Станция управления погружными электродвигателями

Полезная модель относится к области электротехнического оборудования и оборудования для добычи нефти, а именно к станциям управления, предназначенным для управления, зашиты и регулированием скорости вращения асинхронных электродвигателей погружных центробежных насосных агрегатов для добычи нефти. Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в обеспечении возможности увеличения номинального тока в силовой цепи и мощности подключаемого оборудования (погружного электродвигателя) за счет повышения эффективности использования возможностей элементной базы и обеспечения надежного и эффективного охлаждения тиристорных и транзисторных модулей при исключении возможности проникновения загрязняющих элементов из охлаждающей среды в силовой отсек станции, а также в упрощении монтажных, пусконаладочных, ремонтных работ и уменьшении времени, необходимого для проведения, за счет модульного принципа построения станции и обеспечения удобства монтажа (демонтажа) оборудования силового отсека. Станция управления погружными электродвигателями включает в себя силовой отсек, в котором размещены тиристорные модули регулируемого выпрямителя, объединенные в три группы, каждая из которых размещена на соответствующем радиаторе, и блоки преобразования напряжения, количество которых кратно трем. Каждый из блоков преобразования напряжения включает в себя транзисторные модули частотного преобразователя, конденсаторы и радиатор, на котором установлены транзисторные модули. Станция управления снабжена системой охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, которая включает в себя три вентилятора и отсек системы охлаждения для размещены оребренных частей радиаторов, внутренний объем которого изолирован от внутреннего объема силового отсека. Радиатор каждого блока преобразования напряжения расположен над радиатором одной из групп тиристорных модулей, а система охлаждения выполнена таким образом, чтобы обеспечить подачу воздуха вдоль ребер радиаторов.

Полезная модель относится к области электротехнического оборудования и оборудования для добычи нефти, а именно к станциям управления, предназначенным для управления, зашиты и регулированием скорости вращения асинхронных электродвигателей погружных центробежных насосных агрегатов для добычи нефти.

Известна станция управления погружными электродвигателями, описанная в патентах RU 25964 U1, 27.10.2002, RU 29411 U1, 10.05.2003 и RU 2239267 C2, 27.05.2004, включающая в себя отсек органов управления, отсек ввода-вывода силовых кабелей, силовой отсек, в котором размещены закрепленные на общем радиаторе тиристорные модули для преобразования силового напряжения питающей сети в постоянное регулируемое напряжение, транзисторные модули для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение с регулируемой частотой и соответствующие драйверы. В силовом отсеке размещены также конденсаторы для сглаживания напряжения на входе транзисторных модулей. Станция управления включает в себя отсек системы охлаждения, одну из стенок которого образует упомянутый радиатор, выполненный с оребрением со стороны, обращенный в отсек охлаждения, и отсек, в котором размещен трехфазный токоограничивающий

дроссель. На противоположной радиатору стенке отсека охлаждения закреплен отсек с вентилятором, размещенный таким образом, чтобы обеспечить подачу воздуха перпендикулярно поверхности радиатора.

Основными недостатками аналога являются, во-первых, неоптимальная схема размещения вентилятора с точки зрения эксплуатации станции в реальных условиях, так как поток от вентилятора подается на радиатор перпендикулярно его оребренной поверхности, соответственно частицы пыли, мошкара и другие находящиеся в воздухе частицы будут разбиваться о поверхность радиатора и скапливаться на ней в виде наслоений, обладающих низкой теплопроводностью, что может существенно ухудшить условия охлаждения элементов станции управления. Во-вторых, размещение всех тиристорных, транзисторных модулей и плат драйверов на едином несущем элементе не позволяет проводить частичной поблочной замены вышедших из строя узлов и, соответственно, не позволяет осуществлять ремонт станции управления при отсутствии высококвалифицированного персонала.

Наиболее близким аналогом полезной модели (прототипом) является станция управления погружными электродвигателями (см. патент RU 44768 U1, 27.03.2005), включающая в себя отсек органов управления, отсек ввода-вывода силовых кабелей и силовой отсек, в котором размещены два трехфазных токоограничивающих дросселя и два идентичных силовых модуля, содержащие съемное основание с радиатором, на котором закреплены тиристорные и транзисторные модули, а также конденсаторы, закрепленные непосредственно на основании. Силовые модули установлены вертикально

параллельно друг другу, при этом их радиаторы образуют часть боковой стенки центрального вертикального воздуховода системы охлаждения силовых модулей. Радиаторы выполнены с оребрением со стороны, обращенный в воздуховод. Станция управления содержит также вентиляторный отсек, расположенный в нижней части станции, в котором размещены два вентилятора системы охлаждения силовых модулей, предназначенные для подачи воздуха в упомянутый воздуховод.

В прототипе реализован модульный принцип построения станции управления, заключающийся в том, что она содержит два параллельно работающих идентичных силовых модуля, что позволяет увеличивать мощность подключаемого оборудования без повышения требований к элементной базе, при этом силовые модули полностью взаимозаменяемы и легко монтируются (демонтируются) что существенно повышает удобство сборки и ремонта таких станций. Однако, при необходимости оперативного ремонта станции управления необходимо полностью заменить весь силовой модуль, содержащий вышедший из строя элемент. Кроме того, полное дублирование узлов, предназначенных для преобразования напряжения, приводит к некоторому усложнению и повышению себестоимости станции управления.

Таким образом, задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в создании станции управления, предназначенной для управления, зашиты и регулирования скорости вращения погружных асинхронных электродвигателей повышенной мощности.

Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в обеспечении возможности увеличения номинального тока в силовой цепи и мощности подключаемого оборудования (погружного электродвигателя) за счет повышения эффективности использования возможностей элементной базы и обеспечения надежного и эффективного охлаждения тиристорных и транзисторных модулей при исключении возможности проникновения загрязняющих элементов из охлаждающей среды в силовой отсек станции, а также в упрощении монтажных, пусконаладочных, ремонтных работ и уменьшении времени, необходимого для проведения, за счет модульного принципа построения станции и обеспечения удобства монтажа (демонтажа) оборудования силового отсека.

