CC BY
51
УДК 622.276.53.054.23:621.67-83 В.В. Сушков, V. V. Sushkov
ТА. С. Мартьянов, A.S. Martyanov, e-mail: [email protected] Нижневартовский государственный университет, г. Нижневартовск, Россия Nizhnevartovsk state university. Nizhnevartovsk, Russia
* Тюменский государственный нефтегазовый университет г. Тюмень. Россия Tyumen State Oil and Gas University Tyumen,. Russia
ОС ОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ С ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ПРИВОДОМ
SPECIFIC OF RIDE-THROUGH SOLUTION FOR ELECTRIC SUBMERSIBLE PUMP ЛЛТТН VARIABLE SPEED DRIVES
Приведены причины кратковременных нарушений электроснабжения, которые могут нарушить динамическую устойчивость установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) Предложены способы расширения грашщ динамической устойчивости с учетом особенностей асинхронного двигателя с частотна-регулируемым электроприводом.
There are considered the reasons of short-term violations of power supply, which can provide dynamic instability of electric submersible pump (ESP). Ride-through devices for asynchronous motor with variable speed drives are submitted
Ключевые слова: кратковременные нарушения эшктроснабжения, УЭЦН, динамическая устойчивость, накопители энергии, ДИБП, махоенк, ианисторы
Keywords: short-term violations of power supply, ESP, dynamic stability, energy storage systems, DRUPS, flywheel, supercapacitors
В настоящее время около 80% скважин оборудованы установками для механизированной добыли с электрическими центробежными насосами (УЭЦН). управление напором и подачей которых осуществляется с помощью частотно-регулируемого привода (ЧРП). УЭЦН представляет собой комплекс электротехнических средств, включающих в себя следующее
354
электрооборудование: станции управления с преобразователем частоты; трансформатора ТМПН: кабельной пинии (ЮТ): двигателя трехфазного жороткозамкнугого асинхронного по-rpymioi о серии ГТЭД (далее ПЭД); центробежного насоса (ЭЦН)
Нарушение работы УЭЦН может привести к значительному экономическому ущербу - упущенной прибыли [1]. ПЭД при провалах напряжения и прерываниях напряжения [2], далее кратковременных нарушениях электроснабжения (КНЭ), может перейти в неустойчивый режим работы [3], что вызовет эффект лавины напряжения и отключение ПЭД. При наличии КНЭ возникает проблема динамической устойчивости (ДУ).
Устойчивостъ сетей электроснабжения, в том числе и УЭЦН, рассматривалась, например, в работе [3]. Уровни допустимого динамического снижения напряжения могут находиться в пределах от 0,5 (малая загрузка и длина подвеса) до 0,9 (загрузка насоса около 1,0 и длина подвеса 1,4 — 1,6 км) от номинального напряжения [4]. Более того, в [3] установлено, что по критерию сохранения устойчивости нарушение питания даже на 0,15 с способно нарушить работу УЭЦН.
Достаточно узкие границы ДУ УЭЦН связаны как с конструктивными особенностями ПЭД, гак и с тяжелыми режимами его работы. Восстановление работы УЭЦН после остановки в результате КНЭ может занимать значительное время, так как требуется выезд ремонтной бригады (застоявшаяся жидкость в трубах может загустеть или замерзнуть, возможны отложения парафинов), поэтому актуальна задача расширения границ ДУ УЭЦН.
Согласно [L], 90-95 %КНЭ составляют нарушения, вызванные:
- грозовой активностью и характеризуемые относительно умеренной интенсивностью (остаточное напряжение при провалах - порядка 40%) и длительностью ОД 50 - 1,1 с, при этом они затрагивают оба ввода;
- аварийными режимами (короткими замыканиями - КЗ), внешних по отношению к объекту, при таких возмущениях возможны прерывания напряжения, длительностью до нескольких секунд, затрагивают они, как правило, лить один ввод.
Автоматический ввод резерва (АВР), применяемый повсеместно в комплектных трансформаторных подстанциях (Kill) б(10)/0,4 кВ на стороне 0,4 кВ, не обеспечивает достаточного быстродействия при прекращении питания одного из фидеров. Время срабатывания АВР составляет порядка 5-20 с, более того АВР работает только при симметричных провалах напряжения [5].
Снижение времени переключения на резервный ввод в случае КНЭ, за счет быстродействующего АВР (БАВР) [5]. может быть использовано для обеспечения устойчивой работы УЭЦН . Использование БАВР позволяет снизить время переключения до 27-34 мс [5]. Согласно [1] применение БАВР может сократить число аварийных остановок на 40-50%
КНЭ, вызванные грозовыми воздействиями, затрагивают оба ввода, что не позволяет считать БАВР эффективным средством борьбы с ними Кроме того, за время бестоковой (даже очень кратковременной) паузы, которая возникает в момент от начала КНЭ до переключения на резервный ввод, могут отключиться некоторые скважины (зависит от удаленности места повреждения, глубины и длительности КНЭ. высоты подвеса и загрузки ПЭД) [1,5].
