Структура электротехнического комплекса УЭЦН

В современном производстве, вне зависимости от характера работ, можно выделить несколько рабочих процессов, выполняемых с помощью машин и механизмов. Все существующие рабочие процессы могут быть классифицированы, в зависимости от рода выполняемых задач, следующим способом:

1) технологические;

2) транспортные;

3) энергетические;

4) информационные.

В соответствии с данной классификацией, основным процессом добычи нефти является транспортный рабочий процесс, то есть рабочий процесс, в результате которого происходит перемещение сырья, полуфабрикатов или готовых изделий к месту их обработки, хранения, потребления или утилизации.

Значительная часть процессов для реализации возложенных на них функций использует электрическую энергию. Такого рода процессы называются электротехнологическими, и они реализуются с помощью различного рода электротехнологических систем (ЭТС). Согласно классификации, различают следующие разновидности основных ЭТС:

1) электротермические ЭТС;

2) сварочные ЭТС;

3) пьезоэлектрические ЭТС;

4) электротехнологические ЭТС;

5) электромеханические ЭТС;

6) специализированные ЭТС;

Согласно данной классификации, установка ЭЦН относится к электромеханическим электротехнологическим системам, то есть системам, обеспечивающим превращение электрической энергии в механическую и наоборот.

Рис. 1.12. Структура электротехнологических систем:

ИЭ – источник электрической энергии; ПЭ – преобразователь электрической энергии; ЭТУ – электротехнологическое устройство; ПУ – преобразовательное устройство; РМ – рабочая машина; ТО – технологический объект; УУР – устройство управления и регулирования; ЭТК – электротехнический комплекс.

Элементы, входящие в состав электротехнологических систем, имеют следующее назначение:

ИЭ – источник электрической энергии, в качестве которого может выступать любой преобразователь какого-либо вида энергии в электрическую энергию (автономные источники электропитания, вторичные источники электропитания, аккумуляторные и солнечные батареи, фотоэлементы, термопары). Кроме этого, ИЭ может являться промышленная сеть, энергосистема, электросети транспортных средств и подвижных объектов;

ПЭ – преобразователь электрической энергии. Это устройства, преобразующие электрическую энергию с одними параметрами в электрическую энергию с другими параметрами (трансформаторы, полупроводниковые преобразователи, высокочастотные электрические машины, управляемые вентильные преобразователи с автоматическим регулированием внешней характеристики, электронные пушки и т.д.);

ЭТУ – электротехнологическое устройство, представляющее собой преобразователь электрической энергии в энергию другого вида (механическую, тепловую, химическую, гидравлическую, акустическую, световую) называемую “технологической”. В качестве примера здесь могут выступать электрические машины и электрические аппараты индуктивного и емкостного типов и т.п.;

ПУ – преобразовательные устройства, предназначенные для преобразования “технологической” энергии с одними параметрами в “технологическую” энергию с другими параметрами (редукторы, мультипликаторы, гидроусилители, пневмоусилители, устройства канализации тепловой энергии, системы охлаждения, футеровка, теплоизоляция);

РМ – рабочий механизм. К нему относится часть вышеперечисленного электрооборудования, непосредственно обеспечивающая реализацию необходимых рабочих процессов в конкретном технологическом процессе (высокотемпературные и низкотемпературные камеры для термохимической обработки изделий из черных и цветных металлов, узлы, механизмы и машины, приводимые в движение электрическими или пьезоэлектрическими двигателями и т.д.);

ТО – технологический объект. Это объект, который подвергается преобразованиям в результате выполнения технологических операций. Для данного объекта и создается рассматриваемая технологическая система.

УУР – устройство управления и регулирования. Сюда относятся различного рода информационные системы, обеспечивающие управление и регулирование параметров преобразования энергии в ходе выполнения технологического процесса.

Из рассмотрения структуры ЭТС (рисунок 1.12) следует, что элементы ПЭ, ЭТУ, ПУ, РМ, УУР в совокупности выполняют определяющую роль в процессе энергопреобразования и выполнения полезной работы. Указанное обстоятельство, в соответствии с действующими российскими и международными стандартами, в том числе стандартами Международной электротехнической комиссии (МЭК) на термины и определения позволяет ввести следующее определение:

Электротехнический комплекс (ЭТК) – подсистема электротехнологической системы, состоящая из преобразователя электрической энергии, электротехнологического устройства, преобразовательного устройства, рабочего механизма, устройства управления и регулирования, и предназначенная для функционирования электротехнологической системы в заданном технологическом процессе.

Применительно к проектируемой системе УЭЦН общая структурная схема (рисунок 1.12) принимает следующий вид (рисунок 1.13):

Рис. 1.13. Структура электротехнологической системы УЭЦН:

ЭС – электрическая сеть; КТУ – комплектное трансформаторное устройство (с преобразователем частоты); КЛ – кабельная линия; ПЭД – погружной электродвигатель; ГЗ – гидрозащита; ЭЦН – электроцентробежный насос; ПЖ – пластовая жидкость; НКТ – колонна насосно-компрессорных труб; СУ – станция управления.

Сопоставив общую структуру ЭТС и структуру УЭЦН, приходим к следующим выводам:

1. Источником энергии для УЭЦН является промысловая электрическая сеть напряжение 380 или 6000 В.

2. Преобразователем электрической энергии является трансформатор (типа ТМПН), преобразователь частоты и кабельная линия, подводящая электрическую энергию к двигателю.

3. Электротехнологическим устройством является погружной асинхронный электродвигатель (типа ПЭД), фактически, представляющий собой совокупность нескольких (от 5 до 20 и более) «элементарных» электрических двигателей, связанных гибким валом и токами статоров.

4. Функции преобразовательного устройства выполняет гидрозащита, передающая механическую энергию с вала двигателя на вал насоса.

5. В качестве рабочей машины используется электроцентробежный насос, передающий энергию вращения вала потоку добываемой пластовой жидкости, поднимающейся по колонне насосно-компрессорных труб.

6. Функции устройства управления и регулирования выполняет станция управления УЭЦН.

Таким образом, объект рассмотрения настоящей дипломной работы – УЭЦН ­­– представляет собой сложный ЭТК, состоящий из взаимодействующих физически разнородных подсистем.