Исследование энергетических показателей станции управления установками электроцентробежных насосов

Кузнецов Е.М.; Аникин В.В.

УДК 621.313.321

Е.М. Кузнецов, *В.В. Аникин

Омский государственный технический университет, г. Омск * Академический институт прикладной энергетики, г. Нижневартовск

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКАМИ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Решение задачи оптимизации энергопотребления установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) с частотным регулированием [1] для добычи нефти из глубинных скважин приводит к необходимости разработки энергетической модели (рис. 1) преобразователя частоты (ПЧ). Модель такого рода, основана на методе эквивалентных источников и содержит идеальный выпрямитель ВП (неуправляемый, или управляемый); идеальный автономный ШИМ-инвертор АИН ; силовой С конденсатор большой емкости, создаю щий почти короткозамкнутый путь для реактивной составляющей выходного тока ПЧ; комплексы действующих значений основных гармоник линейных входных йх.1, 1вх.1, и выходных ивых.1,1вых.

напряжений и токов ПЧ; средневыпрямленное напряжение ивп на выходе ВП; комплекс действующего значения основной гармоники линейного выходного напряжения \Jau1 АИН; иё, Ы - постоянные напряжение иё и ток М на шине постоянного тока; сопротивления, моделирующие суммарные активные потери мощности в ВП Кв и АИН Ки , связанные с этими потерями соотношениями

3 1 • 1вых.1 2 • (Pus + Pusw + Psn + Pupr)

______Id 2 • (Pes + Pesw)

; Re = , (1)

где Pus - потери проводимости в АИН; Pusw - коммутационные потери в АИН; Psn - потери в снабберах АИН; Pupr - дополнительные потери на управление IGBT модулями; Pes - статические потери в ВП; Pesw - коммутационные потери в ВП.

lk 1 ВП РЛ М ИН Rü /бых. 1

Рис. 1. Энергетическая модель ПЧ

Методика определения параметров

Кв, Ки энергетической модели и энергетических

показателей УЭЦН [2] сводится к последовательному нахождению следующих характеристик: пикового значения выходного тока АИН

1вых 1.р ; потерь проводимости в АИН Pus;

коммутационных потерь в АИН Pusw;

потерь мощности в снабберах АИН Pusn; дополнительных потерь мощности на управление IGBT ключами АИН Pupr;

коэффициента по-

143

лезного действия инвертора (кпд) Т]И ; средневыпрямленного тока на шине постоянного тока ПЧ Id;

статических потерь мощности в ВП Pes;

коммутационных потерь мощности в ВП

Pesw; кпд ВП Т]В ; кпд ПЧ ЦПЧ.

Ниже представлены результаты применения разработанной методики для определения кпд (рис.3) АИН и ПЧ станции управления Электон-05 с выходным током 630 А [3]; относительных потерь мощности (рис.4) в АИН и ПЧ; параметров Ru 1 (рис.5) и

В

R -1 (рис.6) энергетической модели ПЧ, составляющих потерь в инверторе (рис.7) и выпрямителе (рис.8). Зависимости получены в функции от коэффициента загрузки 3 СУ по выходному току для разных значений CosÇ системы ТР - КЛ - ПЭД. Для определения фактических значений энергетических показателей СУ использовались данные (табл.1 и табл.2), полученные при эксплуатации СУ Электон-05-630 [4].

Таблица 1

Е ЭЛЕКТОН-UV. 11.05а : C:\Documen1s and Settings\evg\Pa6o4MÜ стол\От Моторина\К_210\10БВ_1.ELR 1-10

)айл Порт:Сот1 Настройки Уставки Язык Скрыть Справка

S!1 3 М Щ Ü; il ’ ■

39 [76026] 19.03.2011 10:50:10 Прямое 50,00 36,5 ли 38,1 ¡ЛИ 36,4 иш 2 261,2 НИ 543 КВ 317 ; 139,6 им 193,9 вв 0,71 53 404 407 402 9999 КБН 0 шк

