автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Развитие теории и обобщение опыта разработки автоматизированных электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса

На правах рукописи

ЗЮЗЕВ АНАТОЛИЙ МИХАЙЛОВИЧ

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И ОБОБЩЕНИЕ ОПЫТА РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ АГРЕГАТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА

05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург -2004

Л

Работа выполнена на кафедре «Электропривод и автоматизация промышленных установок» ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» (г. Екатеринбург)

Научный консультант:

доктор технических наук профессор Браславский И.Я.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Козярук А.Е.

доктор технических наук профессор Ершов М.С.

доктор технических наук профессор Носырев М.Б.

Ведущее предприятие:

ФГУП «Уралтрансмаш» (г. Екатеринбург)

Защита диссертации состоится 20 октября 2004 г. в 14 час. 15 мин. в аудитории Э-406 на заседании диссертационного совета Д 212.285.03 Уральского государственного технического университета - УПИ по адресу: 620002. г. Екатеринбург, ул. Мира , 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного технического университета - УПИ.

Автореферат разослан «01» 0 9 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент

А.В. Паздерин

£30

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

мззаг

Актуальность работы. Среди основных агрегатов, применяемых в нефтегазовом комплексе, значительное место занимают насосные агрегаты поршневого или плунжерного типа, турбоагрегаты центробежного типа и буровые установки (БУ). К агрегатам первого типа относятся штанговые глубинно-насосные установки (ШГНУ), буровые насосы (БН), насосы пластового давления, ко вторым - установки электроцентробежных насосов (УЭЦН) и аппараты воздушного охлаждения газа (ABO). Буровые установки содержат в своем составе, кроме буровых насосов, спускоподъемный аппарат (СПА) и механизм вращения колонны бурильных труб (в последних моделях БУ, так называемый, верхний привод).

Анализ публикаций по проблеме автоматизированного электропривода агрегатов нефтегазового комплекса и оценка технического уровня электроприводов указанного отраслевого назначения показывает, что до настоящего времени перечисленные выше агрегаты в большинстве случаев оснащаются нерегулируемым электроприводом, выполненным на базе асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, что существенно ограничивает возможности оптимизации технологического процесса и энергопотребления. Электропривод буровых установок многодвигательный и в последнее время выполняется регулируемым на основе электродвигателей постоянного тока. Безусловно, данное решение позволяет удовлетворить самые сложные требования по реализации разнообразных технологических режимов работы буровой установки, однако в значительной степени усложняет эксплуатацию агрегата из-за наличия в системе привода коллекторной машины с присущими ей недостатками. Вместе с тем ведутся разработки и сегодня уже всеми производителями электротехнического оборудования предлагается регулируемый электропривод для любых технологических агрегатов отрасли, выполненных на основе как низковольтных, так и высоковольтных систем «тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель» (ТПН-АД) или «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» (ТТЧ-АД). Однако, внедрение этих приводов идет сравнительно медленно по ряду причин, среди которых важнейшей, по нашему мнению, является отсутствие у разработчиков системного подхода к решению проблемы создания высокоэффективного оборудования. Проявляется это в том, что несмотря на наличие довольно большого числа работ, посвященных исследованию и совершенствованию электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса, задача разработки полных математических моделей этих агрегатов, как единых электротехнических комплексов, авторами не ставилась или решалась при значительных допущениях. В результате отсутствуют строгие методики расчета мощности и оптимизации энергопотребления электроприводов, требуют обоснования структуры и методы синтеза систем автоматического регулирования технологических параметров, нуждаются в развитии, с учетом возможностей современных средств управления, методы объективного

200&РК

РОС. Н 'W Г-НА/.ЬНАЯ БИf> ТЕКА C¡;ert¡>6ypr

приборного контроля качества работы и автоматической диагностики оборудования.

Исходя из проведенного анализа состояния теории и технического уровня разработок в области автоматизированных электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса сформулированы цель и задачи настоящей диссертационной работы.

Делью работы является разработка научных основ анализа и синтеза систем автоматизированного электропривода для агрегатов нефтегазовой отрасли, обеспечивающих создание высокоэффективных автоматизированных электротехнических комплексов отраслевого назначения.

