СТАНЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫМ ПОГРУЖНЫМ НАСОСОМ

Полезная модель относится к электротехническому оборудованию, а именно, к станциям управления электроцентробежными погружными насосами с номинальными токами первичной силовой цепи 100, 120, 250, 320, 400, 630, 800, 1000 А, в которых применяются асинхронные трехфазные и вентильные двигатели, и может быть использована для управления и защиты погружных установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) по откачке пластовой жидкости из нефтяных скважин с двигателями серии ПЭД по ГОСТ 18058 или аналогичными номинальной мощностью от 50 до 500 кВт.
Известна станция управления, содержащая силовой отсек, отсек органов управления, отсек ввода силовых кабелей с размещенными в нем входными клеммами для подключения силового питания станции и клеммами для подключения первичной обмотки повышающего трансформатора, отсек для размещения дросселя, вентиляционный модуль, охладитель, а также навесную панель, обеспечивающую доступ к силовому отсеку с задней стороны шкафа, причем вентиляционный модуль расположен в отсеке для размещения дросселя с возможностью подачи воздуха через воздуховод, образованный навесной панелью и направляющими, закрепленными на задней стенке шкафа, на ребра охладителя, выполненного с возможностью крепления к задней стенке шкафа (см. патент RU 37577, Кл. Н02В 1/00, опубл. 27.04.2004). Недостатками известного устройства является относительно ограниченный набор реализуемых функциональных возможностей, недостаточно высокие эффективность работы и удобство обслуживания.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в расширении функциональности, эффективности и удобства работы станции. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что станция выполнена в виде цельнометаллического сварного корпуса двустороннего обслуживания, на крышке которого предусмотрены приспособления для строповки, включающая силовой отсек с отсеком управления и отсек подключений, закрывающиеся дверьми с замками, фиксаторами открытого положения, блокировкой работы станции и включением освещения при открытии дверей, в силовом отсеке расположены управляемые силовые модули, счетчик электрической энергии, модем для передачи информации на диспетчерский пульт, вводный автомат защиты сети, схема защиты от импульсных перенапряжений на входе, блоки телеметрии, секция для размещения выходного силового фильтра с вентиляторами охлаждения, а также отсек управления, включающий электронную систему управления и защиты, универсальный контроллер управления и органы управления и индикации, расположенные на передней двери станции, причем элементы, находящиеся под напряжением, защищены диэлектрическими прозрачными экранами, в отсеке подключений, выполненном в задней части станции, расположены вентиляторы обдува радиаторов охлаждения универсальных силовых блоков, панели с клеммами для подключения кабелей питающей сети и потребителей, а также панель, на которой расположены скобы, предназначенные для крепления подводящих кабелей.
Станция управления, отвечающая современным требованиям, должна обеспечивать следующие функции:
- включение и отключение электродвигателя;
- работу электродвигателя в режимах «Ручной» (без возможности автоматического повторного включения ПЭД после срабатывания защит), «Автоматический» с возможностью автоматического повторного включения ПЭД и «Автоматический» по задаваемой временной программе;
- торможение двигателя при наличии турбинного вращения с последующим запуском;
- режим оптимизации по току при достижении заданной частоты вращения двигателя;
- работу по задаваемой временной программе с отдельно программируемыми временами включенного и отключенного состояния ПЭД;
ручное управление частотой вращения двигателя от контроллера и дистанционное с диспетчерского пульта управления;
- автоматическое изменение выходной частоты по задаваемой временной программе;
- плавный разгон и торможение ПЭД с заданным темпом;
- реверсирование электродвигателя;
- работу электродвигателя в режиме ослабления поля при частоте вращения выше номинальной;
- автоматическое включение электродвигателя с регулируемой выдержкой времени при подаче напряжения питания;
автоматическое поддержание заданного значения технологического параметра (давления, тока);
- режимы пуска электродвигателя: с раскачкой, толчковый (могут быть использованы для расклинивания погружной установки), плавный с синхронизацией. Расклинивание происходит с обеспечением максимального момента двигателя на низкой частоте вращения;
- непрерывный контроль сопротивления изоляции системы «Кабель-ПЭД» с отключением ПЭД при его недопустимом снижении;
- возможность работы при сниженном сопротивлении изоляции системы «Кабель-ПЭД» с быстродействующим отключением при перегрузке;
измерение и отображение на встроенном жидкокристаллическом индикаторе текущих параметров ПЧ и погружной установки;
возможность дистанционного управления электродвигателем, контроля параметров, просмотра и изменения уставок защит через систему телеметрии по интерфейсу RS485;
- запись информации о причинах включений и отключений ПЭД, а также запись текущих параметров при работе во встроенную энергонезависимую память;
- регистрацию изменения уставок с отображением в журнале событий и фиксацией с указанием даты и времени изменения уставки;
наружную световую сигнализацию о состоянии установки (работа, ожидание, останов);
возможность управления электродвигателем от погружного устройства (датчика);
- возможность настройки на месте эксплуатации защит от перегрузки и недогрузки, от недопустимых значений напряжения сети и звена постоянного тока ПЧ, от дисбаланса токов, от длительной работы станции управления на низкой частоте, от перегрева охладителя силовых ключей, от работы за предельными значениями параметров телеметрических систем;
- возможность вывода информации об открытии дверей станции управления по системе телеметрии на диспетчерский пункт;
- измерение потребляемой электроэнергии;
непрерывный контроль наличия трех фаз напряжения электропитания, отключение или запрет включения ПЭД при отсутствии одной из фаз.
