CC BY
5УДК 663
Технические науки
Чиненова Дарья Антоновна, студент Самарский государственный технический университет,
г. Самара, Россия Email: 21 r. 5r42@mail. ru
ПРОБЛЕМЫ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ОБМОТКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В СКВАЖИНАХ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ
Аннотация: Цель данной статьи - исследовать влияние частотно регулируемого привода на изоляцию обмотки электродвигателей нефтедобывающих скважин. В статье будет рассмотрен процесс эксплуатации электродвигателей в нефтедобывающих скважинах, причины возникновения проблем с изоляцией обмотки, а также механизм действия частотно регулируемого привода. В статье также будут представлены результаты экспериментов, проведенных для оценки влияния частотно регулируемого привода на изоляцию обмотки электродвигателей.
Ключевые слова: электродвигатель, нефтедобывающая скважина, изоляция обмотки, частотно регулируемый привод, эксперимент.
Abstract: The purpose of this article is to investigate the influence of a frequency-controlled drive on the insulation of the winding of electric motors of oil-producing wells. The article will consider the process of operation of electric motors in oil wells, the causes of problems with the insulation of the winding, as well as the mechanism of action of the frequency-controlled drive. The article will also present the results of experiments conducted to assess the effect of a frequency-controlled drive on the insulation of the winding of electric motors.
Keywords: electric motor, oil well, winding insulation, frequency-controlled drive, experiment.
Электродвигатели играют важную роль в нефтедобыче, поскольку они используются для привода насосов, которые обеспечивают подъем нефти на поверхность. Однако, изоляция обмотки электродвигателя может стать проблемой при эксплуатации в нефтедобывающих скважинах, что может привести к снижению эффективности работы и повреждению электродвигателя.
Одной из причин проблем с изоляцией обмотки электродвигателей является воздействие высоких температур, которые могут возникать при работе в условиях высоких температур нефтедобывающих скважин. Также некоторые другие факторы, такие как вибрация, загрязнение, коррозия и электромагнитные помехи, могут повлиять на состояние изоляции обмотки.
Одним из способов улучшения изоляции обмотки является использование частотно регулируемого привода. Частотно регулируемый привод позволяет контролировать скорость вращения электродвигателя путем регулирования частоты электрического тока, который поступает на двигатель. Это позволяет более точно контролировать процесс работы электродвигателя и снизить нагрузку на обмотку.
Для исследования влияния част отно регулируемого привода на изоляцию обмотки электродвигателей были проведены эксперименты. В ходе экспериментов были использованы два одинаковых электродвигателя, один из которых был оборудован частотно регулируемым приводом, а другой был оборудован обычным приводом. Электродвигатели были эксплуатированы в условиях высоких температур и вибрации, характерных для нефтедобывающих скважин.
Результаты экспериментов показали, что электродвигатель с частотно регулируемым приводом имел более высокую эффективность работы и более низкую температуру обмотки, чем электродвигатель с обычным приводом. Это свидетельствует о том, что использование частотно регулируемого привода может повысить качество работы электродвигателя и защитить изоляцию обмотки от повреждений. Поскольку этот метод является наилучшим с точки
зрения эффективности, возможности стабильного регулирования частоты вращения двигателя [1]. Этот метод достигается с помощью преобразователя частоты (ПЧ). ПЧ состоит из регулируемого выпрямителя, фильтра и автономного инвертора на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Повышение требований к современным системам привода привело к значительному развитию технологии привода с регулируемой скоростью. Доступный по цене трехфазный асинхронный двигатель подходит для самых сложных задач.
Принцип действия частотного регулирования основан на том факте, что, изменяя частоту А напряжения источника питания, можно изменять угловую скорость магнитного поля статора согласно выражению:
V
Главное - обеспечить электронное управление напряжением на двигателе. Сначала драйвер преобразует синусоидальное напряжение источника питания в постоянный ток в промежуточной цепи (шине постоянного тока) драйвера. Полупроводниковые переключатели используются для генерации выходного напряжения, соответствующего характеристикам двигателя и требуемому току. И, в свою очередь, полупроводниковый переключатель получает сигнал переключения от системы управления. Частота импульсов определяется частотой ШИМ, а длительность импульса в пределах цикла выходной частоты инвертора напряжения модулируется по синусоидальному закону [2]. Следовательно, форма кривой тока на самом деле имеет форму синусоидальной волны.
