Совершенствование, исследование и диагностирование систем управления асинхронного частотно-регулируемого электропривода механизмов буровой установки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Бабкин, Евгений Александрович

• Бабкин, Евгений Александрович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бабкин, Евгений Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДАМ ОСНОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ.

1.1. Электротехнический комплекс буровой установки.

1.2. Технологические режимы работы и требования к электроприводу буровой лебедки.

1.3. Допустимые режимы работы электропривода лебедки с асинхронным двигателем.

1.4. Технологические режимы работы и требования к электроприводу механизма подачи долота.

1.5. Технологические режимы работы и требования к электроприводу ротора.

1.6. Технологические режимы работы и требования к электроприводу насоса.

1.7. Согласование мощностей буровых насосов и их асинхронных электродвигателей.

1.8. Технологические требования к асинхронным электродвигателям для частотно-регулируемых электроприводов буровых установок.

1.9. Обоснование и выбор суммарной мощности электроприводов механизмов буровой установки.

1.9.1. Определение мощности электроприводов главных механизмов буровой установки.

1.9.2. Суммарные электрические мощности приводов буровой установки.

Выводы.

ГЛАВА 2. СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ГЛАВНЫХ МЕХАНИЗМОВ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ.

2.1. Энергетические показатели систем питания электротехнического комплекса БУ с приводами постоянного тока.

2.2. Энергетические показатели системы питания электротехнического комплекса БУ с асинхронными частотно-регулируемыми приводами.

2.3. Системы автоматического управления электроприводов буровой лебедки и главного насоса.

2.4. Структурные схемы и определение параметров систем управления асинхронными частотно-регулируемыми электроприводами буровой установки.

2.5. Система управления спуско-подъемными операциями привода лебедки.

2.6. Алгоритмы и логика управления электроприводом лебедки буровой установки.

2.6.1. Режим спуско-подъемных операций привода лебедки.

2.6.2. Режим «Подача» привода лебедки.

2.6.3. Алгоритм переключения передач главного привода лебедки.

2.7. Защиты и блокировки системы электропривода лебедки.

Выводы.

ГЛАВА 3. СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ.

3.1. Технологические требования к системам логического управления электроприводами буровой установки.

3.2. Алгоритмы управления технологическими режимами работы электроприводов буровой установки.

3.3. Система сбора, обработки и визуализации переменных электроприводов буровой установки.

3.4. Алгоритмы диагностирования системы логического управления электроприводами буровой установки.

Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ.

4.1. Экспериментальные исследования электроприводов постоянного тока БУ-3200/200 М-ДЭП.

4.1.1. Исследования электропривода буровой лебедки.

4.1.2. Исследование энергетических режимов и показателей работы электропривода.

4.2. Экспериментальные исследования асинхронных частотно-регулируемых электроприводов БУ 4200/250 ЭЧРК-БМ.

4.3. Исследования электромагнитной совместимости элементов электроприводов БУ 4200/250 ЭЧРК-БМ.

4.3.1. Методика и технические средства экспериментального исследования электромагнитных помех в электроприводах буровой установки.

4.3.2. Электромагнитная обстановка в районе расположения элементов преобразователя частоты электроприводов буровой установки.

4.3.3. Электромагнитная обстановка в районе расположения элементов силового диодного выпрямителя питания преобразователя частоты.

4.3.4. Электромагнитная обстановка в районе расположения элементов управления технологическими процессами буровой установки.

4.4. Обеспечение электромагнитной совместимости элементов и устройств электроприводов БУ 4200/250 ЭЧРК-БМ.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование, исследование и диагностирование систем управления асинхронного частотно-регулируемого электропривода механизмов буровой установки»

По данным международных аналитических компаний рост потребления жидких углеводородов, в основном, нефти и газового конденсата, будет расти постоянно. К 2030 году мировая торговля жидкими углеводородами возрастет более чем на половину ее нынешних объемов, что требует постоянного увеличения энергетических показателей и производительности буровых установок (БУ). Следует отметить, что БУ свойственны тяжелые климатические и технические условия эксплуатации. Они работают как при высоких (в южных районах), так и низких (в северных широтах) температурах окружающей среды. БУ, как правило, отдалены от технических баз обслуживания, имеют ограничения в высококвалифицированных специалистах в области электропривода их механизмов. Технологические режимы работы механизмов БУ весьма напряженны, их нагрузки меняются в широком- диапазоне и могут иметь случайный характер. Из-за отдаленности местоположения БУ мощность питания их электроустановок ограничена. При этом к бесперебойности работы БУ предъявляются высокие требования, поскольку останов технологического или электротехнического оборудования может привести к авариям в скважине и крупным экономическим потерям.

