CC BY
16
УДК 621.31
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСХОДА РЫУРСА ИЗОЛЯЦИИ IIOI РУЖНЫХ ЭЛЬКМ'ОДОИ AI ЕЛЕЙ
ПРV РАЗНООБРАЗНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
И. С. Сухачев .ВВ. СЧтпков 1 Тм hЫ>.некий UHi)yrmjlUil.inHbi1l учпюцнпшпип, .-г. Тнншнл, Риггин "Нижневартовский государствен* мй университет, е. Нижневартовск Россия
Аннотация - Работа относится к области электротехннкн и внутрнскважинного оборудования, а именно к исследованию расхода ресурса изолянни погружных электродвигателей. входящих в состав установок электрических центробежных насосов, при воздействии атмосферных п внутренних перена-прпженпп. Цслыо является повышение отказоустойчивости электродвигателей по средствам идеитифи k^iiiiii мр£1сн:п1|1мжсн1и1 и ш1инк.11 искипчншп jier\pi;i iku.ihiiiiii i iiu\hiiiikh> nni.ikiii, дни kikmuxhiiiii принятия оправданных преду предительных мероприятии по снижению отрицательных последствий от иереы:шрнжеыи» (вн\ i реннил. и внешни:.), kujjjjhki ujjubkii срикик ирикелсяим мерииримиш ии i елмиче-скому обслуживанию п ремонту пли замене погружного электродвигателя. Приводится пример расчета остаточного ресурса погружного электродвигателя. Расчеты проводились в программном пакете Wolfram Mathematica.
Ключевые слова, погружной электродвигатель, моделирование, ресурс, изоляция, надежность.
1. ВВЕДЕНИЕ
Общеизвестно. что надежность любых сложных снсгем определяется надежностью наиболее слабого элемента. В случае установок лискфическою цсшробсжною насоса (УЭЦН). ио1ружлсмд1А в скво/шны и с ости-шнх из погружного электродвигателя (ПЭД). протектора, фильтра насоса, центробежного насоса, основного кабеля, соединительной муфты, кабеля удлинителя (комплектующего кабеля) и кабельного ввода, наиболее чувствительным элементом системы является ПЭД, d сих/ меньшее прочности нзолящш по сравнению с дру пош элементами с неге мы. Он не только подвержен гсрмобарнчсской. газовой н химической агрессин скво-жинной срелы. но и страдает при внутренних (коммутационных) н внешних (атмосферных) перенапряжениях в
и'ШЛМЦИИ ширужнош МИГИ'I-JKV4KMIН1ГЛМ ТТс VI KhIXO.'KIM Н< ГЦЮ» ИХПЛЯЦИИ ПЭД ГЧИ'гаггп'.и «№Kl]X)ll]KlTxikÎ Clf)Mlb-
ток электродвигателя, а также недопустимое снижение уровня изоляции обмоток.
П. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
R нигишщгг крг-мя kohijhlilb с'.огшмним ичолии.ии 111г171н11цг1х1 Клбглн и ПЭД (к'.у1ЦГС1Н11!<г11-}| и:-смг|тнигм с*г
сопротивления с помощью погружной телеметрии. Недостатком данного способа контроля является сложность регистрации кратности, повторяемости и формы кривой перенапряжений н невозможность оценить степень влияния отдельного вида перенапряжения па расход ресурса изоляции Также п работе [11 отмечается цешюсть определения вероятности появления опасных перенапряжений для оценки срока службы двигателя.
Решение поставленных задач можно достичь путем установки в скважину устройства регистрании и оценки шпиточнои) рггургл н:«ит1ни иофужных нпгщрплшиатглгй Рп ипр^чор г.<к-дингн г ПЭД например, при iiij-мошн муфты. при этом дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, где через встроенный алгоритм ндснтионцнрустся вид перенапряжения (внутреннее или внешнее) и оценивается остаточный ресурс изоляции погружного электродвигателя. Передача результатов измерении происходит через
II И*1 ИН II 11ИЙ КН|>ГЛК НИ < IHHIIHKI у||£МК11ГНИХ УЭТЩ чгргч МПДГМ [• уНК1.ИГ*И ШИрОКШШЛПГНОЙ 11Г]1ГЛ/1ЧИ данных
Ш ТЕОРИЯ
Предлагается следующий алгоритм опенки остаточного ресурса изоляции, который заключается в следую щем: регистрация напряжений по фазам превышение солсс 10% но^чогаальнзго напряжения L>J- идентификация вила перенапряжений, расчет и корректировка остаточного ресурса н формирование отчетной документации
ДЛИ 1Г1ИНН1ИХ 11]>ГУ1у|11*-ДК1ГЛКНЫЧ r.irjmi цчш I v й
Регистрация перенапряжения осуществляется с помощью устройства, которое состоит из датчиков, устанавливаемых на каждую фазу питающего каЬсля. которые регистрируют количество разрядов. продолжительность, амплитуду, дату и время возникновения перенапряжений.
Идгн 1и||икицин Iirjirhiii рчжгчий :<иклн1чипгя к сщгниг чаргипгриггик i :грсн*ирм*гьич kjhihih ih ihikkijim-емости и формы кривой импульса.
