Методика и средства предварительной идентификации параметров модели послеремонтных регулируемых погружных асинхронных электродвигателей

Актуальность темы. Асинхронные погружные электродвигатели (ПЭД)
электротехнических комплексов (ЭТК) установок электроцентробежных насосов
(УЭЦН) реализуют основной способ добычи нефти в России из глубинных
скважин. Специфика конструкции (малый диаметральный размер, большая длина,
многопакетный ротор, статор с протяжной трехфазной обмоткой) и особенности
электромагнитного состояния (насыщение магнитопровода, явление вытеснения
тока в стержнях короткозамкнутых обмоток ротора, действие зубцовых гармоник
магнитного поля) делают асинхронный ПЭД сложным для исследования и
моделирования объектом.
С точки зрения уменьшения энергопотребления для добычи нефти в
осложненных условиях существующие скалярные системы управления (СУ)
электроприводов УЭЦН существенно уступают векторным СУ УЭЦН. За счёт
внедрения векторных СУ при ориентации системы на вектор потокосцепления
ротора удаётся получить ряд существенных преимуществ: 1. Снижение
энергопотребления на тонну добываемой нефти. 2. Увеличение ресурса
погружного оборудования УЭЦН, особенно кабеля и ПЭД за счет формирования
оптимальных фазовых траекторий всех переменных состояния в режимах
непрерывной работы насоса. 3. Повышение функциональных возможностей УЭЦН
по безопасному расклиниванию погружных насосов за счет внедрения
специальных «щадящих» алгоритмов раскачивания, с ограничением предельных
значений крутящего момента и его производных. Широкому внедрению таких
систем на отечественных предприятиях, занимающихся разработкой и внедрением
электроприводов для нефтегазовой промышленности, мешает теоретическая
непроработанность вопросов предварительной идентификации параметров
погружных асинхронных двигателей.
Информация о состоянии ПЭД особо актуальна для сервисных организаций,
обслуживающих ЭТК УЭЦН нефтедобывающих предприятий, для
предэксплуатационной оценки технического состояния послеремонтных
асинхронных ПЭД. Развиваемый подход можно реализовать без наличия сложного
испытательного оборудования для исследования ПЭД, он делает возможным
определение энергетических показателей, пусковых, рабочих, механических
характеристик ПЭД в составе ЭТК УЭЦН непосредственно на нефтяных
месторождениях. Данная информация позволяет обеспечить оптимальные режимы
эксплуатации послеремонтных асинхронных ПЭД ЭТК УЭЦН. В связи с этим
тематика диссертационного исследования является актуальной, в первую очередь,
для сервисных организаций, обслуживающих ЭТК УЭЦН нефтедобывающих
предприятий.
Степень разработанности проблемы. В теории электрических машин
известны различные методы идентификации параметров асинхронных
электродвигателей с короткозамкнутым ротором, которые рассмотрены в работах
Беспалова В.Я., Виноградова А.Б., Вольдека А.И., Гарганеева А.Г.,
Казовского Е.Я., Каширских В.Г., Копылова И.П., Ковалева В.З., Ковалева Ю.З.,
Рогозина Г.Г., Ромашихина Ю.В., Сивокобыленко В.Ф. и др.
Значительный вклад в разработку, изучение и совершенствование
бездатчиковых асинхронных электроприводов с наблюдателями состояния и
идентификаторами параметров внесли: Браславский И.Я., Букреев В.Г.,
Виноградов А.Б., Глазырин А.С., Зюзев А.М., Каширских В.Г., Панкратов В.В.,
Bimal K. Bose и др.
Следует отметить, что существующая реализация методов, основанных на
пуске ПЭД под нагрузкой на территории электроцехов ремонтных предприятий и
на площадках нефтедобывающих скважин, сложна, не технологична и не всегда
возможна, т. к. требует сопряжения ПЭД со специальными нагрузочными
устройствами либо наличия специализированных приемно-испытательных
стендов, имеющихся только, как правило, на предприятиях-изготовителях ПЭД.
Для решения проблемы предлагается использовать известный в
электромеханике метод, основанный на регистрации при неподвижном роторе
переходного процесса затухания тока обмотки статора. Методика базируется на
фундаментальных работах Казовского Е.Я., Вольдека А.И., Копылова И.П.,
Сивокобыленко В.Ф., не требует сопряжения с механической нагрузкой ПЭД,
учитывает насыщение его магнитной системы и вытеснение тока в стержнях
обмотки ротора, имеет перспективу использования при спуске ПЭД в скважину,
может быть реализован с помощью компактной переносной установки или
средствами частотного преобразователя.
Однозначная связь параметров схем замещения ПЭД с кривой затухания тока
статора делает возможной идентификацию параметров ПЭД без трудоемкого
перехода к частотным характеристикам электродвигателя. Следует отметить, что в
научной и технической литературе данная актуальная задача и разработка
технических средств её реализации применительно к асинхронным ПЭД в составе
ЭТК УЭЦН достаточного рассмотрения не получила.
Объектом исследования является регулируемый асинхронный ПЭД в составе
ЭТК УЭЦН добычи нефти.
Предмет исследования – методики, технические средства предварительной
идентификации параметров моделей послеремонтных асинхронных ПЭД,
энергетические параметры и рабочие характеристики ЭТК УЭЦН, содержащих
послеремонтные асинхронные ПЭД.
Цель работы. Совершенствование методики и создание аппаратно-
программных средств предварительной идентификации параметров настраиваемых
моделей регулируемых асинхронных ПЭД на основе регрессионного анализа
кривых затухания токов статора, определение энергетических параметров и
построение статических и динамических характеристик ЭТК УЭЦН, имеющих в
своем составе послеремонтные ПЭД.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо
решение следующих задач:
1. Провести анализ существующих методов определения параметров моделей в