41 [76028] 19.03.2011 13:33:04 Прямое 50,00 37,4 j 36,9 37,6 1 261,5 543 317 1 139,9 194,7 0,71 54 405 409 404 9999 0 0 0

42(76029] 19.03.2011 14:54:30 Прямое 50,00 35,7 38,6 37,9 7 261,6 543 317 139,9 196,5 0,70 51 405 409 403 9999 0

43(76030] 19.03.2011 16:15:57 Прямое 50,00 37,3 36,7 39,0 3 261,1 544 317 139,0 195,0 0,71 53 406 410 403 9999 0 0

44(76031] 19.03.2011 17:37:23 Прямое 50,00 36,0 37,5 39,1 5 261,5 544 317 139,1 195,5 0,71 52 405 409 403 9999 0 0

45(76032] 19.03.2011 18:59:50 Прямое 50.00 37,3 38,7 36.8 5 263,6 542 317 139.8 196,1 0,71 53 403 409 401 9999 0 0

46(76033] 19.03.2011 20:20:17 Прямое 50,00 36,9 37,0 38,1 3 263.4 542 317 139,6 195.7 0.71 54 403 407 401 9999 0 0

Таблица 2

С23 ▼ £ 210

А | В | С о АВ АС АР | АЕ АР АЄ АН АІ AJ АК А1_ АМ АЫ АО |

24.07.2011

№п/п Пр нчнна работы от ЧРП исходная ннформаї ТМПН Текущие па аме тры р аВ о ты

Куст № скб Ндин Нсп-Ндин С^жнд, лЗкут <2н, т/гут %,Вода Рпр по датчику Тпр Вибрация регистр- ра Р Іраб Ц

НаКСИМаПЬНО напряжение, В Фактическое напряжение, отпайка, В Расчетное напряжение, В м . 10 ’С ГОД Гц ™п

Г К Е Г Е Е Е г Г Е Е Е Е Г Г Е Е Г

10 (^н > 50 т/сут 205 508 2247 2247 1809 2308 417 83 63,7 9 50,0 21,2

11 її более 51 Гц 208 612 2050 1900 1886 2737 68 34 22,0 23 53,5 17,0

12 <3н > 50 т/сут 210 1068 3814 3814 2549 2453 191 446 338,8 10 57,0 55,0

13 <3н > 50 т/сут 210 1079 5500 2715 2100 2487 73 135 64,9 43 50,1 33,1

В табл.2 приведены параметры повышающего трансформатора типа ТМПН, по которым определяется выходной ток ПЧ. Измеренное значение входного тока Івх ПЧ составляет 209А. Используя эти данные и обозначая через иотп фактическое напряжение отпайки ТР, приведенное в табл. 2, определяем параметры энергетической модели и кпд ПЧ и сравниваем их значения с определенными путем имитационного моделирования. Выходной ток ПЧ

(Іа + ІЬ + Іс)иотп . , Ъ-ивых

1вых = і!-----------------= 445А

кпд

Ю

0,98

0,96

0,94

0,92

0,90

ъ

1 1[Г 1/7

/ / _ 2

ИН ПЧ \ *

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 12 Рис.З.Зависимость кпд ПЧ и ИН Злектон-05 ТЧ-ТТПТот козф фициента зогрузш

1- С051=0,9;2-Ш=0,8;3-Ш=0,7; 4-СозМ6:5-СозШ4

300

250

200

150

100

50

См /

/

/ /

/

0.2 0.4 06 0.8 1.0 12

Рис5'Зависимость параметра (1/Ри!энер-гетической модели ПЧ от коэффициента загрузки^

1- соз?=0,9;2-Соз/=0,8,3-Соз/=0,7, Ь-Со£М,6;5-СозиОА

3.0

2.5

2.0

1.5 Ю 0,5

4

3

г

!

поп --- КО! ч.поп 7.