Для исключения имеющихся недостатков БАВР. могут бьпъ использованы динамические компенсаторы напряжения (ДКИН, DVR) [1,6]: ДКИН определяет отсутствующую часть напряжения и компенсирует недостающую часть через вольтодобавочный трансформатор Источником энергии для ДКИН может служить как сеть (традиционный вариант), гак и любой накопил ель. например, маховик или блок ионисторов. Совместное использование
БАВР и ДКИН может покрыть 90-95 % всех КНЭ (конкретного предприятия нефтегазовой отрасли) [1].
Одной из задач расширения границ ДУ УЭЦН является определение достаточного времени поддержания бесперебойной работы УЭЦН, поскольку оно является крайне важным фактором при выборе конкретного способа обеспечения ДУ ПЭД при КНЭ. Например, согласно [1]. следует предусматривать резерв энергии на время срабатывания БАВР (бестоковая пауза).
Как правило, при определении границ устойчивой работы электродвигателей с ЧРП, а также способов их расширения, не учитываются некоторые особенности. ЧРП УЭЦН располагается в блоке станшш управления и состоит, как правило, из выпрямителя, звена постоянного тока н управляемого инвертора, конденсатор С предназначен для сглаживания выпрямленного напряжения (рис. 1).
g Н^
Выпрямитель Инвертор
Рнс. 1. Типовая схема ЧРП
В любом ЧРП установлена защита от снижения напряжения в звене постоянного тока, которая отключает инвертор, когда напряжение снижается, в общем случае, до 85% от номинального, что предохраняет электронные компоненты ЧРП от броска тока при восстановлении питания [8]. Именно указанный фактор может стать достаточным при расчете границ ДУ
Предлагаемые методы расширения границ ДУ УЭЦН можно разделить на следующие группы:
- модификация структурных элементов ЧРП: увеличение емкости конденсатора, использование ЧРП большей мощности (больше номинала электродвигателя), применение управляемого выпрямителя и др;
- применение дополнительных средств поддержания напряжения звена постоянного тока (см. рисунок 2);
- схемные решения: общая шина постоянного тока для группы электродвигателей [9]. питание кустов скважин по одной В Л с применением динамических источников бесперебойного питания (ДИБГТ). которые подробнее рассмотрены в [10].
Очевидно, что необходимо проводить технико-экономическую оценку (ТЭО) мероприятий по повышению надежности оборудования для выбора эффективного средства борьбы с КНЭ. ДКИН и ДИБП, кроме того, снижают уровень высших гармонических составляющих Более того, сложившаяся тенденция к снижению стоимости БАВР, маховиков и суперконденсаторов будет приводить и к повышению их технико-экономических показателей.
Llkha KTT1 OJ kB
постоянного токл ЧРИ В - выпрямитель. И - Инвертор. ЗУ - зарядное устройство.
УВ - устройство выдачи. А - накопитель энергии
Библиографической список
1. Егоров A B. Опыт повышения надежности электроснабжения высокотехнологичного производства / A.B. Егоров, И.А. Мелик-Шахназарова, A.B. Суржиков // Труды РТУ Нефти и газа имени И.М. Губкина. - 2012. - № 3 <268). - С. 130-140.
2 ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. -Введ. 2014-01-07. -М.: Изд-во стандартов, 2014.
3 Абрамович Б.Н. Динамическая устойчивость работы установок электропенгробеж-ных насосов /Б.Н. Абрамович. Д.А. Устинов. В.Е Поляков И Нефтяное хозяйство. — 2010. — №9.-С. 104-106.
4. СТП 57.00.047-81. Уровни допустимого динамического снижения питающего напряжения погружных центробежных электронасосов / Ю.Б. Новоселов, И.А. Ниссенбаум и др. . - Тюмень: Гипропоменнефтегаз. - 1980. - 10 с.
5 Ннкулов И., Жуков В., Пупин В. Комплекс БАВР. Быстродействие повышает надежность электроснабжения / И. Никулов. В. Жуков. В. Пупин Н Новости электротехники. -2012. - № 4 (76). — С. 4—б.
6 Fang Z., Shing CS Study on the dynamic voltage restorer use ш an isolated power supply system // Power Electronics and Motion Control Conference, 2004. IPEMC 2004. The 4th International. -2004. -№ 3. -C. 1207-1212.
7 Пул1ин B.M. Устройства защиты электрооборудования or провалов напряжения длительностью 10 миллисекунд Н Электрооборудование эксплуатация и ремонт. - 2013. -№ 10. - С. 23-34.
8. Siidri, А. ; Teixid, М. ; Galceran, S. ; Gonus. O. Adjustable Speed Drives and Power Quahty // Compatibility in Power Electronics. - 2005.
9 Теличко Л.Я., Энергетические системы влияние провалов напряжения в распределительных сетях промышленных предприятий на работу современных регулируемых электроприводов / Л.Я. Теличко. П.М. Басов // Электротехнические комплексы и системы управления. - 2009. - № 2. - С. 16-20.
10. Сушков В В . Мартьянов A.C. Бесперебойное электроснабжение УЭЦН Н Информационные ресурсы в образовании : материалы международной научно-практической конференции 17-19 апреля 2013 года. -. Нижневартовск: HB ГУ. - 2013 - С. 176-178.