Техническая сложность и высокая себестоимость технологических систем БУ делают проблемным с экономической точки зрения их закупку и ввод в эксплуатацию для большинства отечественных потребителей. Отсюда понятно стремление к модернизации уже действующих установок и совершенствованию систем управления их электроприводами в направлении повышения надежности, энергетических показателей и производительности БУ.

Характерной тенденцией автоматизированных электроприводов механизмов БУ является все более широкое применение асинхронных двигателей (АД), управляемых от преобразователей частоты (ПЧ). Эти двигатели технически,более просты и надежны-в эксплуатации, могут длительно работать при повышенных скоростях, в агрессивных средах с заметными перепадами температур, что свойственно БУ. АД требуют меньше цветных металлов, имеют меньшие массу, габариты и стоимость. Ясно, что применение асинхронных частотно-регулируемых электроприводов механизмов БУ потребует дополнительной коррекции в системах и алгоритмах управления БУ, свойственных приводам постоянного тока, их более глубокого исследования и анализа, а также оценки технических и энергетических возможностей новых электроприводов.

Стабильность работы БУ определяется системой управления электроприводами ее механизмов и потому необходима разработка и применение наиболее развитых принципов и алгоритмов их управления на основе современной микропроцессорной техники. Сюда следует отнести' также разработку и применение аппаратно-программных средств реализации интерфейса «человек - машина» и технического диагностирования состояния электроприводовБУ.

Внедрение в БУ новых технических средств на основе микропроцессорной техники одновременно сопровождается проблемой обеспечения их электромагнитной совместимости (ЭМС) в реальных промышленных условиях эксплуатации, что требует анализа электромагнитной обстановки (ЭМО) в районе расположения элементов электроприводов БУ, а также разработки способов и технических средств по обеспечению их ЭМС.

Ясно, что решение указанных проблем при внедрении асинхронного частотно-регулируемого электропривода механизмов БУ будет способствовать повышению их надежности, технико-экономических показателей и производительности.

Целью диссертационной, работы является совершенствование, исследование и диагностирование систем и алгоритмов управления асинхронного частотно-регулируемого электропривода механизмов БУ, способствующих повышению надежности, технико-экономических показателей и. производительности БУ. Достижение поставленной цели потребовало:

- анализа технологических режимов работы, типовых нагрузочных диаграмм электроприводов различных механизмов БУ, и на их основе обоснования мощности приводных двигателей и механических характеристик АЭП главных механизмов;

- разработки алгоритмов рационального согласования и выбора мощности I асинхронного электродвигателя для приводов главных механизмов БУ;

- оценки и сравнительного анализа энергетических показателей электротехнического комплекса БУ на основе регулируемых электроприводов постоянного тока и асинхронных частотно-регулируемых электродвигателей;

- разработки и исследования систем управления электроприводами механизмов БУ, отличающихся их повышенной технологической безопасностью работы;

- разработки алгоритмов- и логики управления технологическими режимами работы асинхронными* частотно-регулируемыми электроприводами главных механизмов БУ;

- разработки систем сбора, обработки и визуализации переменных электроприводов БУ, а также аппаратно-программных средств, осуществляющих интерфейс «человек-машина»;

- разработки алгоритмов и систем диагностирования технического

I I состояния асинхронного частотно-регулируемого электропривода главных механизмов БУ;

- экспериментального исследования ЭМО в районе расположения элементов электропривода механизмов БУ и на их основе обоснования способов и средств обеспечения их ЭМС.

- апробации теоретических и технических разработок на основе экспериментальных исследований электроприводов действующих БУ с регулируемыми приводами постоянного тока и асинхронными частотно-регулируемыми электродвигателями.

Содержание работы изложено в четырех главах.

В первой главе представлен полный состав электротехнического комплекса БУ. Для главных механизмов БУ (насосов, лебедки, ротора и подачи долота) дан анализ технологических режимов работы и требований к их автоматизированным электроприводам АЭП.

