабочий режим (питание через добавочное сопротивление). Н.о. контакт РП1 в цепи катушки этого реле блокирует н.о. контакт PKC2, чем предотвращается дребезжание. контакторов 2K и 3K.
После окончания пуска и отключения контакторов 2K и 3K размыкается н.о. блок-контакт 3K2 в цепи катушки реле РП, расшунтируется добавочное емкостное сопротивление, чем обеспечивается протекание через катушку реле РП нормального тока при увеличившемся, в связи с окончанием пуска двигателя, напряжении на забое скважины.
При отключении двигатель на выбеге начинает работать в режиме асинхронного генератора.
Для плавной остановки насосного агрегата необходимо, чтобы двигатель останавливался при отключенных пусковых емкостях.
В этом режиме схема работает следующим образом.
При замедлении двигателя, после его отключения от сети, генерируемое на его клеммах напряжение постепенно снижается.
Реле PKC и РП регулируются таким образом, что при снижении напряжения на клеммах двигателя первым отпускает якорь реле PKC. При этом н.з. контактом PKC3 шунтируется добавочное емкостное сопротивление в цепи катушки реле РП, благодаря чему последнее продолжает удерживать свой якорь в притянутом положении и держать разомкнутым свой н.з. контакт РП2 в цепи катушек контакторов 2K и 3K, предотвращая подключение пусковых емкостей.
Дальнейшее снижение напряжения на клеммах двигателя приводит к отпаданию якоря реле РП и замыканию н.з. контакта РП2. Однако сильно снизившееся напряжение на двигателе недостаточно для срабатывания контакторов 2K и 3K, и двигатель плавно останавливается.
Имеющиеся в схеме сопротивления 1PC и 2РС, шунтирующие пусковые емкости, являются высокоомными разрядными сопротивлениями.
Конденсатор 3С в цепи катушки реле PKC служит в качестве установочного сопротивления. Емкость его (порядка десятых долей микрофарады) принимается, исходя из условия срабатывания реле PKC при соответствующей скорости двигателя.
Станция наземного управления электродвигателем отличается от существующей станции (типа ПГХ5802) лишь добавлением двух однополюсных контакторов главного тока КП и KP и трех реле, в том числе одного реле времени 3РВ, одного токового РКП и одного промежуточного реле 4РП. Кроме того, трехполюсные рубильник и линейный контактор заменяются двухполюсными, заменяется один трансформатор тока и исключается одно реле максимального тока.
Дополнительная аппаратура обеспечивает выполнение необходимых переключений, связанных с подачей на токоподвод при пуске повышенного напряжения, а по окончании пуска - напряжения, соответствующего рабочему режиму.
В связи с тем, что изменения в работе схемы станции управления по сравнению с существующей связаны только с периодом пуска двигателя, достаточно рассмотреть работу схемы в одном режиме: автоматическом или при работе по программе.
В автоматическом режиме станция управления работает следующим образом.
При включенном рубильнике Р рукоятка переключателя 2УП устанавливается в положение «0». При этом включаются реле времени 1РВ, 3РВ и контактор КП.
Контактор КП подключает жилу кабеля токоподвода к отпайке трансформатора, соответствующей пусковому напряжению. При этом контактор KP блокируется от включения контактором КП.
Реле времени 1РВ с выдержкой времени (до 9 сек) включает промежуточное реле 3РП, которое через линейный контактор КЛ подключает трансформатор Т к питающей сети. Напряжение подается на двигатель, и он начинает разворачиваться. От протекающего пускового тока двигателя срабатывает реле контроля пуска РКП.
Н.з. контакт этого реле в цепи катушки реле 4РП размыкается, не давая возможности реле 4РП включиться до окончания разгона двигателя. После срабатывания реле 3РП обесточивается реле 3РВ, которое с выдержкой времени в доли секунды (достаточной для срабатывания реле РКП) замыкает контакт реле 3РВ в цепи реле 4РП, подготавливая его к работе.
После окончания разгона двигателя и отключения пусковых емкостей ток в линии резко спадает, реле РКП отпускает свой якорь и включает реле 4РП, которое обесточивает катушку контактора КП и замыкает цепь катушки контактора KP после отключения контактора КП. Отводы трансформатора переключаются и на двигатель подается рабочее напряжение. При этом отключается реле 1РВ, и блокируется от включения реле 3РВ. Обесточивается также реле 3РП.
На этом пуск двигателя заканчивается.
Отключение двигателя и действие защиты аналогично таковому в существующей станции управления.
Электродвигатель может питаться напряжением повышенной частоты от преобразователя частоты. Последний включается вместо однофазного трансформатора с отпайками в электроприводе. В частном случае применения утроенной частоты в качестве преобразователя частоты используются три однофазных трансформатора, включенные по схеме утроения частоты: первичные обмотки соединены в звезду и включены на трехфазное напряжение (необходимая при этом третья фаза показана на схеме пунктиром), а вторичные обмотки соединены в разомкнутый треугольник. Эти же трансформаторы служат регулировочными и разделительными трансформаторами. В схеме предусмотрено подключение на выходе утроителя частоты на время пуска двигателя дополнительной емкости для повышения напряжения на двигателе при пуске.
Объединение двигателя с погружным насосом определяется условиями работы на скважине.
1. Электропривод с трехфазным асинхронным электродвигателем, питаемым по однофазному токоподводу по схеме последовательно-параллельного включения фаз, отличающийся тем, что, с целью использования его для откачки пластовой жидкости и упрощения системы токоснабжения, он снабжен пусковым трансформатором с отпайками, подключенными к обмотке двигателя при помощи нормально разомкнутых контактов пускателя, к цепи управления которого подсоединены трансформатор тока и реле для подачи при пуске двигателя повышенного напряжения.
2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, электродвигатель конструктивно объединен с погружным насосом.