Станция управления погружными электродвигателями включает в себя силовой отсек, в котором размещены установленные на радиаторе тиристорные модули для преобразования силового напряжения питающей сети в постоянное регулируемое напряжение, установленные на радиаторе транзисторные модули для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение с регулируемой частотой, а также конденсаторы для сглаживания напряжения на входе транзисторных модулей. Станция управления содержит также вентиляторы для подачи воздуха из окружающей среды к упомянутым радиаторам. При этом в отличии от прототипа тиристорные модули объединены в три группы, каждая из которых размещена на соответствующем радиаторе. Станция управления включает в себя блоки преобразования напряжения, количество которых кратно трем, при этом блоки преобразования

напряжения включены в силовую цепь станции таким образом, что обеспечивается их параллельная работа. Каждый из блоков преобразования напряжения включает в себя конденсаторы и транзисторные модули, а также радиатор, на котором установлены транзисторные модули. Станция управления снабжена системой охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, которая включает в себя, по меньшей мере, три вентилятора для подачи воздуха к упомянутым радиаторам и отсек системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, внутренний объем которого изолирован от внутреннего объема силового отсека. Радиаторы блоков преобразования напряжения и радиаторы групп тиристорных модулей, по меньшей мере частично, размещены в указанном отсеке, причем, по меньшей мере, часть поверхности каждого из радиаторов, расположенная в этом отсеке, выполнена с оребрением. Радиатор каждого блока преобразования напряжения расположен над радиатором одной из групп тиристорных модулей таким образом, что ребра радиатора блока преобразования напряжения, по меньшей мере, приближенно расположены на одной линии с ребрами радиатора группы тиристорных модулей, а система охлаждения тиристорных и транзисторных модулей выполнена таким образом, чтобы обеспечить подачу воздуха вдоль ребер радиаторов.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, станция управления включает в себя два трехфазных токоограничивающих дросселя, включенных в силовую цепь станции параллельно, и две секции регулируемого выпрямителя, каждая из которых включена последовательно с соответствующим

трехфазным дросселем, секции регулируемого выпрямителя состоят из тиристорных модулей, входящих в группы, размещенные на соседних радиаторах.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, станция управления включает в себя три идентичных блока преобразования напряжения, а система охлаждения тиристорных и транзисторных модулей содержит три вентилятора, каждый из которых предназначен для подачи воздуха вдоль ребер радиаторов блока преобразования напряжения и группы тиристорных модулей, расположенными друг над другом, при этом указанные радиаторы образуют соответствующие части общей стенки силового отсека и отсека системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей.

При этом, в частном случае реализации полезной модели, над радиаторами блока преобразования напряжения и группы тиристорных модулей, расположенными друг над другом, размещен кожух, закрывающий части радиаторов, размещенные в отсеке системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, с внешней и боковых сторон по отношению к направлению потока воздуха, при этом одна из открытых торцевых сторон кожуха расположена таким образом, чтобы обеспечить подачу воздуха от вентилятора системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей непосредственно в пространство между стенками кожуха.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, содержит вентиляторный отсек, в котором размещены вентиляторы системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, представляющие собой вентиляторы

центробежного типа, одна из стенок вентиляторного отсека является общей со стенкой отсека системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей и в ней выполнены каналы для прохода холодного воздуха от упомянутых вентиляторов.

При этом, в частном случае реализации полезной модели, вентиляторный отсек размещен в нижней части станции под силовым отсеком и отсеком системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, в противоположной радиаторам стенке отсека системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, выполнены закрытые сеткой окна для выброса нагретого воздуха, при этом в отсеке системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей установлено средство для направления потока нагретого воздуха, прошедшего через радиаторы, в направлении упомянутых окон.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, в нижней части противоположной радиаторам стенке отсека системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей выполнена щель для выброса пыли, осадков, мошкары и других элементов, попадающих в отсек с потоком воздуха от вентиляторов и/или через окна для выброса нагретого воздуха.

При этом, в частном случае реализации полезной модели, с внутренней стороны стенки закреплен открытый сверху кожух, верхняя часть которого расположена выше радиаторов блоков преобразования напряжения, а дно кожуха выполнено со скосом в сторону щели, причем щель расположена между боковыми стенками кожуха в непосредственной близости от нижней

части дна кожуха, угол скоса которого относительно плоскости стенки отсека составляет не более 45°.

При этом, в частном случае реализации полезной модели, угол скоса дна кожуха находится в пределах от 25° до 35°.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, отсек системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей снабжен дверью, размеры которой обеспечивают возможность прохода через нее, по меньшей мере, одного блока преобразования напряжения в сборе и/или одной группы тиристорных модулей, закрепленной на радиаторе.

При этом, в частном случае реализации полезной модели, дверь отсека системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей образует противоположную радиаторам стенку отсека.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, трехфазные токоограничивающие дроссели размещены в вентиляторном отсеке.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, блок преобразования напряжения содержит узел частотного преобразователя, включающий в себя транзисторные модули и радиатор, на котором установлены транзисторные модули.

При этом, в частном случае реализации полезной модели, узел частотного преобразователя включает в себя датчик температуры транзисторных модулей, обеспечивающий возможность вырабатывания команды на включение вентиляторов системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей при подъеме температуры выше первый заданной величины, команды на выключение

вентиляторов системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей при последующем снижении температуры транзисторных модулей ниже второй заданной величины, а также команды на аварийное отключение станции управления если температура транзисторных модулей выше третьей заданной величины.

При этом, в частном случае реализации полезной модели, первая заданная величина температуры составляет +60°С, вторая заданная величина температуры составляет +40°С, третья заданная величина температуры составляет +115°С.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, узел частотного преобразователя включает в себя датчик выходного тока.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, узел частотного преобразователя включает в себя драйвер управления транзисторными модулями.

