Повышение устойчивости погружных электродвигателей установок электрических центробежных насосов при провалах напряжения с помощью адаптивной защиты минимального напряжения

Abstract

Актуальность. Значительная доля механизированной добычи нефти осуществляется с помощью установок электрических центробежных насосов. В их состав входит погружной асинхронный электродвигатель, который обладает низкой устойчивостью к кратковременным нарушениям электроснабжения из-за особенностей конструкции. Для уменьшения влияния таких нарушений применяют защиту минимального напряжения. Её характеристики срабатывания имеют строго заданную форму и не учитывают текущий режим работы погружного электродвигателя, также при изменении режима работы происходит смещение границы динамической устойчивости электродвигателя и появляется область между этой границей и характеристикой срабатывания защиты, что приводит к необоснованным отключениям установок электрических центробежных насосов. Для уменьшения числа таких отключений необходимо разработать защиту минимального напряжения погружного асинхронного электродвигателя с адаптивной характеристикой срабатывания. Цель исследования: повысить устойчивость погружного асинхронного электродвигателя за счет разработки защиты минимального напряжения с адаптивной характеристикой срабатывания. Объекты: защита минимального напряжения, погружной асинхронный электродвигатель. Методы: математическое моделирование на основе уравнений Парка-Горева для погружного асинхронного электродвигателя; имитационное моделирование защиты минимального напряжения с адаптивной характеристикой срабатывания, включающей искусственную нейронную сеть, в программном пакете Matlab Simulink. Результаты. Разработана имитационная модель защиты минимального напряжения погружного асинхронного электродвигателя с адаптивной характеристикой срабатывания на основе искусственной нейронной сети. Произведено моделирование защиты минимального напряжения с адаптивной характеристикой срабатывания для погружного асинхронного электродвигателя. Установлено, что приближение характеристики срабатывания защиты минимального напряжения к границе динамической устойчивости позволит увеличить коэффициент запаса устойчивости по напряжению до 12 %.

Relevance. The considerable part of the mechanized oil production is carried out with electric centrifugal pumps. The submersible induction electromotor is the main part of the pumps. It has low resistance to short interruptions of power supply. The setting of the undervoltage protection is applied to decrease influence of the interruptions. The actuating characteristics have the given form and do not consider operating conditions of the submersible electromotor. The change in operating conditions of the submersible electromotor results in a shift of dynamic stability curve and the area between this curve and the actuating characteristic of the undervoltage protection occurs that leads to unreasonable shutdowns of electric centrifugal pumps. It is necessary to develop the adaptive undervoltage protection of the submersible induction electromotor for decreasing a number of such shutdowns. The main aim of the research is to increase submersible induction electromotor stability by development of the adaptive undervoltage protection Objects of the research are undervoltage protection and submersible induction electromotor. Methods: mathematical simulation on the basis of Park-Gorev equations for submersible induction electromotor; imitating modeling of the adaptive undervoltage protection including artificial neural network in a software package Matlab Simulink. Results. The authors have developed a simulation model of the submersible electromotor adaptive undervoltage protection on the basis of an artificial neural network; the undervoltage protection with the adaptive actuating characteristic for the submersible induction electromotor was simulated. The approximation of the actuating characteristic of undervoltage protection to dynamic stability curve will allow increasing a stability reserve on voltage to 12 %.