УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПОТЕРИ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА БУРОВОЙ ЛЕБЕДКИ
POWER LOSS PROTECTION FOR DRAWWORK ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты.
Известна максимальная токовая защита распределительного устройства буровых установок КРНБ-6М /С.Г. Блантер, И.И. Суд «Электрооборудование для нефтяной промышленности», Изд. «Недра», 1973 г., стр.198-199, рис.6.2/., содержащая трансформаторы тока и реле максимального тока, установленные во вводной ячейке и в ячейках питания электродвигателей. Реле максимального тока настраиваются таким образом, чтобы при перегрузке двигателей отключался соответствующий контактор, а при коротких замыканиях - вводной выключатель.
Недостатками данного устройства являются:
во-первых, низкая надежность, выраженная в полном отключении буровой установки в случаях превышения максимального тока и отключении вводного выключателя. Это обусловлено тем, что на буровой установке суммарная номинальная мощность установленного оборудования почти в два раза превышает верхний предел теоретически возможных максимальных нагрузок, поэтому часть электроприемников буровой установки включается всегда разновременно. Например, невозможна совместная работа электроприводов буровых лебедки и ротора, всегда разновременно включаются электроприводы буровых насосов и буровой лебедки, в то же время могут одновременно работать электроприводы буровых насоса и ротора или системы верхнего привода и часть вспомогательного технологического оборудования и т.д. Поэтому в зависимости от конструкции скважины электрические нагрузки буровой установки имеют неравномерный характер, что приводит к ложному срабатыванию вводного выключателя;
во-вторых, низкая эффективность работы, обусловленная отключением вводного выключателя при коротком замыкании (КЗ) на шинах одного из электродвигателей, что приводит к полному останову процесса бурения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство защиты от потери питания (патент RU №2450404, МПК H02J 3/24, опубл. 10.05.2012 г., бюл. №13), включающее блок контроля направления мощности, входы которого подключены к току ввода секции шин распределительного устройства и напряжению секции шин распределительного устройства. К вышеуказанному напряжению подключены также входы двух блоков контроля минимального напряжения и пускового блока минимальной частоты, выходы блока контроля направления мощности и пускового блока минимальной частоты подключены к входам первого логического блока И, который выдает сигнал на первый таймер, выходы первого блока минимального напряжения и блока контроля направления мощности подключены к входам второго логического блока И, который выдает сигнал на второй таймер, причем логический элемент ИЛИ, подключенный к выходам первого и второго таймеров, подает сигнал на первый исполнительный блок, выход второго блока минимального напряжения подключен к входу третьего таймера, к выходу которого подключен второй исполнительный блок.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции устройства, обусловленная большим количеством узлов (блоки контроля минимального напряжения и пускового блока минимальной частоты, логический блок И, логический элемент ИЛИ);
- во-вторых, низкая надежность, выраженная в полном отключении буровой установки в случаях превышения максимального тока и отключении вводного выключателя. Это обусловлено тем, что на буровых установках суммарная номинальная мощность установленного оборудования почти в два раза превышает верхний предел теоретически возможных максимальных нагрузок, поэтому часть электроприемников буровой установки включается всегда разновременно. Например, невозможна совместная работа электропривода буровой лебедки и бурового ротора, всегда разновременно включаются электроприводы буровых насосов и буровой лебедки, в то же время могут одновременно работать электроприводы буровых насосов и ротора или системы верхнего привода и части вспомогательных механизмов буровой установки, и поэтому в зависимости от конструкции скважины электрические нагрузки буровой установки имеют неравномерный характер, что приводит к перебоям в работе и ложному срабатыванию вводного выключателя;
- в-третьих, низкая эффективность работы, обусловленная отключением вводного выключателя при коротком замыкании (КЗ) на шинах одного из электродвигателей, что приводит к полному останову процесса бурения, а также низкой степени защиты электропривода от потери питания.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции устройства, повышение надежности бесперебойной работы электропривода буровой лебедки за счет возможности аварийного подъема бурового инструмента в случае возникновения аварии в электроустановке с целью исключение прихватов бурового инструмента, а также повышение эффективности работы устройства за счет увеличения степени защиты от потери питания электропривода буровой лебедки.
Поставленная техническая задача решается устройством защиты от потери питания электропривода буровой лебедки, включающим блок контроля, вход которого подключен к току ввода секции шин распределительного устройства, первый, второй и третий таймеры с исполнительными блоками.