На реализацию указанных функций и направлена предлагаемая полезная модель.
На фиг.1 показана фотография станции управления, вид спереди;
на фиг.2 - то же, вид сзади;
на фиг.3 - фотография внутренней компоновки станции.
Конструктивно станция управления выполнена в цельнометаллическом сварном корпусе 1 двустороннего обслуживания, обеспечивающего степень защиты IP43 по ГОСТ 14254-96, расположенного на опорах 2, обеспечивающих устойчивое положение при установке на площадке и предотвращающие занос снегом дверей станции. В основании опор имеются отверстия для закрепления станции к основанию с помощью анкерных болтов 3.
На верхней крышке шкафа станции управления предусмотрены приспособления для строповки 4.
Станция имеет двухсекционное исполнение: силовой отсек 5 с отсеком управления 6 и отсек подключений 7. Оба отсека закрываются дверями 8, снабженными замками, которые открываются только специальными ключами для защиты от несанкционированного проникновения в отсеки станции, двери оборудованы фиксаторами открытого положения. В станции также установлена электрическая блокировка работы станции при открытии дверей.
В верхней части 9 силового отсека расположены управляемые силовые модули, электронная система управления и защиты, универсальный контроллер управления 10, счетчик электрической энергии, модем для передачи информации на диспетчерский пульт в формате GSM или GPRS, вводный автомат защиты электрооборудования станции соответствующего номинала, схема защиты от импульсных перенапряжений на входе. В отсеке также предусмотрено место 11 для установки блоков телеметрии различных производителей. Электронная система управления и защиты, универсальный контроллер управления а также органы управления и индикации расположены на передней двери станции. В силовом отсеке предусмотрено освещение, автоматически включающееся при открытии двери отсека. Элементы силовой части и системы управления, находящиеся под напряжением, защищены прозрачными экранами, предохраняющими от поражения электрическим током обслуживающий персонал и позволяющими визуально контролировать состояние оборудования без снятия напряжения.
Органы управления и индикации, а также панель управления универсальным контроллером расположены в отсеке управления, расположенном на передней двери, доступ к которому обеспечивается снаружи станции, без необходимости открытия передней двери станции. Отсек управления закрывается дверью, оборудованной смотровыми окошками, позволяющими контролировать работу станции без открытия двери отсека управления. В отсеке управления предусмотрено освещение отсека.
В нижней части силового отсека предусмотрена отдельная секция для размещения выходного силового фильтра 12. Секция для размещения выходного силового фильтра оборудованы вентиляторами охлаждения выходного фильтра.
Для подключения телеметрии предусмотрен отдельный отсек на боковой стенке СУ.
Вся задняя часть станции управления представляет собой отсек подключений внешних электрических соединений, который выполнен с учетом требований эргономики для обеспечения необходимых условий для удобного и безопасного выполнения работ эксплуатирующим персоналом. В верхней части отсека подключения расположены вентиляторы обдува радиаторов охлаждения универсального силового блока. Ниже, на высоте 150 см расположены панели с клеммами для подключения кабелей питающей сети и потребителей. В нижней части отсека расположена панель, на которой расположены скобы, предназначенные для крепления подводящих кабелей. Отсек подключения оборудован освещением, которое автоматически включается при открытии двери отсека.
Станция работает следующим образом.