На основе кинематических схем и технологических режимов работы электроприводов механизмов БУ обоснованы типовые диаграммы изменений их нагрузок в функции скорости движения и времени работы механизмов, определены мощности, допустимые режимы работы и целесообразные механические характеристики асинхронных электроприводов главных механизмов БУ.

По технологическим характеристикам насоса и его обобщенной втулке для асинхронных двигателей разных типов и для различных передаточных отношений клиноременной передачи предложен алгоритм выбора мощности двигателя, обеспечивающий наиболее рациональное и эффективное ее согласование с мощностью насоса.

Дано обоснование суммарной потребляемой мощности электроприводов механизмов БУ. I

Во второй главе рассмотрена система силового питания и распределения электрической энергии по приводам отдельных механизмов БУ. Дана оценка и сравнительный анализ энергетических показателей электротехнического комплекса БУ на основе регулируемых электроприводов постоянного тока и асинхронных частотно-регулируемых электродвигателей. Оценка показателей выполнена на основе программ расчета на ЭВМ уравнений, характеризующих соотношения электрических переменных и параметров системы электроснабжения БУ соизмеримой мощности.

Для главных механизмов БУ обоснована целесообразность и эффективность применения асинхронных частотно-регулируемых электроприводов. Предложены системы управления асинхронных частотно-регулируемых электроприводов лебедки и главного насоса БУ, отличающиеся введением функциональных блоков- автоматического и взаимосвязанного ограничений рабочих скоростей и моментов их электродвигателей, обеспечивающих технологическую безопасностью работы лебедки и главного насоса БУ. Представлены структурные схемы и определены параметры регуляторов системы управления асинхронным частотно-регулируемым электроприводом лебедки БУ, обеспечивающие требуемые технологические показатели привода лебедки.

Предложена система управления спуско-подъемными операциями привода лебедки с использованием подроторного датчика положения, обеспечивающая высокую производительность БУ за счет точности определения положения талевого блока при работе БУ с буровыми колоннами из свечей различных длин без предварительного их измерения.

Разработаны алгоритмы и логика управления асинхронным частотно-регулируемым электроприводом лебедки БУ в режимах спуско-подъемной операции и подачи с учетом их технологических взаимосвязей, способствующих надежности работы привода и обеспечивающих ясность и наглядность операций со стороны обслуживающего БУ персонала. ;

Третья глава посвящена разработке и исследованию систем технологического управлениям диагностирования электроприводов БУ.

Обоснованы основные функции и технологические требования к системам логического управления электроприводами главных и вспомогательных механизмов БУ на основе асинхронного частотно-регулируемого привода. Предложена блок-схема программного обеспечения на ПЛК алгоритмов управления электроприводами основных механизмов БУ. Разработана система регистрации, обработки и визуализации переменных электроприводов БУ, включая формирование аварийно-предупредительных сообщений, для обслуживающего БУ персонала.

На основе аппаратных и программных средств разработанной системы предложены, алгоритмы диагностирования технического состояния отдельных элементов и всей системы логического управления электроприводами БУ.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований энергетических и технологических режимов работы электроприводов главных механизмов БУ-3200/200 М-ДЭП на основе электродвигателей постоянного тока и БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ на основе асинхронных частотно-регулируемых электродвигателей, подтверждающие работоспособность разработанных систем и алгоритмов их управления.

Учитывая сосредоточенность силовых элементов электропривода и элементов управления в едином контейнерном исполнении электроприводов БУ, где актуальным является обеспечение их электромагнитной совместимости, особое внимание уделено экспериментальному исследованию электромагнитной обстановки в районе их расположения. Представлены спектральные характеристики напряженностей электрических и магнитных полей в районе расположения элементов силовой части электроприводов (в районе силовых кабельных вводов и выводов, полупроводниковых элементов, источников питания), элементов управления и линий их связи с внешними устройствами и панелями управления БУ. Обоснованы способы и рекомендации по обеспечению их электромагнитной совместимости.

Методика исследований. Теоретические исследования основывались на общих положениях теории электропривода и теории автоматического управления, методов структурного моделирования, аппарата булевой алгебры и теории электромагнитного поля. Экспериментальные исследования проводились на действующей БУ осциллографированием переменных электроприводов с использованием пакета Drive ES Starter v.4.1 и программного обеспечения системы визуализации процесса SIMATIC WinCC v6.0. Для исследования электромагнитной обстановки использовался комплект анализаторов электрического и магнитного полей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Обобщены технологические и допустимые режимы работы главных механизмов. БУ и на их базе обоснованы технологические и эксплуатационные требования к асинхронным частотно-регулируемым электроприводам механизмов БУ.