Новым является то, что выход блока контроля максимального тока соединен к первому, второму и третьему таймерам, при этом выход первого таймера подключен к первому, второму, третьему исполнительным блокам и блоку сигнализации, а выход второго таймера подключен к четвертому исполнительному блоку, а выход третьего таймера подключен к четвертому исполнительному блоку, причем первый, второй и третий исполнительные блоки являются выходами первой ступени защиты от потери питания и действуют на отключение электроприводов бурового ротора, бурового насоса и системы верхнего привода, а четвертый исполнительный блок является выходом второй ступени защиты и действует на отключение электропривода буровой лебедки, при этом пятый исполнительный блок является выходом третьей ступени защиты и действует на отключение вводного выключателя секции шин распределительного устройства.
На фигуре схематично изображено предлагаемое устройство.
В процессе бурения скважин осложнения, связанные с прихватами бурового инструмента, занимают большой процент времени в сравнении с другими авариями и требуют большого количества времени для их ликвидации. Одной из причин, приводящей к прихвату бурильных и обсадных колонн, является отключение электроэнергии.
Устройство защиты от потери питания электропривода буровой лебедки состоит из блока контроля максимального тока 1, вход которого подключен к току ввода секции шин распределительного устройства (на фигуре не показано).
Выход блока контроля максимального тока 1 соединен к первому 2, второму 3 и третьему 4 таймерам.
Выход первого таймера 2 подключен к первому 5, второму 6, третьему 7 исполнительным блокам и блоку сигнализации 8.
Исполнительные блоки: 5, 6 и 7 соответственно действуют на отключение электроприводов бурового ротора, бурового насоса и системы верхнего привода и являются первой ступенью защиты от потери питания электропривода буровой лебедки.
Выход второго таймера 3 подключен к четвертому исполнительному блоку 9 и является второй ступенью защиты от потери питания электропривода буровой лебедки.
Выход третьего таймера 4 подключен к четвертому исполнительному блоку 10 и является третьей ступенью защиты от потери питания электропривода буровой лебедки.
Устройство работает следующим образом.
1
При достижении уставки по току (I) срабатывает блок контроля максимального тока 1, который выдает сигнал на первый таймер 2, и начинается отсчет времени t.
1
По истечению времени t на первом таймере 2 срабатывают исполнительные блоки 5, 6 и 7, которые отключают соответствующие электроприводы бурового ротора, бурового насоса и системы верхнего привода. Электропривод буровой лебедки остается включенным.
Одновременно с этим блоком сигнализации 8 подается сигнал на пульт бурильщика «Аварийный подъем инструмента», сигнализирующий о необходимости подъема бурового инструмента (колонны бурильных или обсадных труб на фигуре не показаны) с целью избежания прихвата вследствие возникновения аварии в системе электроснабжения буровой установки, что позволяет либо полностью исключить прихват бурового инструмента, или минимизировать его последствия.
2
2
1
В случае дальнейшего роста тока (I) блок контроля максимального тока 1 выдает сигнал на второй таймер 3 и начинается отсчет времени t (t>t).
2
По истечению времени t на втором таймере 3 срабатывает исполнительный блок 9 (вторая ступени защиты от потери питания), который отключает электропривод буровой лебедки, при этом остаются в работе вспомогательные механизмы буровой установки, в числе которых аварийный электропривод буровой лебедки, позволяющий осуществить подъем бурового инструмента.
3
3
2
1
Если же рост тока (I) продолжается, блок контроля максимального тока 1 выдает сигнал на третий таймер 4 и начинается отсчет времени t (t>t>t).
3
При истечении времени t на третьем таймере 4 срабатывает исполнительный блок 10 третьей ступени защиты, отключающий вводной выключатель секции шин распределительного устройства.
Предлагаемое устройство в сравнении с прототипом имеет три ступени защиты от потери питания электропривода буровой лебедки:
- первая ступень (отключение электроприводов бурового ротора, бурового насоса и системы верхнего привода);
- вторая ступень (отключение электропривода буровой лебедки);
- третья ступень (отключение вводного выключателя секции шин распределительного устройства).
Это позволяет повысить эффективность работы технологических систем буровых установок за счет ускорения действия защиты, исключить ложные срабатывания и снизить время простоя технологических агрегатов (бурового насоса и ротора, системы верхнего привода, вспомогательных механизмов буровой установки).
Предлагаемое устройство защиты от потери питания электропривода буровой лебедки имеет простую конструкцию, высокую надежность бесперебойной работы электропривода буровой лебедки за счет возможности аварийного подъема бурового инструмента в случае возникновения аварии в электроустановке с целью исключения прихватов бурового инструмента, а также высокую эффективность в работе за счет увеличения степени защиты от потери питания электропривода буровой лебедки.