При этом, в частном случае реализации полезной модели, блок преобразования напряжения содержит узел емкостного накопителя, включающий в себя конденсаторы блока преобразования напряжения.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, в силовом отсеке установлены вентиляторы осевого типа, предназначенные для вентиляции внутреннего объема силового отсека станции управления.

При этом, в частном случае реализации полезной модели, в силовом отсеке установлены датчик температуры полупроводникового типа, предназначенный для измерения отрицательного диапазона температур и обеспечивающий

возможность вырабатывания команды на включение вентиляторов, предназначенных для вентиляции внутреннего объема силового отсека, при подъеме температуры в силовом отсеке выше четвертой заданной величины, сигнала на выключение вентиляторов при последующем снижении температуры ниже пятой заданной величины и сигнала запрета на включение станции управления если температура в силовом отсеке ниже шестой заданной величины.

При этом, в частном случае реализации полезной модели, четвертая заданная величина температуры составляет -10°С, пятая заданная величина температуры составляет -15°С, шестая заданная величина температуры составляет -35°С.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, в силовом отсеке установлены электронагревательные элементы для обогрева транзисторных модулей и внутреннего объема станции управления.

При этом, в частном случае реализации полезной модели, в силовом отсеке установлены второй датчик температуры биметаллического типа, предназначенный для включения электронагревательных элементов при снижении температуры в силовом отсеке ниже седьмой заданной величины и выключения электронагревательных элементов при последующем подъеме температуры в силовом отсеке выше восьмой заданной величины.

При этом, в частном случае реализации полезной модели, седьмая заданная величина температуры составляет +5°С, восьмая заданная величина температуры составляет +10°С.

Конструктивное отделение выпрямителя от частотного преобразователя (инвертора) обеспечивает реализацию модульного принципа построения станции. Это позволяет проводить оперативный ремонт станции управления путем поблочной замены вышедших из строя узлов при отсутствии высококвалифицированного персонала, а также существенно упрощает сборку узлов силовой части станции и их монтаж в шкафе станции.

Наличие нескольких взаимозаменяемых блоков преобразования напряжения, включающих в себя узел частотного преобразователя с транзисторными IGBT-модулями (IGBT - Integrated Gate Bipolar Transistor), соответствующими драйверами и датчиками, и узел емкостного накопителя, также направлено на реализацию упомянутого выше модульного принципа. Кроме того, описанная компоновка инвертора позволяет использовать универсальные узлы частотного преобразователя, обладающие хорошими техническими характеристиками при относительно невысокой себестоимости, в частности модули типа SkiiP (SEMIKRON Integrated Intelligent Power), производимые компанией SEMIKRON Inc.

Количество блоков преобразования напряжения кратное трем позволяет получать на каждом из трех блоков (трех групп блоков, если из число не равно трем) переменный ток, соответствующий одной из фаз выходного тока станции, что можно считать оптимальной компоновкой для инвертора, построенного по модульному принципу.

Разделение тиристорных модулей выпрямителя на три группы, размещенные на отдельных радиаторах, позволяет создать единую систему охлаждения

тиристорных и транзисторных модулей. При этом наличие отдельного вентилятора для охлаждения каждого блока преобразования напряжения (группы блоков если из число не равно трем) и соответствующей группы тиристорных модулей с обеспечением обдува вдоль ребер радиаторов позволяет добиться высокой эффективности и надежности системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей.

Размещение радиаторов в специальном отсеке, изолированном от силового отсека, позволяет исключить риск загрязнения элементов силового отсека посторонними элементами, засасываемыми в систему охлаждения тиристорных и транзисторных модулей из окружающей среды.

Возможность осуществления полезной модели, охарактеризованной приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается примером реализации станции управления погружными электродвигателями, выполненной в соответствии с настоящей полезной моделью, сопровождаемое графическими материалами, на которых изображено следующее:

На Фиг.1 - вид спереди станции управления с закрытыми дверями силового отсека и отсека органов управления.

На Фиг.2 - вид сбоку станции управления.

На Фиг.3 - вид сзади станции управления с закрытыми дверями отсека ввода - вывода кабелей и отсека системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей.

На Фиг.4 - силовой отсек станции управления (дверь отсека не показана).

На Фиг.5 - разрез А-А по Фиг.4 (двери отсеков не показаны)

На Фиг.6 - отсек органов управления (дверь отсека не показана).

На Фиг.7 - отсек ввода - вывода кабелей (дверь отсека не показана)

На Фиг.8 - принципиальная электрическая схема станции управления.

Станция предназначена для управления, защиты и регулирования частоты вращения погружных электродвигателей (ПЭД) мощностью до 160 кВт, представляющих собой трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором и предназначенных для привода погружных электронасосов для добычи нефти.

Станция предназначена для работы на открытом воздухе при температуре окружающей среды от минус 60 до плюс 50°С (степень защиты станции от воздействия окружающей среды IP43 по ГОСТ 14254-80).

Электропитание станции осуществляется от трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В и частотой 50 Гц.

Номинальный ток силовой цепи не более 630 А, полная выходная мощность 400 кВА.

Станция обеспечивает эффективное значение выходного трехфазного переменного тока с регулированием частоты в диапазоне от 3 до 75 Гц. Питание электродвигателя насосной установки осуществляется через силовой повышающий трансформатор типа ТМПН (Трансформатор Масляный трехфазный для питания Погружных Насосов), входящий в состав штатного наземного оборудования скважины.

Станция обеспечивает включение и отключение электродвигателя либо в «ручном» режиме непосредственно оператором, либо в «автоматическом»

режиме по программе. При этом станция обеспечивает защиту оборудования скважины при перегрузках и недогрузках по току, при повышенном и пониженном напряжении силового питания, при дисбалансе по напряжению и току, при пониженном сопротивлении изоляции, при перегреве обмоток электродвигателя, при повышенной вибрации насосной установки и др.