2. По технологическим характеристикам насоса БУ и его обобщенной втулке для асинхронных двигателей различных типов и передаточных отношений клиноременной передачи предложен алгоритм определения мощности двигателя, обеспечивающий наиболее рациональное и эффективное ее согласование с мощностью насоса.

3. Доказана целесообразность и эффективность применения для главных механизмов БУ асинхронных частотно-регулируемых электроприводов, обеспечивающих более высокий ( ~ в 1,5 раза) средневзвешенный коэффициент мощности питающей сети, не зависимый от диапазона регулирования скорости приводов, снижение расчетной мощности трансформатора питания электроустановок БУ до 10%,- уменьшение искажения питающего их напряжения без установки дополнительных фильтро-компенсирующих устройств, снижение практически вдвое падения напряжения питающей сети на входе БУ в функции длины линии питания по сравнению с БУ на основе приводов постоянного тока.

4. Разработаны способы и системы управления асинхронными частотно-регулируемыми электроприводами лебедки и главного насоса БУ, отличающиеся введением функциональных блоков автоматического и взаимосвязанного ограничений ; рабочих скоростей и моментов их электродвигателей, обеспечивающих технологическую безопасностью работы лебедки и главного насоса БУ.

5. Разработаны способы и система управления спуско-подъемными операциями привода лебедки БУ с использованием подроторного датчика положения, обеспечивающая высокую производительность БУ за счет точности определения положения талевого блока при работе БУ с буровыми колоннами из свечей различных длин без предварительного их измерения. I 5

6. Разработаны алгоритмы и логика управления технологическими режимами работы асинхронных частотно-регулируемых электроприводов главных механизмов БУ;

7. Разработаны алгоритмы диагностирования' технического состояния асинхронных частотно-регулируемых главных электроприводов БУ, включая диагностирование элементов их систем управления.

8. Определены спектральные характеристики напряженностей электрического и магнитного полей в районе расположения элементов управления и силовой части электроприводов БУ, сосредоточенных в едином контейнерном исполнении. Обоснованы способы и рекомендации по обеспечению электромагнитной« совместимости элементов электропривода БУ.

Практическая ценность и реализация работы заключаются в следующем:

1. На основе кинематических схем и технологических, режимов; работы электроприводов главных механизмов БУ обоснованы типовые диаграммы изменений их нагрузок в функции скорости движения; и времени работы механизмов.

2. Предложена методика и дан пример выбора мощности приводных асинхронных двигателей автоматизированных электроприводов главных механизмов БУ.

3. Технически реализованы- системы управления асинхронными частотно-регулируемыми электроприводами лебедки и главного насоса БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ с автоматическим и взаимосвязанным ограничением рабочих скоростей и моментов их электродвигателей, обеспечивающих технологическую безопасностью их работы. ;

4. Технически, реализована система управления спуско-подъемными операциями привода лебедки БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ с использованием подроторного датчика положения, обеспечивающая высокую производительность БУ за счет точности определения положения тщювого блока при работе БУ с буровыми колоннами из свечей различных длин без предварительного их измерения.

5. Определены параметры регуляторов системы управления асинхронным частотно-регулируемым электроприводом лебедки БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ, обеспечивающие требуемые технологические показатели привода лебедки.

6. Технически реализованы алгоритмы логического управления электроприводами БУ и аппаратно-программные средства на основе программируемого логического контроллера SIMATIC S7-300, сетевой коммуникационной платы Simatic NET CP 5611, монитора SIMATIC FLAT PANEL, а также программного обеспечения SIMATIC WinCC v6.0 и Simatic Manager v. 5.4, осуществляющие интерфейс «человек-машина», а также диагностирование технического состояния электроприводов БУ.

7. Предложены технологические защиты и блокировки систем управления электроприводами БУ по быстродействию превышающие штатные системы защит.

8. На примере буровой установки БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ с частотно-регулируемым асинхронным электроприводом главных механизмов обоснована суммарная электрическая мощность электроприводов механизмов при различных длинах линии питания БУ, определены основные параметры силовых элементов электроприводов механизмов БУ.