0.2 ОЛ 0.6 0.8 1.0 12

Рис. 7, Зависимость потерь проводимости и коммутационных потерь инвертора ПЧ от коэффициента загрузки-

1- соз1=0,9,2-Ш=0,7,3-Ш=0,6, 4-Соз(=0,4

6,0

5.0

4.0

3.0

2.0 1,0

— ИН П1 и

Л ■

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

к

/ут ■I

/

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Рис. 4. Зависимость относительных потерь мощности в ПЧ и ИН от коэффициента загрузки-

/- созЫО, 9,2-СозЫ0,8,3-СозЫ0,7, 4-^=0,6,5-^=0,4

1/Ю.

56

40

32

24

16.

8

См / / ? ?

//

/ /У/

/ 4. 5

Ф.

0.2 04 0.6 0.8 1.0 12 Рис.б.Зависимость параметра (1/Рв)энер-гетическай модели ПЧ от коэффициента загрузки■

/- со5ЫО,9;2-СовМ.8;3-Со5/=0.7; 4-Ш=0.6:5-Ш=0.4

%

3.0

2.5

2.0

1.5 1Д 0,5

- ПС т. Р - 1 1 0М.П1 от.

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 12

Рис. 8. Зависимость потерь проводимости и коммутационных потерь выпрямителя ПЧ от коэффициента загрузки-

145

Коэффициент загрузки ПЧ по выходному току Кпд инвертора

Р =

1вых 1вых.ном

акт.Р

= 0, 7 0, 977

(3)

Лин = =

¡й ш

(4)

0,98.

Значение кпд ИН, полученное из зависимостей на рис.3, при

Совф = 0,7 составляет

Сопротивление, моделирующее потери мощности Ки в фазе инвертора

¡йий -акт.Р Л „ т 2

Ки = = 0, 005340м 3- ¡вых

(5)

Значение сопротивления потерь, найденное из зависимости на рис.5 при ставляет

0,00494 Ом.

Кпд выпрямителя

Р = 0, 7 со-

Лвп =

3- ¡й-ий

Г

3 - ¡вх - Созфш - (ивхАВ +ивхВС +ивхАС)

= 0,981

(6)

Сопротивление, моделирующее потери мощности Ки в фазе инвертора

0,33 - (ивхАВ+ивхВС+ивхАС) - ¡вх -_____________________________

¡й2

Г

Ъ-Созфш - ¡й - ий = 0,0460м

Значение сопротивления, найденное из зависимости на рис.6 составляет 0,0417 Ома. Кпд преобразователя частоты

Лпч =

______________ 3 - акт.Р

3 - ¡вх - Созфш - (ивхАВ +ивхВС +ивхАС)

= 0, 96

(7)

Кпд ПЧ, определенное из зависимостей на рис 3, составляет 0,962. Таким образом, полученное расхождение между расчетными и фактическими данными не более 12% можно считать удовлетворительным, подтверждающим адекватность разработанной энергетической схемы замещения ПЧ.

Библиографический список

1. Ковалев, А. Ю. Электротехнологические установки насосной эксплуатации скважин : монография / А. Ю. Ковалев, Ю. З. Ковалев, А. С. Солодянкин. - Нижневартовск : Изд-во НГГУ, 2010.

2. Кузнецов, Е. М. Системное моделирование станции управления в составе установок электроцентробежных насосов / Е. М. Кузнецов, С. Г. Старостин // Промышленная энергетика. - 2012. - № 1. - С. 12-15.

146

3. Станции управления Электон-05 ПЧ-ТТПТ-ХХ-380-50-1УХЛ1. Руководство по эксплуатации ЦТКД 065 РЭ. Версия 9.16 ЗАТО . -Радужный Владимирской области, 2007.

4. Журнал СУ Электон-05-630 УЭЦН скважины №1058-1 куста № К210 нефтепромыслов РН - Юганскнефтегазосомкинского месторождения.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Кузнецов Е. М., Аникин В. В.

Текст научной работы на тему «Исследование энергетических показателей станции управления установками электроцентробежных насосов»