Кроме функций управления и защиты, станция, благодаря частотному преобразователю, осуществляет следующие функции: управление частотой вращения электродвигателя (ручное или дистанционное с диспетчерского пульта управления), плавный разгон и торможение двигателя; плавный пуск при обратном вращении путем перехвата частоты вращения, с последующим остановом и разгоном до заданной частоты; возможность оптимизации режима работы скважины по сигналам погружной телеметрии, или без нее по специальной программе; автоматическое удаление газовых пробок в насосной установке; вывод на заданную частоту по программе и др.

Силовая часть станции выполнена по схеме двухступенчатого преобразователя трехфазного переменного тока в трехфазный ток с регулируемыми частотой и напряжением.

Станция построена по модульному принципу и содержит две параллельно включенных секции выпрямителя, что позволяет повышать ток в силовой цепи станции и мощность подключаемого оборудования без существенно повышения требований к характеристикам тиристорных модулей выпрямителя и, соответственно, его стоимости.

Напряжение на вход каждой секции подается через отдельный трехфазный

дроссель. Элементы схемы частотного преобразователя объединены в три отдельных блока преобразования напряжения, состоящие из узла частотного преобразователя и узла емкостного накопителя, при этом использованы универсальные узлы частотного преобразователя типа SKiiP, производимые компанией SEMIKRON Inc.

Станция выполнена в металлическом шкафу 1 двухстороннего обслуживания.

Среднюю часть шкафа 1 занимает силовой отсек 2, в котором размещены основные узлы, предназначенные для преобразования напряжения, платы с элементами управления, датчики и т.д. Передняя дверь 3, открывающая доступ в силовой отсек, имеет электрическую блокировку, отключающую питание погружного двигателя при ее открывании.

С задней стороны шкафа в его верхней части расположен отсек 4 ввода-вывода силовых кабелей с отдельной дверью 5, размещенный под общей крышей 6 с силовым отсеком. В отсеке 4 размещены входные 7 и выходные 8 клеммы для подключения силового питания станции и первичной обмотки повышающего трансформатора, соответственно. Также в отсеке расположена клемма 9 для подключения нулевого провода повышающего трансформатора, что необходимо для измерения сопротивления изоляции силовой цепи:

вторичная обмотка ТМПН - погружной кабель - электродвигатель. Элементы, которые могут находиться под напряжением, закрыты предохранительными экранами 10 с предупреждающими знаками. Отсек снабжен резиновыми уплотнительными губками, которые закреплены на двери и задней стенке отсека.

При закрывании двери губки обжимают кабели, чем обеспечивают герметизацию отсека.

С задней стороны шкафа расположен отсек 11 системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, внутренний объем которого изолирован от внутреннего объема силового отсека. Доступ в отсек 11 обеспечивает задняя дверь 12, установленная на двух петлях, однако задняя дверь может быть выполнена и в виде навесной панели. Размеры двери обеспечивают возможности монтажа (демонтажа) оборудования силового отсека с задней стороны станции, что повышает удобство сборки и ремонта станции. Дверь 12 фиксируется в закрытом положении двумя поворотными замками. На внешней стороне задней двери установлен блок зажимов 13 для фиксации силовых кабелей, подходящих к станции.

В нижней части станции под силовым отсеком и отсеком системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей находится вентиляторный отсек 14, в котором размещены вентиляторы 15 системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, а также два трехфазных токоограничивающих дросселя 16. Одна из стенок вентиляторного отсека является общей со стенкой отсека 11 и в ней выполнены каналы (прорези) для прохода холодного воздуха от вентиляторов (на чертежах не показаны).

На передней двери 3 расположена коробка отсека управления 16, закрываемая отдельной дверью 17. В отсеке управления размещены органы индикации 18 режимов работы ПЭД («СТОП», «ОЖИДАНИЕ», «РАБОТА»), 4-х строчный жидкокристаллический дисплей 19, на который выводятся сообщения

о режимах работы станции, причинах ее отключения и состоянии оборудования скважины, кнопки 20 для управления программным обеспечением контроллера, розетка «220 В» 21, выключатели 22, переключатель режимов работы 23 и кнопка «ПУСК» 24. В двери отсека управления выполнены закрытые прозрачным стеклом отверстия 25 для наблюдения органов индикации без открывания двери.

Двери 3, 5 и 12 закрываются на специальные замки и имеют герметичные уплотнения, а также ограничители, фиксирующие их в открытом положении.

В силовом отсеке 2 размещены следующие узлы и элементы (см. Фиг.4).

В правом верхнем углу силового отсека станции установлены автоматический выключатель 26, предназначенный для оперативных переключений и защиты силовой цепи от токов короткого замыкания. Рычаг 27 автоматического выключателя выходит через соответствующее отверстие 28 двери 3 в отсек управления 16. Кроме того, станция оборудована независимым разъединителем, который обеспечивает размыкание силовой цепи по команде с контроллера при превышении входным линейным напряжением питающей сети допустимой величины. Рядом с автоматическим выключателем размещен автомат выключения питания собственных нужд станции 29.

Также в правом верхнем углу силового отсека размещены два трансформатора тока 30 (см. Фиг.7), включенные в цепь двух фаз питающего напряжения после автоматического выключателя 26 и предназначенные для преобразования входного тока и потенциального разделения силовых цепей от

цепей управления, при этом на выводах вторичных обмоток трансформаторов установлены нагрузочные резисторы, с которых снимаются сигналы, пропорциональные входному току станции.

Вдоль правой стенки силового отсека проведены плоские шины 31, соединяющие автоматический выключатель 26 с двумя параллельно включенными силовыми дросселями 16а и 16b установленными на дне вентиляторного отсека и предназначенными для ограничения зарядного тока конденсаторов инвертора и защиты силовой сети от высших гармоник преобразователя.