9. Определены и дана сравнительная оценка энергетических показателей электротехнического комплекса БУ на основе регулируемых электроприводов постоянного тока и асинхронных частотно-регулируемых электродвигателей.

10. Определены спектральные характеристики напряженности электрического и магнитного полей в районе расположения элементов электроприводов БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ. Обеспечена их электромагнитная совместимость. s

Результаты теоретических и экспериментальных исследований ¡нашли

I практическое применение при внедрении БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ, обеспечив jj заметное увеличение энергетических показателей по сравнению с БУ на постоянном токе. В итоге для БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ отпала необходимость применения фильтро-компенсирующих устройств. При этом время простоя БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ из-за возможных аварий по линии электрооборудования за счет более высокой надежности асинхронных электродвигателей, их систем управления и диагностирования сократилось не менее, чем в три раза. Разработанная видеотерминальная станция и принципы диагностирования электрооборудования БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ нашли применение и для вновь разрабатываемых в ООО «Электропром» (г. Москва) электроприводов БУ.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждены правомерностью принятых исходных допущений и предпосылок, корректным применением методов теорий электропривода и автоматического управления, результатами практической реализации и экспериментальных исследований разработанных алгоритмов и систем управления, а ; также энергетических режимов работы асинхронных частотно-регулируемых электроприводов БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Обобщенные технологические и допустимые режимы работы асинхронных частотно-регулируемых электроприводов главных механизмов БУ.

2. Алгоритмы выбора типа и мощности асинхронного двигателя привода насоса БУ для наиболее рационального и эффективного его согласования с мощностью насоса БУ по технологическим характеристикам насоса, его обобщенной втулке и передаточным отношениям клиноременной передачи.

3. Техническая целесообразность и эффективность применения асинхронных частотно-регулируемых электроприводов для главных механизмов БУ, обеспечивающих ~ в 1,5 раза больший средневзвешенный коэффициент мощности питающей сети вне зависимости от диапазона регулирования скорости приводов, снижение расчетной мощности трансформатора питания электроустановок БУ до 10%, уменьшение искажения питающего их напряжения без установки дополнительных фильтро-компенсирующих устройств, снижение практически вдвое падения напряжения питающей сети на входе БУ в функции длины линии питания по сравнению с БУ на основе приводов постоянного тока.

4. Способ и система управления асинхронными частотно-регулируемыми электроприводами лебедки и главного насоса БУ, обеспечивающие технологическую безопасностью их работы за счет автоматического и взаимосвязанного ограничений рабочих скоростей и моментов их электродвигателей.

5. Способ и система управления спуско-подъемными операциями привода лебедки БУ с использованием подроторного датчика положения для увеличения точности определения положения талевого блока при работе БУ с буровыми колоннами из свечей различных длин без предварительного их измерения!

6. Алгоритмы и логика управления технологическими режимами работы асинхронных частотно-регулируемых электроприводов главных механизмов БУ;

7. Алгоритмы диагностирования технического состояния асинхронных частотно-регулируемых главных электроприводов' БУ, включая диагностирование элементов их систем управления.

8. Система сбора, обработки и визуализации переменных электроприводов БУ, обеспечивающая диагностирование технического состояния и режимов работы асинхронного частотно-регулируемого электропривода БУ

9. Результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанных алгоритмов и систем управления асинхронными частотно-регулируемыми электроприводами главных механизмов БУ, их энергетических режимов работы и спектральных характеристик напряженностей электрического и магнитного полей в районе расположения элементов управления и силовой части электроприводов БУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на VI Международной (XVII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (г. Тула, 2010 г.), на XII, XV, XVI Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2006, 2009, 2010 гг.), в 683, 684 трудах МЭИ «Электропривод и системы управления » (г. Москва, 2007, 2009 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 7 печатных трудах, в том числе в двух изданиях, входящих в перечень, рекомендованных ВАК РФ по направлению «Энергетика».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 54 наименований и 5 приложений. Ее содержание изложено на 216 страницах основного текста, содержит 87 рисунков и 13 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Бабкин, Евгений Александрович

Выводы

1. Экспериментальные исследования электроприводов БУ-3200/200 М-ДЭП, где были внедрены разработанные алгоритмы и системы их управления применительно к приводу постоянного тока, подтвердили удовлетворительное качество установившихся и переходных процессов во всех режимах работы главных механизмов БУ.