Для нестандартных асинхронных электродвигателей, к которым относятся ПЭД. допустимая кратность пе-репапряжешш определяется по формуле:
где UHOM ~ номинальное напряжение ПЭД: U~ максимальное рабочее напряжение сети, равное 1.2 • UH0M ■
Т.к. для ПЭД. в зависимости от глубины подвеса УЭЦН ТГмим =0.5: .... 3.0 kD. то допустимая кратность ле-реши .ряженки находшея в пределах AI^ = 2.8 4,6
Рж'.ХОД (нЫ]1*(м>1ИНН01 С") |1ГГ.у{Х'и ИЧОЛ>ции 1)1 , IIÎKJir К1»1(1])ОЙ ПЭД КК К<1.'|И к'Я m {жпшы ДНУ ргиоши или замеглл. определег: по выражешпо:
m -¿0», -100%, «-1
где mt ~ выработанный ПЭД ресурс нзоляцин при воздействии на него /-го вида перенапряжений.
Здесь ?Н равняется H воздействиям перенапряжений Принимается, что количество единиц ресурса электродвигателя. расходуемого при воздействии на него внелшего перенапряжения, в относительных единицах равно jt2, т.е. щ _ Для впутреепшх (коммутацноииых) перенапряжений — 1—, где 4. - весовой коэф онцнент. определяемый на основе статнстпческпх данных (Jr <1 ). для каждого типа погружного элсктродвнга-
Вероятность безотказной работы определяется на основе математической модели «схема гнбелн и размножения» . В этом случае процесс расхода ресурса связанный с перенапряжениями представлен как стационарный пупссоновскнй поток Ьсз последствия, состоящий нз композиции простсйщкх пуассоновскнх потокоз внешних (атмосферных) и внутренних (коммутационных) перенапряжений, воздействующих на изоляцию ПЭД. Тогда кг]х>хтнсх-гк Гк-:«п юиннй рГмим ПЭД ич-ча кыра)ктгки mi ¡кч yjx-и к vuiMPHiy кргмгьи / шцм'.нглнп-х по <}к>рму-
Р(Г)-ехр-^^Ч t t WY
с Г &
где ?л, параметры потока внутренних (коммутационных) и внедшнх (атмосферных) перенапряжений; R, Я - ослыс части расчетов по выражениям:
m-l-m2s т-1
Á —-; п —-.
WJ,
ОТ,
СП
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ На рис 1 прелстатглеит^ кривые вероятностей бечотгаячой работы для различных аиачекий т — {5,10,15,16.25}, которые должны быть получены на ссиове анализа статистических данных отказов ПЭД от устройства регистрации, идентификации и оценки остаточного ресурса. Расчеты проводились в программном пакете Wolfram Matbematica 10.2. При тъ=\, а для внутренних (коммутационных) перенапряжении
ш —0,5, ГО R = [8.18.28.30,48), S = [45.14.15.24]- Но формулам (I) У можег изменяться в интервалах (О...8,0...18,0...28,0...30,0...48} и 5 - {0___4,0.. 9,0...14,0...15,0...24}. При Л, =0,1. Я2=0.1 время t. К0171И НГ]К1М1Н(М1Ь im y uTinn* иекгаж днпхгнп чннчкним ^ = 0,1 пктгакмт 73. 139. 700, 1?. и 315 с.упж, гххп-ветственно, для каждого из пяти случаев.
— Р1 Р2 РЗ Р4 НЬ
4 СП
t, ьут
Рис. I. Кривые вероятное!«! безотказной работы ПЭД из за выработки его ресурса
v. Обсуждение результатов
И.« ]И'ЧПШ КИДК1 Ч-11ИМ К[!ГМИ / :4К(11ЛуИ1ИЦИИ ПЭД ГЛХ'ШКИЛ) (и>]К*Г ОДНОГО П1ДН Г КГ|Х>Х-|-Н1КГ11>К> сшуг-
сгвня отказов /> > 0.1, необходим контроль запаса прочности ресурса изоляции (т > 25).
Одпнм по оофекттшпых мероприятий по повышешпо запаса прочности может быть установка ограшгпггеля перенапряжений [2. 3]. когда последний имеет возможность присоединения к токовводу ПЭД (внутрнскважнк-ный вариант исполнения) [4].
VI. ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, предложен подход оценки остаточного ресурса изоляции ПЭД. основанный на представлении процесса расхода ресурса изоляции как марковского процесса с конечным числом состоянии. Оценка вероятности отказа ПЭД из за выработки ресурса позволит скорректировать сроки технических обслуживании и
ремонта УЭЦН. и минимизировать ущерб от аварийных остановок УЭЦН Для того, чтобы увеличить ресурс необходимо использовать защитную аппаратуру и определить ее месторасположение в схеме питания ПЭД
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
L. Phang W . Brogan P.. Lightbody G_, Yacaruini R., Scott F. Reduction of overvoltages oil ESP systems [electrical submersible pumps] ■'■IEEE 8th International Conference «Harmonics and Quality of Power Proceedings. 1998. Vol. 2. P. 970-975.
2. Liu X_. Cra X_, Qi L Calculation of Lightning-Induced Overvoltages oil Overhead Lilies Based oil DEPACT Macromodel Using Circuit Simulation Software U EEE Transactions oil Electromagnetic Compatibility. 2012. Vol. 54: no. 4. P. 837-849
3. Metwallv I A, Gastli A. Factors affecting transient overvoltages of electric submersible pumps U IEEE Potentials. 2006. Vol. 25=no. 5, 2006. P. 13-17.
4. Пат. 159922 Российская Федерация. Vnutriskvazliinnyy ogranichitel' perenapryazlieniy [Downhole surge suppressor] / Suslikov V. V.. Sukhachev I .S. 2016.
5. EN 50160 Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution networks. 2010