Каждый из дросселей 16а и 16b соединен тремя плоскими шинами 32 с соответствующей секцией 33а и 33b регулируемого выпрямителя, предназначенного для преобразования силового напряжения питающей сети в постоянное регулируемое напряжение. Каждая секция 33а и 33b состоит из трех тиристорных модулей 42. Тиристорные модули объединены в три группы по два тиристорных модуля в группе, при этом каждая группа тиристорных модулей размещена на отдельном радиаторе 71, что позволяет создать единую систему охлаждения тиристорных и транзисторных модулей. Таким образом в каждую секцию выпрямителя 33а и 33b входят два тиристорных модуля из крайних групп и по одному модулю из средней группы тиристорных модулей.

Радиаторы тиристорных модулей закреплены на стойках рамы станции управления, а на внешней поверхности тиристорных модулей закреплены платы драйверов 34а и 34b тиристорных модулей, обеспечивающие фазовое

управление соответствующими секциями выпрямителя.

Непосредственно над секциями выпрямителя на стойках 35 закреплены три идентичных блока преобразования напряжения 36, которые включены в силовую цепь станции таким образом, что обеспечивается их параллельная работа. Каждый блок преобразования напряжения состоит из узла частотного преобразователя 37, закрепленного на стойках 35 рамы, и узла емкостного накопителя 38, закрепленного непосредственно на узле частотного преобразователя. Это позволяет собирать или ремонтировать блоки 36 вне станции и при необходимости заменять блок преобразования напряжения целиком.

Узел емкостного накопителя 38 предназначен для сглаживания напряжения на входе транзисторных модулей соответствующего узла частотного преобразователя и включает в себя шесть конденсаторов 39 которые закреплены в два ряда параллельно друг другу между кронштейном 40 для крепления узла емкостного накопителя с одной стороны и двумя пластинчатыми шинами 41 с другой стороны. Для получения запаса по напряжению, конденсаторы включены параллельно последовательно.

Узел частотного преобразователя 37 предназначен для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение с регулируемой частотой. Таким образом на каждом из трех узлов 37 формируется переменный ток с регулируемой частотой, соответствующий одной из фаз выходного тока станции. В конструкции станции использованы универсальные узлы частотного преобразователя типа SKiiP, производимые компанией SEMIKRON Inc. (в частности SKiiP 1813GB123-3DL). Каждый узел 37 включает в себя три транзисторных

IGВТ-модуля 43, установленных на оребренном алюминиевом радиаторе 44, датчик температуры транзисторных модулей, датчик выходного тока, предназначенные для формирования сигнала, соответствующего фазному току на выходе станции (на первичной обмотке ТМПН), который пропорционален току на обмотках погружного электродвигателя, а также драйвер управления транзисторными модулями, который формирует двухполярные импульсы для управления цепями затворов IGВТ-модулей. На радиаторе 44 рядом с IGBT-модулями крепиться кронштейн 40 и средства для закрепления блока 36 на стойках рамы силового отсека, представляющие собой ушки (на чертежах не показаны), установленные на радиаторе таким образом, что обеспечивается возможность монтажа блоков 36 на стойках 35 с задней стороны станции через отсек 11.

Пластинчатые шины 41 (плюсовая и минусовая) разделены слоем изолятора и соединены с положительными и отрицательными выводами секций выпрямителя с помощью двух комплектов плоских шин 45а и 45b. На обращенной к узлу частотного преобразователя стороне каждой пластинчатой шины 41 выполнены по три вывода 46 для соединения, с положительными и отрицательными входами IGВТ-модулей. Выходы IGВТ-модулей каждого блока 36 объединены общей шиной 47, при этом шины 47 всех трех блоков 36 через соответствующие отверстия в задней стенке силового отсека (на чертеже не показаны) выведены к выходными клеммами 8 отсека ввода-вывода силовых кабелей.

Таким образом силовая цепь станции (см. Фиг.8) состоит из узла ввода 7

трехфазного напряжения питающей сети, вводного автоматического выключателя 26, трансформаторов тока 30, комплекта шин 31, трехфазных дросселей 16а и 16b, комплектов шин 32, секций 33а и 33b регулируемого выпрямителя, комплектов шин 45а и 45b, трех узлов емкостных накопителей 38, трех узлов преобразования напряжения 37, трех шин 47 и узла вывода 8 выходного трехфазного напряжения.

В процессе работы станции силовое напряжение питающей сети, отфильтрованное трехфазными токоограничивающими дросселями 16а и 16b, преобразуют в постоянное регулируемое напряжение с помощью двухсекционного регулируемого выпрямителя 33а, 33b. Ток на выходе выпрямителя сглаживают с помощью фильтра, состоящего из конденсаторов 39 узлов емкостных накопителей 38. Постоянное напряжение на выходе узлов 38 преобразуют в трехфазное переменное напряжение с регулируемой частотой с помощью трех параллельно работающих узлов частотного преобразователя 36 и подают через узел вывода выходного трехфазного напряжения на первичную обмотку ТМПН, а затем через погружной кабель на обмотки электродвигателя.

В центре верхней части силового отсека расположена плата высоковольтных делителей канала измерения сопротивления изоляции 48, предназначенная для формирования сигнала, пропорционального сопротивлению изоляции цепи: вторичная обмотка ТМПН - погружной кабель - электродвигатель. Высоковольтные цепи платы закрыты изоляционной крышкой.

На левой внутренней стенке силового отсека установлен блок выключателей

49, состоящий из твердотельного реле включения независимого разъединителя, реле включения вентиляторов системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей и реле включения вентиляторов, предназначенных для вентиляции силового отсека станции управления. Под блоком 49 на левой стенке отсека 2 размещены:

- плата стабилизатора 50, обеспечивающая формирование напряжения питания собственных нужд станции (5 В);

- плата сопряжения и коммутации 51, предназначенная для распределения сигналов управления драйверами транзисторных IGBT-модулей и для сопряжения интерфейсов узлов частотного преобразователя типа SKiiP и контроллера управления драйверами транзисторных и тиристорных модулей;

- плата блока грозозащиты 52;

- контроллер 53 управления драйверами транзисторных и тиристорных модулей.