2. Исследования асинхронных частотно-регулируемых электроприводов главных механизмов БУ 4200/250 ЭЧРК-БМ подтвердили работоспособность и высокое качество регулирования технологических переменных БУ для разработанных алгоритмов и систем их управления. Обеспечено: плавное регулирование скорости приводов во всем его диапазоне, ограничение темпов разгона и торможения приводов, стабилизация заданной скорости подъема и спуска талевого блока, точный останов талевого блока в заданном положении, стабилизация заданной нагрузки на долото в режиме бурения, удержание груза в неподвижном состоянии.

3 Исследования энергетических режимов и показателей работы электроприводов БУ на основе двигателей постоянного тока и асинхронных с частотным их регулированием подтвердили более высокие энергетические показатели последних даже при отсутствии в питающей их сети дополнительных фильтро-компенсирующих устройств.

4. Исследование ЭМО в районе расположения основных элементов электропривода БУ 4200/250 ЭЧРК-БМ показали, что максимальные значения напряженностей магнитного поля до 90 А/м на частоте 19531 Гц и электрического поля до 1180 В/м на частоте 4000 Гц соответственно имеют место вблизи силового диодного выпрямителя питания ПЧ.

5. В районе расположения элементов управления технологическими процессами БУ, расположенными в шкафу контроллера напряженности магнитного поля не превышают 40 А/м и электрического поля 600 В/м. I

6. Предложены способы и внедрены рекомендации по обеспечению ЭМС элементов и устройств управления технологическими процессами БУ 4200/250 ЭЧРК-БМ.

210

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обобщены технологические и допустимые режимы работы главных механизмов БУ и на их базе обоснованы технологические и эксплуатационные требования к асинхронным частотно-регулируемым электроприводам механизмов БУ. На основе кинематических схем и технологических режимов работы электроприводов главных механизмов БУ обоснованы типовые диаграммы изменений их нагрузок в функции скорости движения и времени работы механизмов.

2. По технологическим характеристикам насоса БУ и его обобщенной втулке для асинхронных двигателей различных типов и передаточных отношений клиноременной передачи предложен алгоритм определения мощности двигателя, обеспечивающий наиболее рациональное и эффективное ее согласование с мощностью насоса.

3. Доказана целесообразность и эффективность применения для главных механизмов БУ асинхронных частотно-регулируемых электроприводов, обеспечивающих более высокий ( ~ в 1,5 раза) средневзвешенный коэффициент мощности питающей сети, не зависимый от диапазона регулирования скорости приводов, снижение расчетной мощности трансформатора питания электроустановок БУ до 10%, уменьшение искажения питающего их напряжения без установки дополнительных фильтро-компенсирующих устройств, снижение практически вдвое падения напряжения питающей сети на входе БУ в функции длины линии питания по сравнению с БУ на основе приводов постоянного тока.

4. Разработаны и технически реализованы способ и системы управления асинхронными частотно-регулируемыми электроприводами лебедки и главного насоса БУ с автоматическим и взаимосвязанным ограничением рабочих скоростей и моментов их электродвигателей, обеспечивающих технологическую безопасностью работы лебедки и главного насоса.

5. Разработаны и технически реализованы способ и система управления спуско-подъемными операциями привода лебедки БУ с использованием подроторного датчика положения, обеспечивающая высокую производительность БУ за счет точности определения положения талевого блока при работе БУ с буровыми колоннами из свечей различных длин без предварительного их измерения.

6. На примере буровой установки БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ с частотно-регулируемым асинхронным электроприводом главных механизмов обоснована суммарная электрическая мощность электроприводов механизмов при различных длинах линии питания БУ, определены основные параметры силовых элементов электроприводов механизмов БУ.

7. Разработаны и технически реализованы алгоритмы логического управления технологическими режимами работы асинхронных частотно-регулируемых электроприводов главных механизмов БУ и аппаратно-программные средства на основе программируемого логического контроллера SIMATIC S7-300, сетевой коммуникационной платы Simatic NET CP 5611, монитора SIMATIC FLAT PANEL, а также программного обеспечения SIMATIC WinCC v6.0 и Simatic Manager v. 5.4, осуществляющие интерфейс «человек-машина.

8. Разработаны алгоритмы диагностирования технического состояния асинхронных частотно-регулируемых главных электроприводов БУ, включая диагностирование элементов их систем управления.