Напряжение питания поступает через входной фильтр и устройство защиты от импульсных перенапряжений на управляемые силовые модули. Система управления производит постоянный контроль величины входного напряжения и режима работы управляемых силовых модулей, и блокирует работу станции при отклонении величины напряжения или параметров работы управляемых силовых модулей за допустимые пределы. С выхода управляемых силовых модулей напряжение поступает на выходной силовой фильтр 12. В фильтре происходит выделение выходного напряжения заданной частоты и подавление помеховой составляющей. С выхода фильтра напряжение подается к потребителям. Управление работой станции осуществляется с помощью:
- системы управления, состоящей из микроконтроллера (блок DCSB), платформы управления (блок НР-СВ) и блока согласования;
- универсального микроконтроллера УМКА;
- блоков драйверов управляемых силовых модулей, расположенных в универсальном силовом блоке.
Режимы и параметры работы станции задаются оператором на универсальном микроконтроллере УМКА. Система управления по программе, заданной оператором и, используя сигналы от датчиков на оборудовании, формирует алгоритм управления работой управляемых силовых модулей. Сигнал управления через блок согласования подается на блоки драйвера, которые и формируют сигналы управления силовыми модулями. Имеется также возможность управления работой станции по сигналам от систем телеметрии. Система управления также производит постоянное слежение за параметрами работы станции и корректирует работу станции при выходе контролируемых параметров за пределы допуска.
Станция управления обеспечивает следующие виды защит и блокировок:
- отключение ПЭД при отклонении напряжения электропитания сети, если это отклонение приводит к недопустимой перегрузке по току с возможностью АПВ после восстановления напряжения;
- отключение ПЭД при недогрузке (защита от срыва подачи);
- отключение ПЭД при перегрузке по программируемой ампер - секундной характеристике;
- отключение ПЭД по максимальной токовой защите (МТЗ);
- отключение ПЭД при недопустимом снижении сопротивления изоляции системы
«Кабель - ПЭД»;
- отключение ПЭД по недопустимо низкой выходной частоте ПЧ;
- отключение ПЭД при срабатывании защиты силовых ключей ПЧ;
- отключение ПЭД при перегреве охладителя силовых модулей;
- отключение ПЭД при превышении заданных значений параметров телеметрической системы;
- отключение ПЭД при недопустимом давлении в трубопроводе (по сигналам контактного манометра);
- отключение ПЭД при открытии двери силового отсека шкафа.
В предлагаемой станции использован оперативно перепрограммируемый контроллер управления с энергонезависимой памятью, с широкоформатным экраном, обеспечивающим графическое отображение параметров в режимах работы и программирования, что облегчает управление оборудованием и делает его интуитивно понятным. Контроллер станции позволяет отобразить на экране одновременно до 12 параметров из выбранной Пользователем группы, что облегчает контроль за работой оборудования. Обновление программного обеспечения и запись уставок в контроллер производится с USB-flash карты, что облегчает использование оборудования, при этом возможна запись уставок из контроллера на USB-flash карту, что ускоряет подготовку СУ к запуску в эксплуатацию. Смена программного обеспечения и замена контроллера может производиться без остановки оборудования, что предотвращает простои оборудования при модернизации или ремонте СУ. В предлагаемой станции реализована возможность считывания информации из архива контроллера через USB порт на накопитель информации по функциональности идентичный бытовой флеш-карте, что упрощает использование модели. В системе управления станцией используется помехозащищенная линия связи «универсальный контроллер-платформа управления» с использованием оптоволоконного кабеля, что полностью исключает влияние электрических помех на систему управления. На заявленной станции установлен встроенный выходной фильтр, что обеспечивает уменьшение как габаритных размеров (что особенно важно при использовании оборудования на площадках ограниченных размеров), так и количество необходимых электрических соединений. Применен отсек внешних подключений новой конструкции, что обеспечивает уменьшение как габаритных размеров, так и количество необходимых электрических соединений, что упрощает, ускоряет и делает более безопасными работы по подключению СУ. На станции используются универсальные зажимы под кабели, обеспечивающие возможность применения кабелей с различными видами жил, без применения дополнительных наконечников. Зажимы для крепления кабелей в нижней части задней стенки станции позволяют закрепить кабели для облегчения их дальнейшего подключения. На станции реализована защита входных электрических цепей от импульсных перенапряжений, что обеспечивает работоспособность станции в условиях нестабильных параметров питающей сети и защиту от воздействия грозовых разрядов. Кроме того, реализована возможность передачи сигнала на пульт диспетчера в формате GPRS или GSM, что позволяет использование модели без проводных линий связи, а также реализована возможность автоматизировано производить учет электроэнергии с передачей информации на диспетчерский пульт, что облегчает эксплуатацию оборудования.