Указанные выше узлы закрыты изоляционной крышкой (на чертеже не показана).

В левом верхнем углу силового отсека вблизи его задней стенки размещены плата 54 защиты от перенапряжения вентиляторов 15 и плата 55 делителей напряжения, формирующая сигналы, пропорциональные фазовым напряжениям питающей сети и выходным линейным напряжениям станции. Перед платой 54 в левом верхнем углу силового отсека вблизи его левой боковой стенки отсека предусмотрено место для размещения наземного блока системы погружной телеметрии и соответствующего дросселя. Под платой

55 расположен трансформаторный блок 56, обеспечивающий формирование напряжения 24 В для питания IGBT-модулей.

На дне силового отсека размещен закрытый кожухом разрядный узел 60, предназначенный для быстрого разряда конденсаторов улов емкостных накопителей после выключения станции.

Управление станцией осуществляется при помощи контроллера 53 управления драйверами тиристорных и транзисторных модулей и контроллера 57 управления электродвигателем насосной установки.

Контроллер 57 расположен на задней стороне передней двери станции за отсеком управления (см. Фиг.6). Контроллер 57 управляет включением - выключением погружного электродвигателя, определяет частоту и направление его вращения («ПРЯМОЕ» или «РЕВЕРС»), а также величину пускового момента («ФОРСАЖ» или «НОРМА»), на основании команд и сигналов, приходящих на станцию как извне (внешний запрет, контактный манометр и т.п.), так и формируемых в самой станции. После обработки входных сигналов контроллер формирует соответствующие команды управления.

Элементы контроллера 57 расположены в герметичном корпусе, защищенном изнутри слоем теплоизоляции. Контроллер имеет автоматическую систему подогрева, поддерживающую внутри корпуса рабочую температуру не ниже минус 4°C. На передней панели контроллера расположены: дисплей 19, индикатор включения нагревателя 58 и интерфейсный разъем типа СОМ-порт 59. На боковых стенках контроллера расположены разъемы для подключения платы делителей напряжения, трансформаторов (датчиков) входного

тока, платы стабилизатора 50, контроллера 53, платы сопряжения и коммутации 51, а также разъемы для подключения контактных проводов от органов управления станцией (переключатель режимов, кнопка "ПУСК", концевой выключатель двери) и от светодиодов органов индикации режимов работы («СТОП», «ОЖИДАНИЕ», «РАБОТА»). На контроллере 57 имеется также разъем для подключения средств программирования контроллера.

Контроллер 53 управления драйверами тиристорных и транзисторных модулей обеспечивает согласованную работа драйверов секций выпрямителя и узлов частотного преобразователя. Контроллер 57 формирует импульсы запуска таким образом, чтобы отношение напряжения на обмотках погружного электродвигателя к частоте было неизменным во всем диапазоне частот вращения электродвигателя, а также увеличивает или уменьшает это отношение при получении от контроллера 53 соответствующих команд («ФОРСАЖ» или «НОРМА»). По окончании работы контроллер 57 снимает импульсы запуска с драйверов транзисторных модулей и включает разрядный узел 60 для снятия напряжения с конденсаторов узлов емкостных накопителей. На контроллере 53 имеются также разъемы для подключения наземного блока системы погружной телеметрии и разъем для подключения средств программирования контроллера.

В левой нижней части силового отсека расположены два вентилятора осевого типа 61, предназначенные для вентиляции силового отсека станции и расположенные на кожухе разрядного узла 60. На раме силового отсека установлены шесть пластинчатых нагревательных элементов 62 для обогрева

транзисторных модулей и два дополнительных нагревательных элемента (на чертежах не показаны) для обогрева внутреннего объема станции в зимнее время, которые закреплены на задней стенке кожуха разрядного узла вблизи вентиляторов 61.

Станция управления снабжена системой охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, включающую в себя отдельный отсек 11 системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, предназначенный для размещения радиаторов 44 боков преобразования напряжения и трех радиаторов 71 групп тиристорных модулей, а также три напорных вентилятора 15 центробежного типа для подачи воздуха из окружающей среды к упомянутым радиаторам 44 и 71.

Радиатор 44 каждого из трех блоков преобразования напряжения расположен над радиатором 71 одной из групп тиристорных модулей таким образом, что ребра радиатора 44 блока преобразования напряжения 36 расположены на одной линии с ребрами радиатора 71 группы тиристорных модулей, при этом указанные радиаторы образуют соответствующие части общей стенки силового отсека 2 и отсека 11 системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей. Таким образом внутренний объем отсека 11 изолирован от внутреннего объема отсека 2, что исключает попадание в силовой отсек посторонних элементов, переносимых потоками воздуха организуемыми в отсеке 11 для охлаждения радиаторов 44 и 71.

Вентиляторы 15 размещены в отсеке 14, верхняя стенка которого является также нижней стенкой отсека 11 и в ней выполнены прорези, представляющие

собой каналы для прохода холодного воздуха от вентиляторов 15.

Каждый из вентиляторов 15 предназначен для подачи воздуха вдоль ребер радиатора 44 одного из блоков преобразования напряжения и радиатора 71 соответствующей группы тиристорных модуле. Наличие трех вентиляторов позволяет обеспечить высокую эффективность охлаждения без повышения требований к характеристикам вентиляторов.

Части всех радиаторов, расположенные в отсеке системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, выполнена с вертикально ориентированными ребрами, при этом над расположенными друг над другом радиаторами 44 и 71 размещен кожух 63, закрывающий оребренную часть радиаторов с внешней и боковых сторон, а нижняя открытая сторона кожуха продлена до нижней стенки отсека 11 и охватывает соответствующие прорези в нижней стенке отсека 11. Таким образом обеспечивается подача воздуха от вентиляторов 15 непосредственно в пространство между стенками соответствующего кожуха 63, направляющего поток воздуха вдоль ребер радиаторов 44 и 71, что существенно повышает эффективность охлаждения тиристорных и транзисторных модулей.

