Устройство регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей
DEVICE FOR REGISTRATION, IDENTIFICATION OF OVERLOADS AND ESTIMATION OF RESIDUAL RESOURCE OF INSULATION OF SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTORS

Изобретение относится к области электротехники и внутрискважинного оборудования, а именно может быть использовано для регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей (ПЭД) в составе установки электрического центробежного насоса (УЭЦН).
Общеизвестно, что надежность любых сложных систем определяется надежностью наиболее слабого элемента. В случае УЭЦН, погружаемых в скважины и состоящих из погружного электродвигателя, протектора, фильтра насоса, центробежного насоса, основного кабеля, соединительной муфты, кабеля-удлинителя (комплектующего кабеля) и кабельного ввода, наиболее чувствительным элементом системы является ПЭД в силу наименьшего уровня изоляции по сравнению с другими элементами системы. Он не только подвержен термобарической, газовой и химической агрессии скважинной среды, но и страдает при внутренних (коммутационных) и внешних (атмосферных) перенапряжениях в изоляции погружного электродвигателя. Под выходом из строя ресурса изоляции ПЭД считается электропробой обмоток электродвигателя, а также недопустимое снижение уровня изоляции обмоток.
Известен способ определения технического состояния электропогружных установок для добычи нефти [RU 2213270 С2, МПК F04D 13/10, F04D 15/00, опубл. 27.09.2003], способ определения технического состояния электропогружных установок для добычи нефти, в котором регистрируют и анализируют сигнал, порождаемый вибрацией элементов конструкции установки, отличающийся тем, что регистрируют сигнал от переменной составляющей суммы фазных токов питания путем установки датчика напряжения одновременно на три фазы питающего кабеля, анализируют форму и амплитуду полученного сигнала и, сравнивая со значениями предыдущих измерений, оценивают возможность ее дальнейшей эксплуатации.
Недостатком данного изобретения является невозможность регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружного электродвигателя в результате воздействия перенапряжений внутри скважины.
Известен способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока [RU 2532762 С1, МПК G01R 31/34, опубл. 10.11.2014], способ диагностики технического состояния силового электрооборудования, включающий запись зависимостей от времени напряжения и тока, потребляемых электродвигателем, выполняемую с помощью датчиков напряжения, обработку сигналов фильтром низких частот с последующей программной обработкой полученных сигналов для диагностики и оценки остаточного ресурса, отличающийся тем, что определяют расхождение амплитуд сигналов токов, напряжений и мощности каждой фазы, рассчитывают коэффициенты несимметрии тока, напряжений, мощности и коэффициенты гармонических колебаний, используя программный фильтр низких частот, отфильтровывают спектр исследуемых частот от общего сигнала, затем определяют уровень влияния качества питающего напряжения в части наличия несимметрии, импульсов перенапряжения и высших гармонических составляющих и при помощи программного обеспечения на основе получаемых данных с учетом текущего задания выходной координаты определяют техническое состояние электропривода и оценивают остаточный ресурс.
Недостатком данного изобретения является невозможность регистрации, идентификации перенапряжений в изоляции погружного электродвигателя внутри скважины.
Также, в настоящее время контроль состояния изоляции питающего кабеля и ПЭД осуществляется измерением ее сопротивления с помощью погружной телеметрии.
Недостатком данного способа контроля является сложность регистрации кратности, повторяемости и формы кривой перенапряжений и невозможность оценить степень влияния отдельного вида перенапряжения на расход ресурса изоляции.
Задачей изобретения является создание устройства регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей, при осуществлении которого достигается технический результат, заключающийся в возможности регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей УЭЦН, тем самым контролируя чрезмерное количество внешних (атмосферных) или внутренних (коммутационных) перенапряжений, оказываемых влияние на конкретный электродвигатель, для возможного принятия оправданных предупредительных мероприятий по ограничению количества определенных видов (внешних или внутренних) перенапряжений, а также оценивая ресурс изоляции ПЭД, принимать решение о продолжении использования в работе, проведении мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту для поддержания работоспособности или замене погружного электродвигателя.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей содержит герметичный корпус с расположенными в нем датчиками, устанавливаемыми на каждую фазу питающего кабеля, которые регистрируют количество разрядов, продолжительность, амплитуду, дату и время возникновения перенапряжений, отличающееся тем, что указанный корпус выполнен с возможностью соединения с погружным электродвигателем, при этом устройство регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, модем с функцией широкополосной передачи измерений через питающий кабель на станцию управления погружным электродвигателем для хранения и обработки данных.
На фиг. 1 схематично изображен блок системы регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей.
На фиг. 2 изображено устройство регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей, соединенное с погружным электродвигателем, разрез по А-А.
Устройство 1 регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей содержит герметичный цилиндрический корпус 2, выполненный из прочного материала, например сталь. Корпус 2 жестко присоединен к погружному электродвигателю 3 (фиг. 2), например, при помощи муфты. Регистрация количества разрядов, амплитуды, даты и время возникновения перенапряжений осуществляется датчиками 4, имеющими возможность соединения с каждой фазой 8 (А, В, С) питающего кабеля (фиг. 1). Сигнал, поступающий с датчиков 4, преобразуется аналого-цифровым преобразователем 5 и передается на микроконтроллер 6 для подсчета остаточного ресурса изоляции погружного электродвигателя, например, с помощью алгоритма, описанного в работах [1, 2]. Передача результатов измерений через питающий кабель на станцию управления погружным электродвигателем для хранения и обработки данных происходит через модем 7, установленный в герметичном цилиндрическом корпусе 2.
Устройство 1 регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей работает следующим образом.
Устройство 1 регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей соединяется с погружным электродвигателем 3, например, при помощи муфты. При погружении электродвигателя 3 в забой скважины и включении его в работу, при появлении опасного напряжения для его изоляции и изоляции фазных проводников 8 (А, В, С), датчики 4 тока и напряжения регистрируют количество разрядов, амплитуду, дату и время возникновения перенапряжений. Сигнал, поступающий с датчиков 4 тока и напряжения, преобразуется аналого-цифровым преобразователем 5 и передается на микроконтроллер 6, где через встроенный алгоритм, например, описанный в работах [1, 2], идентифицируется вид перенапряжения (внутреннее или внешнее), оказываемого влияние на изоляцию электродвигателя, и оценивается остаточный ресурса изоляции погружного электродвигателя. Идентификация перенапряжений заключается в оценке характеристик перенапряжения: кратность и формы кривой волны перенапряжения. Передача измерений через питающий кабель на станцию управления погружным электродвигателем для хранения и обработки данных происходит через модем 7.
Полученные значения позволяют оценивать состояние ресурса изоляции ПЭД, выявлять неисправности на ранней стадии возникновения, планировать рациональные сроки проведения ремонтов.
Список использованных источников
1. Сухачев И.С., Сушков В.В., Гладких Т.Д. Алгоритм оценки риска потерь в нефтедобыче при отказе погружного электродвигателя // Динамика систем, механизмов и машин. - 2016. - Т. 3, №1. С. 163-166.
2. Сухачев И.С., Сушков В.В. Моделирование расхода ресурса изоляции погружных электродвигателей при разнообразных воздействиях // Динамика систем, механизмов и машин. - 2016. - Т. 3, №1. С. 166-169.