9. Определены спектральные характеристики напряженностей электрического и магнитного полей в районе расположения элементов управления и силовой части электроприводов БУ, сосредоточенных в едином контейнерном исполнении. Обоснованы способы и рекомендации по обеспечению электромагнитной совместимости элементов электропривода БУ.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований нашли практическое применение при внедрении БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ, обеспечив заметное увеличение энергетических показателей по сравнению с БУ на постоянном токе. В итоге для БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ отпала необходимость применения фильтро-компенсирующих устройств. При этом время простоя БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ из-за возможных аварий по линии электрооборудования за счет более высокой надежности асинхронных электродвигателей, их систем управления и диагностирования сократилось не менее, чем в три раза. Разработанная видеотерминальная станция и принципы диагностирования электрооборудования БУ-4200/250 ЭЧРК-БМ нашли применение и для вновь разрабатываемых в ООО «Электропром» (г. Москва) электроприводов БУ.

213

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бабкин, Евгений Александрович, 2010 год

1. Моцохейн Б.И., Парфенов Б.М. Электропривод буровых лебедок. М., "Недра", 1978. - 327 с.

2. Жеваго К.А., Портной Т.З., Школьников Б.М. Привод буровых установок. М., "Недра", 1960. 408 с.

3. Портной Т.З., Юньков М.Г., Юрченко П.И. Электрооборудование буровых установок Уралмашзавода. М., "Гостоптехиздат", 1961. 232 с.

4. Колчерин В.Г., Колесников И.В., Копылов B.C., Баренбойм Ю.Л. и др. Мобильные буровые установки и агрегаты для бурения и ремонта скважин. ОАО "Сургутнефтегаз", 2004. 210 с.

5. Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование. Под общей ред. A.M. Гусмана, К.П. Порожского. Екатеринбург, УГГТА, 2002.- 592 с.

6. Моцохейн Б.И., Парфенов Б.М., Шпилевой В.А. Электропривод, электрооборудование и электроснабжение буровых установок. Тюмень, 1999. -263 с. ,

7. Абрамов Б.И., Парфенов Б.М., Кожаков О.И., Шалагин М.А. (ООО «Электропром»), Колесников И.В. (ООО «ВЗБТ»). Современный электропривод постоянного тока для буровых установок. «Электротехника». 2009. №1.

8. Электропривод постоянного тока. Состояние и тенденции. Доклады научно-технического семинара. М. Издательство МЭИ, 2002 72 с.

9. Двенадцатипульсные полупроводниковые выпрямители тяговых подстанций. Под общей редакцией Шалимова М.Г. М., «Транспорт», 1990.

10. Парфёнов Б.М., Шевырёв Ю.В. Улучшение электроэнергетических характеристик электроприводов буровых установок при* помощи фильтро-компенсирующих устройств // ЭЛЕКТРО- 2003. - №5. - С. 43-48.

11. Добрусин Л. А. Фильтро-компенсирующие устройства для преобразовательной техники. М.: НТФ "Энергопрогресс", 2003.- 84 с.

12. Абрамов Б.И, Авдийский Е.И, Коган А.И, Кожаков О.И, Моцохейн Б.И, Парфёнов Б.М. Современное и перспективное электрооборудование установок для бурения скважин глубиной до 3900 м. "Электротехника", 2001, №1, с. 11-16.

13. Портной Т.З.,. Парфёнов Б.М., Коган А.И. (под общ. ред. Б.И. Абрамова). Современное состояние и направления развития электротехнических комплексов одноковшовых экскаваторов, М., «ЗНАК», 2002, 116 с.

14. Парфенов Б.М., Шевырев Ю.В. Статические режимы фильтро-компенсируюнщх устройств в системах электропривода соизмеримой мощности. // Автоматизированный электропривод. Сборник научных трудов ОАО "Электропривод". М.: Издательство "Знак". 2002. С.134-153.

15. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

16. Парфенов Б.М., Шевырев Ю.В., Шинянский A.B. Тиристорные электроприводы главных механизмов буровых установок в системах электроснабжения соизмеримой мощности. // Обзорная информация. М.: Информэлектро. 1984.

17. Абрамов Б.И., Парфенов Б.М., Шевырев Ю.В. Методы выбора параметров ФКУ ступенчатого типа для тиристорных электроприводов в системах соизмеримой мощности. // Электротехника. 2001, №1.