В двери 12 отсека системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, выполнены закрытые сеткой окна 64 для выброса нагретого воздуха. При этом в отсеке системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей транзисторных модулей установлен отражатель 65 для направления потока нагретого воздуха вышедшего из кожуха 63 к окнам 64.

В процессе работы станции через жалюзи 66 на передней стенке и закрытые

сеткой отверстия в дне вентиляторного отсека (на чертежах не показаны) осуществляют забор наружного воздуха, который подают под кожухи 63 через упомянутые прорези в стенке вентиляторного отсека. При этом проходящий внутри кожуха 63 поток воздуха сначала попадает на ребра радиаторов 71 групп тиристорных модулей, а затем пройдя вдоль ребер радиаторов 44, поток воздуха отбрасывается отражателем 65 в сторону окон 64.

В нижней части двери отсека охлаждения тиристорных и транзисторных модулей выполнена щель 67 для выброса пыли, осадков, мошкары и других посторонних элементов, попадающих в отсек с потоком воздуха от вентиляторов 15 или через окна 64. При этом с внутренней стороны двери 12 закреплен открытый сверху кожух 68 (на Фиг.5 размещение кожуха условно показано пунктиром), верхняя часть которого расположена выше верхнего торца кожухов 63, а дно кожуха 68 выполнено со скосом в сторону щели 67, которая расположена между боковыми стенками кожуха 68 в непосредственной близости от нижней части дна кожуха, угол скоса которого относительно плоскости двери составляет около 30°. Пыль, твердые осадков, мошкара и т.п. скапливаются в кожухе и постепенно выносятся из него потоком воздуха при этом твердые осадки в виде снега, накапливаясь в кожухе подвергаются тепловому воздействию со стороны радиаторов, находящихся в отсеке 11, что приводит к их таянию и более быстрому удалению из внутреннего объема станции.

Средства охлаждения и подогрева станции включают в себя также комплекс датчиков температуры, сигналы с которых поступают в контроллер 57,

обеспечивающий поддержание оптимального температурного режима в отсеках станции управления.

Комплекс датчиков температуры включает в себя:

- датчики температуры транзисторных модулей, входящие в состав узлов частотного преобразователя 37 и обеспечивающие возможность вырабатывания контроллером команды на включение вентиляторов 15 при подъеме температуры модулей выше +60°С, команды на выключение вентиляторов 15 при последующем снижении температуры транзисторных модулей ниже +40°С, а также команды на аварийное отключение станции управления если температура транзисторных модулей превышает +115°С;

- датчик 69 полупроводникового типа, установленный силовом отсеке и предназначенный для измерения отрицательного диапазона температур, который обеспечивает возможность вырабатывания контроллером 57 команды на включение вентиляторов 61 при подъеме температуры в силовом отсеке выше -10°С и команды на их выключение при последующем снижении температуры ниже -15°С, а также команды запрета на включение станции управления если температура в силовом отсеке ниже -35°С;

- датчик 70 биметаллического типа, установленный силовом отсеке и предназначенный для включения электронагревательных элементов 62 и дополнительных нагревательных элементов при снижении температуры в силовом отсека ниже +5°С и сигнала на выключение вентиляторов 61 при последующем подъеме температуры в силовом отсеке выше +10С.

1. Станция управления погружными электродвигателями, включающая в себя силовой отсек, в котором размещены установленные на радиаторе тиристорные модули для преобразования силового напряжения питающей сети в постоянное регулируемое напряжение, установленные на радиаторе транзисторные модули для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение с регулируемой частотой, а также конденсаторы для сглаживания напряжения на входе транзисторных модулей, станция управления содержит также вентиляторы для подачи воздуха из окружающей среды к упомянутым радиаторам, отличающаяся тем, что тиристорные модули объединены в три группы, каждая из которых размещена на соответствующем радиаторе, станция управления включает в себя блоки преобразования напряжения, количество которых кратно трем, при этом блоки преобразования напряжения включены в силовую цепь станции таким образом, что обеспечивается их параллельная работа, каждый из блоков преобразования напряжения включает в себя конденсаторы и транзисторные модули, а также радиатор, на котором установлены транзисторные модули, станция управления снабжена системой охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, которая включает в себя, по меньшей мере, три вентилятора для подачи воздуха к упомянутым радиаторам и отсек системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, внутренний объем которого изолирован от внутреннего объема силового отсека, при этом радиаторы блоков преобразования напряжения и радиаторы групп тиристорных модулей, по меньшей мере частично, размещены в указанном отсеке, причем, по меньшей мере, часть поверхности каждого из радиаторов, расположенная в этом отсеке, выполнена с оребрением, радиатор каждого блока преобразования напряжения расположен над радиатором одной из групп тиристорных модулей таким образом, что ребра радиатора блока преобразования напряжения, по меньшей мере, приближенно расположены на одной линии с ребрами радиатора группы тиристорных модулей, а система охлаждения тиристорных и транзисторных модулей выполнена таким образом, чтобы обеспечить подачу воздуха вдоль ребер радиаторов.

2. Станция управления по п.1, отличающаяся тем, что включает в себя два трехфазных токоограничивающих дросселя, включенных в силовую цепь станции параллельно, и две секции регулируемого выпрямителя, каждая из которых включена последовательно с соответствующим трехфазным дросселем, секции регулируемого выпрямителя состоят из тиристорных модулей, входящих в группы, размещенные на соседних радиаторах.

