Исследование отказоустойчивого вентильного электродвигателя насоса для добычи нефти

Abstract

Актуальность. Нефтедобыча в России является одним из приоритетных направлений в экономике страны. В этой отрасли широко используются вентильные электродвигатели для привода насосов скважин. Одним из главных преимуществ вентильного электродвигателя являются его относительно компактные размеры по сравнению с другими типами электродвигателей. Это делает его более удобным в использовании в ограниченных пространствах, таких как скважины для нефтедобычи или на морских платформах. В контексте повышения эффективности эксплуатации данных механизмов крайне важным является обеспечение их надежного и продолжительного функционирования. Сбой в функционировании вентильного двигателя может привести к остановке работы скважины и к значительным экономическим издержкам. В связи с этим повышение отказоустойчивости данных механизмов представляет собой крайне значимую задачу для нефтегазовых компаний. Одним из методов решения данной задачи является формирование отказоустойчивых схем и систем управления вентильным двигателем. Указанные системы должны обеспечивать стабильное функционирование в условиях потери одной или нескольких фаз электропитания. По этой причине отказоустойчивость приобретает одну из ключевых ролей в процессе выбора вентильного двигателя и формирования системы управления им. Цель: разработка схемы отказоустойчивого управления, обеспечивающего функционирование исполнительного вентильного электродвигателя в условиях возможного отсутствия связи с некоторыми фазами электропитания. Объект: вентильный электродвигатель. Методы: теория управления электрическими машинами, математическая модель, имитационная модель. Результаты. Основным результатом исследования является повышение качества функционирования вентильного электродвигателя насоса в аварийных условиях благодаря возможности использования отказоустойчивой схемы управления. Разработана математическая модель электродвигателя для применения в качестве исполнительного механизма центробежного насоса, выполнена имитационная модель электродвигателя и насоса на основе математической модели. С помощью имитационной модели получены напорно-расходные характеристики механизма в аварийном неполнофазном режиме

Relevance. Oil production is one of the priority sectors of the Russian economy. Brushless DC motors are widely used to drive well pumps in this industry. One of the main advantages of brushless DC motors is their relatively compact size compared to other types of electric motors. This makes them more suitable for use in confined spaces such as oil wells or offshore platforms. Ensuring reliable and long-term operation of these mechanisms is critical for improving their operational efficiency. A failure of the brushless DC motor can lead to a well shutdown and significant economic losses. Therefore, improving the fault tolerance of these motors is an extremely important task for oil and gas companies. One of the approaches to solving this problem is the development of fault-tolerant circuits and control systems for brushless DC motors. Such systems must ensure stable operation under conditions of loss of one or more supply phases. For this reason, fault tolerance becomes a key factor in the selection of a brushless DC motor and the design of its control system. Aim. To develop a fault-tolerant control scheme that ensures the operation of a brushless DC motor actuator in the event of loss of connection with certain power supply phases. Object. Brushless DC motor. Methods. Electric machine control theory, mathematical modeling, simulation. Results. The main result of this research is the improvement of the pump brushless DC motor performance under emergency conditions through the application of a fault-tolerant control scheme. The authors have developed a mathematical model of the electric motor for use as an actuator of a centrifugal pump. They implemented a simulation model of the motor and pump based on the mathematical model. Using the simulation model, the authors obtained the pressure-flow characteristics of the system under emergency phase-loss conditions and carried out the analysis of the simulation results