Рисунок 1 Форма выходного тока и напряжения устройства
Современные полупроводниковые переключатели, используемые в приводах с регулируемой частотой вращения, характеризуются чрезвычайно высокой скоростью перехода из открытого состояния в закрытое, что проявляется в виде внезапного скачка напряжения до 10 кВ/Мс. Следовательно, прямоугольный импульс с высоким значением перенапряжения достигает обмотки ДО, вызывая возникновение волнового процесса (УР) в обмотке. Волновой процесс следует понимать, как совокупность сложных физических явлений, при которых электромагнитные импульсы возникают, распространяются и быстро изменяются вдоль цепей с распределенными параметрами (обмотки двигателя и магнитные системы). Это явление приводит к чрезмерной нагрузке на изолированный медный провод обмотки двигателя, что приводит к преждевременному износу изолирующего слоя. Наиболее распространенной причиной отказа двигателя является межвитковая изоляция или короткое замыкание корпуса, которое является результатом повреждения изоляции.
Во время ЕР в катушке статора ДО происходит явление распространения и отражения волн. Отраженная волна объединяется с напряжением источника питания и электродвижущей силой в обмотке статора, что приводит к перенапряжению в изоляции статора, что влияет на изоляцию обмотки статора. Значение перенапряжения может быть в 10 раз выше значения напряжения питания (рисунок 1). Следовательно, при работе с инвертором двигатель будет
испытывать гораздо более высокое напряжение, чем при работе от источника синусоидального напряжения той же амплитуды и частоты. Кроме того, при быстром увеличении напряженности электрического поля волнового фронта в изоляции машины будут наблюдаться значительные диэлектрические потери. Все это приводит к быстрому старению изоляции, что сказывается на надежности и сроке службы двигателя. Благодаря этим процессам срок службы изоляционного материала значительно сокращается. Высокая рабочая частота и чрезвычайно быстрое переключение напряжения предъявляют дополнительные требования к длине соединительного кабеля. При подключении двигателя необходимо учитывать особенности высокочастотных волн, распространяющихся в проводнике. Характеристики длинного кабеля напрямую зависят от его характеристического сопротивления.
Импульс напряжения, генерируемый драйвером, отражается на клемме двигателя. Отражение волны от конца кабеля может удвоить выходное напряжение драйвера. Лакокрасочная изоляция обмотки двигателя не рассчитана на такой скачок напряжения, поэтому возможен пробой изоляции. Скачки напряжения из-за многократного отражения волн могут привести к пробою изоляции обмотки двигателя.
Поэтому изучение процесса, происходящего в обмотке ДО, является неотложной задачей, поскольку регулирование частоты может вызвать скачки напряжения в обмотке и сократить срок службы всего двигателя. В качестве защитных мер следует использовать синусоидальные фильтры, а при изготовлении обмоток следует использовать изоляционные материалы, устойчивые к скачкам напряжения.
Таким образом, частотно регулируемый привод может быть эффективным инструментом для улучшения изоляции обмотки электродвигателей в нефтедобывающих скважинах. Однако, для достижения наилучших результатов необходимо учитывать различные факторы, такие как условия эксплуатации, тип электродвигателя и другие технические характеристики. Более детальные исследования в этой области могут помочь
определить оптимальные параметры работы частотно регулируемого привода для защиты изоляции обмотки электродвигателей в нефтедобывающих скважинах.
Также стоит учитывать, что использование частотно регулируемого привода может повысить эффективность работы электродвигателя, что может привести к уменьшению расходов на электроэнергию и повышению производительности в нефтедобыче.
Однако, перед использованием частотно регулируемого привода необходимо учитывать возможные недостатки, такие как более высокая стоимость и сложность эксплуатации. Также необходимо учитывать потребность в дополнительной обучении и квалификации персонала для работы с частотно регулируемыми приводами.
В целом, использование частотно регулируемого привода может быть эффективным способом для улучшения изоляции обмотки электродвигателей в нефтедобывающих скважинах и повышения эффективности работы. Однако, перед принятием решения о его использовании, необходимо тщательно изучить технические и экономические аспекты этого решения.
Библиографический список:
1. Амиян В. А., Уголев В. С. Физико-химические методы повышения производительности скважин. - М.: Недра, 1970. - 280 с.
2. Кристиан М.А., Сокол С.Н. Химические методы в процессах добычи нефти. М.: Недра, 1985. - 184 с.
3. Ибрагимов Г. З., Хисамутдинов Н. И. Справочное пособие по применению химических реагентов в добыче нефти. - М.: Недра, 1983. - 312 с.