3. Станция управления по п.1, отличающаяся тем, что станция управления включает в себя три идентичных блока преобразования напряжения, а система охлаждения тиристорных и транзисторных модулей содержит три вентилятора, каждый из которых предназначен для подачи воздуха вдоль ребер радиаторов блока преобразования напряжения и группы тиристорных модулей, расположенными друг над другом, при этом указанные радиаторы образуют соответствующие части общей стенки силового отсека и отсека системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей.

4. Станция управления по п.3, отличающаяся тем, что над радиаторами блока преобразования напряжения и группы тиристорных модулей, расположенными друг над другом, размещен кожух, закрывающий части радиаторов, размещенные в отсеке системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, с внешней и боковых сторон по отношению к направлению потока воздуха, при этом одна из открытых торцевых сторон кожуха расположена таким образом, чтобы обеспечить подачу воздуха от вентилятора системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей непосредственно в пространство между стенками кожуха.

5. Станция управления по п.1, отличающаяся тем, что содержит вентиляторный отсек, в котором размещены вентиляторы системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, представляющие собой вентиляторы центробежного типа, одна из стенок вентиляторного отсека является общей со стенкой отсека системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей и в ней выполнены каналы для прохода холодного воздуха от упомянутых вентиляторов.

6. Станция управления по п.5, отличающаяся тем, что вентиляторный отсек размещен в нижней части станции под силовым отсеком и отсеком системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей.

7. Станция управления по п.3, отличающаяся тем, что в противоположной радиаторам стенке отсека системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей, выполнены закрытые сеткой окна для выброса нагретого воздуха, при этом в отсеке системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей установлено средство для направления потока нагретого воздуха, прошедшего через радиаторы, в направлении упомянутых окон.

8. Станция управления по п.3, отличающаяся тем, что в нижней части противоположной радиаторам стенки отсека системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей выполнена щель для выброса пыли, осадков, мошкары и других элементов, попадающих в отсек с потоком воздуха от вентиляторов и/или через окна для выброса нагретого воздуха.

9. Станция управления по п.8, отличающаяся тем, что с внутренней стороны стенки закреплен открытый сверху кожух, верхняя часть которого расположена выше радиаторов блоков преобразования напряжения, а дно кожуха выполнено со скосом в сторону щели, причем щель расположена между боковыми стенками кожуха в непосредственной близости от нижней части дна кожуха, угол скоса которого относительно плоскости стенки отсека составляет не более 45°.

10. Станция управления по п.9, отличающаяся тем, что угол скоса дна кожуха находится в пределах от 25 до 35°.

11. Станция управления по любому из пп.1, 7 и 8, отличающаяся тем, что отсек системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей снабжен дверью, размеры которой обеспечивают возможность прохода через нее, по меньшей мере, одного блока преобразования напряжения в сборе и/или одной группы тиристорных модулей, закрепленной на радиаторе.

12. Станция управления по п.11, отличающаяся тем, что дверь отсека системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей образует противоположную радиаторам стенку отсека.

13. Станция управления по п.1, отличающаяся тем, что трехфазные токоограничивающие дроссели размещены в вентиляторном отсеке.

14. Станция управления по п.1, отличающаяся тем, что блок преобразования напряжения содержит узел частотного преобразователя, включающий в себя транзисторные модули и радиатор, на котором установлены транзисторные модули.

15. Станция управления по п.16, отличающаяся тем, что узел частотного преобразователя включает в себя датчик температуры транзисторных модулей, обеспечивающий возможность вырабатывания команды на включение вентиляторов системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей при подъеме температуры выше первой заданной величины, команды на выключение вентиляторов системы охлаждения тиристорных и транзисторных модулей при последующем снижении температуры транзисторных модулей ниже второй заданной величины, а также команды на аварийное отключение станции управления если температура транзисторных модулей выше третьей заданной величины.

16. Станция управления по п.15, отличающаяся тем, что первая заданная величина температуры составляет +60°С, вторая заданная величина температуры составляет +40°С, третья заданная величина температуры составляет +115°С.

17. Станция управления по п.14, отличающаяся тем, что узел частотного преобразователя включает в себя датчик выходного тока.

18. Станция управления по п.14, отличающаяся тем, что узел частотного преобразователя включает в себя драйвер управления транзисторными модулями.

19. Станция управления по п.1, отличающаяся тем, что блок преобразования напряжения содержит узел емкостного накопителя, включающий в себя конденсаторы блока преобразования напряжения.

20. Станция управления по п.1, отличающаяся тем, что в силовом отсеке установлены вентиляторы осевого типа, предназначенные для вентиляции внутреннего объема силового отсека станции управления.

21. Станция управления по п.20, отличающаяся тем, что в силовом отсеке установлены датчик температуры полупроводникового типа, предназначенный для измерения отрицательного диапазона температур и обеспечивающий возможность вырабатывания команды на включение вентиляторов предназначенных для вентиляции внутреннего объема силового отсека, при подъеме температуры в силовом отсеке выше четвертой заданной величины, сигнала на выключение вентиляторов при последующем снижении температуры ниже пятой заданной величины и сигнала запрета на включение станции управления если температура в силовом отсеке ниже шестой заданной величины.

22. Станция управления по 21, отличающаяся тем, что четвертая заданная величина температуры составляет -10°С, пятая заданная величина температуры составляет -15°С, шестая заданная величина температуры составляет -35°С.

23. Станция управления по п.1, отличающаяся тем, что в силовом отсеке установлены электронагревательные элементы для обогрева транзисторных модулей и внутреннего объема станции управления.

24. Станция управления по п.23, отличающаяся тем, что в силовом отсеке установлены второй датчик температуры биметаллического типа, предназначенный для включения электронагревательных элементов при снижении температуры в силовом отсеке ниже седьмой заданной величины и выключения электронагревательных элементов при последующем подъеме температуры в силовом отсеке выше восьмой заданной величины.

25. Станция управления по п.24, отличающаяся тем, что седьмая заданная величина температуры составляет +5°С, восьмая заданная величина температуры составляет +10°С.