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 1000 и 2000А. Станция управления электроцентробежным погружным насосом выполнена в виде цельнометаллического сварного корпуса двухстороннего, обслуживания со съемными боковыми поверхностями и крышей. Она включает силовой отсек с отсеком управления, технологический отсек и отсек подключений внешних электрических соединений. Силовой отсек расположен в фронтальной части станции и имеет две двери с точками навески на боковых сторонах корпуса, замками, фиксаторами открытого положения, блокировкой работы станции и включением освещения при открытии дверей. В нем размещены силовые управляемые модули, счетчик электрической энергии, модем для передачи информации на диспетчерский пульт, вводный автомат защиты сети, схема защиты от импульсных перенапряжений на входе, блоки телеметрии, а также отсек управления. Последний включает расположенные на одной из дверей станции электронную систему управления и защиты, универсальный контроллер управления, органы управления и индикации. На другой двери силового отсека имеется ниша. Она закрывается оборудованной замком дверью и обеспечивает доступ к рычагу включения вводного автомата защиты сети без открытия двери силового отсека. Находящиеся под напряжением элементы защищены диэлектрическими прозрачными экранами. Технологический отсек расположен с тыльной стороны станции и закрывается элементами обшивки, закрепленных болтами. В нем расположены силовые токопроводящие шины и вентиляторы системы принудительного охлаждения управляемых силовых модулей. Отсеке подключений внешних электрических соединений также расположен на тыльной стороне корпуса. В нем размещены секции подключения входных напряжений, подключения выходных напряжений и подключения телеметрии. Каждая из секций закрывается дверью с замком и имеет проем для ввода подключаемых кабелей. Полезная модель расширяет набор функциональных возможностей, повышает эффективность использования и удобство обслуживания станции.

Полезная модель относится к электротехническому оборудованию, а именно, к станциям управления электроцентробежными погружными насосами с номинальными токами первичной силовой цепи 1000 и 2000 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 1000 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 недостаточный 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 насосная станция выполнена в виде цельнометаллического сварного корпуса четырехстороннего обслуживания со съемными боковыми стенками и крышей, включающая силовой отсек с отсеком управления, технологический отсек и отсек подключений внешних электрических соединений, в силовом отсеке, расположенном в фронтальной части станции и имеющем две двери с точками навески на боковых сторонах корпуса, замками, фиксаторами открытого положения, блокировкой работы станции и включением освещения при открытии дверей, размещены силовые управляемые модули, счетчик электрической энергии, модем для передачи информации на диспетчерский пульт, вводный автомат защиты электрооборудования станции, схема защиты от импульсных перенапряжений на входе, блоки телеметрии, а также отсек управления, включающий расположенные на одной из дверей станции электронную систему управления и защиты, универсальный контроллер управления, органы управления и индикации, на другой двери силового отсека имеется ниша, которая закрывается оборудованной замком дверью и обеспечивает доступ к рычагу включения вводного автомата защиты сети без открытия двери силового отсека, причем элементы, находящиеся под напряжением, защищены диэлектрическими прозрачными экранами, в технологическом отсеке, расположенном с тыльной стороны станции и закрывающемся элементами обшивки на болтах, расположены силовые токопроводящие шины и вентиляторы системы принудительного охлаждения управляемых силовых модулей, в отсеке подключений внешних электрических соединений, также расположенном на тыльной стороне корпуса, размещены секции подключения входных напряжений, подключения выходных напряжений и подключения телеметрии, каждая из которых закрывается дверью с замком и имеет проем для ввода подключаемых 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 сопротивления 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 охлади теля силовых ключей, от работы за предельными значениями параметров по сигналам 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 чертеже представлена фотография общего вида станции.

Станция управления конструктивно выполнена в корпусе двухстороннего, обслуживания представляющем собой сварной цельнометаллический каркас 1 со съемными боковыми стенками 2 и крышей 3 для облегчения доступа к элементам станции с целью повышения технологичности обслуживания и ремонта, и обеспечивающего степень защиты IP43 по ГОСТ 14254-96.

Станции указанных вариантов имеют трехсекционное исполнении:

а) Силовой отсек, расположенный в фронтальной части станции, в котором размещаются силовые управляемые модули, электронная система управления и защиты, универсальный контроллер управления, счетчик электрической энергии, модем для передачи информации на диспетчерский пульт в формате GSM или GPRS, вводный автомат защиты сети соответствующего номинала, схема защиты от импульсных перенапряжений на входе. В отсеке также предусмотрено место для установки блоков телеметрии различных производителей.

Силовой отсек имеет две двери 4 и 5, имеющие точки навески на боковых сторонах корпуса. Обе двери 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. Электронная система управления и защиты, универсальный контроллер управления а также органы управления и индикации расположены на правой 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 6, доступ к которому обеспечивается снаружи станции, без необходимости открытия двери станции. Отсек управления закрывается дверью, оборудованной смотровыми окошками 7, позволяющими контролировать работу станции без открытия двери отсека управления. В отсеке управления предусмотрено освещение отсека.

На левой двери имеется ниша, обеспечивающая доступ к рычагу включения вводного автомата защиты сети без открытия двери. Ниша закрывается дверью 8, оборудованной замком.

б) Технологический отсек, расположенный с тыльной стороны станции, в котором расположены силовые токопроводящие шины, а также вентиляторы системы принудительного охлаждения управляемых силовых модулей. Отсек закрывается элементами обшивки, крепящимися болтами. В отсеке отсутствуют элементы управления, доступ к которым нужен при обслуживании станции.

в) Отсек подключений внешних электрических соединений. Размещается на тыльной стороне корпуса станции и состоит из трех секций: подключения входных напряжений, подключения выходных напряжений и подключения телеметрии. Каждая секция закрывается дверью с замком. В нижней части каждой секции имеется проем для ввода подключаемых кабелей. Для предотвращения попадания в секции атмосферных осадков проемы защищены накладками из мягкой пористой резины.

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 фильтр. В фильтре происходит выделение выходного напряжения заданной частоты и подавление высокочастотной 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 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.

Станция управления электроцентробежным погружным насосом, выполненная в виде цельнометаллического сварного корпуса двухстороннего обслуживания со съемными боковыми стенками и крышей, включающая силовой отсек с отсеком управления, технологический отсек и отсек подключений внешних электрических соединений, в силовом отсеке, расположенном в фронтальной части станции и имеющем две двери с точками навески на боковых сторонах корпуса, замками, фиксаторами открытого положения, блокировкой работы станции и включением освещения при открытии дверей, размещены силовые управляемые модули, счетчик электрической энергии, модем для передачи информации на диспетчерский пульт, вводный автомат защиты сети, схема защиты от импульсных перенапряжений на входе, блоки телеметрии, а также отсек управления, включающий расположенные на одной из дверей станции электронную систему управления и защиты, универсальный контроллер управления, органы управления и индикации, на другой двери силового отсека имеется ниша, которая закрывается оборудованной замком дверью, и обеспечивает доступ к рычагу включения вводного автомата защиты сети без открытия двери силового отсека, причем элементы, находящиеся под напряжением, защищены диэлектрическими прозрачными экранами, в технологическом отсеке, расположенном с тыльной стороны станции и закрывающемся элементами обшивки на болтах, расположены силовые токопроводящие шины и вентиляторы системы принудительного охлаждения управляемых силовых модулей, в отсеке подключений внешних электрических соединений, также расположенном на тыльной стороне корпуса, размещены секции подключения входных напряжений, подключения выходных напряжений и подключения телеметрии, каждая из которых закрывается дверью с замком и имеет проем для ввода подключаемых кабелей.