18. Андреюк В. А. Метод расчета статических характеристик электропередачи постоянного тока с учетом сложной структуры примыкающей энергосистемы // Изв. НИШ 11'. 1970. Вып. 16.

19. Шевырев Ю. В. Математическое описание автономных тиристорных электро-приводов постоянного тока // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1980. №6. С. 77-85.

20. Супрунович Г. Улучшение коэффициента мощности преобразовательных установок. М.: Энергоатомиздат, 1985.

21. Глинтерник С.Р. Тиристорные преобразователи' со статическими компенсирующими устройствами. Л::Энергоатомиздат,1988.

22. Ильинский И.Ф. Основы электропривода. М.: Издательство МЭИ, 2003. 224с.

23. Осипов О.И. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод. М.: Издательство МЭИ, 2004. 80 с.

24. Сандлер A.C., Сарбатов1 P.C. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. М.: Энергия, 1974. 328 с.

25. Копылов И.П., Клоков Б.К. Справочник по электрическим машинам. М.: Энергоатомиздат, том 1 и 2. 1988.

26. Siemens. Частотный преобразователь серии Sinamics S120 (Руководство по эксплуатации).

27. Елисеев В.А., Шинянский A.B. Справочник по автоматизированному электроприводу. М.: Энергоатомиздат, 1983. 450 с.

28. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. Для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1998. -704 с.

29. Бесекерский В.А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1972. - 767 с.

30. Егоров В.Н., Шестаков В.М. Динамика систем электропривода. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983.-216 с.

31. Правила устройства электроустановок. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Главгосэнергонадзор России, 1998. - 608 с.

32. Siemens SIMOREG DC MASTER 6RA70 Series, AG 2001

33. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. М.: Высшая школа, 1982. 496с.

34. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 224 с.

35. Елисеев В.А. Релейно-контакторные системы управления электропривода. / Под ред. А. С. Лебедева. М.: Издательство МЭИ, 1995.-144 с.

36. Грейнер Г.Р., Ильяшенко В.П., Май В.П., Первушин H.H., Токмакова Л.И. Проектирование бесконтактных логических устройств промышленной автоматики. М.: Энергия, 1977. - 384 с.

37. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / Под ред. В.М. Терехова. М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 304 с.

38. Павлов В.В. Управляющие логические устройства. М.: Энергия, 1968.-80 с.

39. Осипов О.И., Усынин Ю.С. Техническая диагностика автоматизированных электроприводов. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 160 с.

40. Антропов Д. С, Петров Т.А. Автоматизация технологических процессов // Современные технологии автоматизации., 2003, №4, с. 24-29:

41. Глазунов Л.П., Смирнов А.Н. Проектирование технических систем диагностирования. Л.: Энергоатомиздат, 1982. - 168 с.

42. Осипов О.И., Усынин Ю.С Промышленные помехи и способы их подавления в вентильных электроприводах постоянного тока. М.: Энергия, 1979.- 80 с.

43. Кечиев Л.Н., Степанов П.В. ЭМС и информационная безопасность в системах телекоммуникаций. М.: Технологии, 2005. - 312 с.

44. Шваб А. Электромагнитная совместимость: Пер. с нем. В.Д. Мазина и С.А. Спектора / Под ред. И.П. Кужекина. М.: Энергоатомиздат, 1995. -480 с.

45. Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике: Пер. с нем. И.П. Кужекина / Под ред. Б.К. Максимова. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 304 с.

46. Siemens. Программируемый логический контроллер Simatic S7-300 (Руководство по эксплуатации).

47. Siemens. Система визуализации процесса WinCC v6.0 (Руководство по эксплуатации). i

48. ELSPEK. Анализатор качества электроэнергии G4400 BlackBox (Руководство по эксплуатации).

49. Панов A.C., Куцый К.Л., Осипов О.И. Электромагнитная совместимость элементов электропривода и АСУТП. Труды V Международной (16 Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. Санкт-Петербург.2007. С. 450-452.

50. Михайлов A.C. Измерение параметров ЭМС РЭС. М.: Связь, 1980.200 с.

51. Грязнов М.И., Гуревич М.Л., Рябинин Ю.А. Измерение параметров импульсов. -М.: Радио и связь, 1991.- 216 с.