В соответствии с поставленной целью определены следующие основные задачи работы:

1. Разработка адаптированных к численным методам расчета математических моделей элементов механической части электропривода основных агрегатов нефтегазового комплекса.

2. Разработка методики моделирования и комплекса программных средств для исследования, расчета и проектирования электроприводов основных агрегатов нефтегазового комплекса.

3. Анализ и оптимизация динамических нагрузок и энергетических показателей электропривода штанговых глубинно-насосных установок.

4. Разработка и исследование системы автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважине, оборудованной ШГНУ.

5. Разработка и исследование алгоритмов и методов, обеспечивающих расширенный состав типовых защит и блокировок электропривода, а также функций автоматической диагностики оборудования ШГНУ.

6. Разработка рациональных структур электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса на основе систем ТПН-АД и их опытно-промышленная апробация.

Методы исследования. Теоретические выводы работы основываются на использовании аналитических методов современной теории электрических машин переменного тока с полупроводниковыми преобразователями, теории автоматического регулирования, классической механики и гидравлики, теории колебаний многомассовых систем, современных компьютерных технологий и численных методов прикладной математики. В работе широко используются имитационное моделирование на ЭВМ, а также экспериментальные исследования на лабораторных стендах и опытных образцах разработанных устройств в полевых условиях.

Достоверность полученных результатов. Основные положения работы подтверждены экспериментальными результатами, полученными при испытаниях опытных образцов систем управления электроприводами ряда агрегатов нефтегазового комплекса, а также внедрением и практическим использованием разработанных методик расчета, программных моделирующих комплексов, опытно-промышленных образцов и устройств.

Связь диссертационной работы с НИР. В период с 1993 г. по 2003 г. на кафедре "Электропривод и автоматизация промышленных установок" ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ» под руководством автора по договорам с ОАО НЛП «Уралметаллургавтоматика» (г. Екатеринбург), ОАО «Проммонтажавтоматика» (г. Екатеринбург), ОАО «УралНИТИ» (г. Екатеринбург), ОАО «Уралмаш» (г. Екатеринбург) выполнен комплекс НИР по проблеме автоматизированного электропривода ряда агрегатов нефтегазовой отрасли. Этот комплекс включает в себя работы по созданию систем электропривода и программного обеспечения для насосов пластового давления, аппаратов воздушного охлаждения газов, станков-качалок нефтедобывающих скважин, буровых установок.

Научные результаты н новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны методики и инструментальные средства для математического моделирования электроприводов технологических агрегатов, как единых электротехнических комплексов, с использованием которых создан ряд программ для ЭВМ, моделирующих работу электроприводов основных агрегатов нефтегазового комплекса с максимальной степенью приближения результатов к потребностям практики.

2. Разработана методика и программное обеспечение для выбора мощности двигателя и оценки энергетических показателей электропривода ШГНУ, включая расчет удельных затрат энергии на добычу продукта, использование которых позволило:

- сделать вывод о необходимости учета динамических составляющих момента в задачах расчета и выбора мощности двигателя станка-качалки;

- обосновать отличия в энергетических показателях электроприводов станков-качалок с задним и передним креплением шатуна;

- предложить энергетические критерии и способы уравновешивания станков-качалок с объективным приборным контролем качества уравновешивания.

3. Предложен ряд способов оперативной оценки динамического уровня жидкости в скважине на основе анализа параметров динамограмм в области нижней и верхней «мертвых точек» хода штока станка-качалки, на основе которых разработаны структурные схемы и алгоритмы автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважине и степени незаполнения насоса, обладающие достаточной общностью, позволяющей реализовать их как на базе электропривода периодического действия, так и электропривода с непрерывным регулированием скорости.

4. Разработаны математические модели систем автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважине и степени незаполнения насоса, проведены расчеты и натурные испытания, которые позволили вполне обоснованно рекомендовать для регулирования средней производительности ШГНУ электропривод системы ТПН-АД в периодическом режиме работы при временах цикла, выбранных из диапазона 12 ... 24 мин.

5. Предложены алгоритмы, расширяющие состав функций блокировок и защит электропривода ШГНУ. Разработана структура нейронной сети для анализа динамограмм с целью диагностики оборудования ШГНУ, которая может быть использована и на поршневых насосах.

6. Разработаны рациональные структуры электроприводов на основе систем ТПН-АД для ряда агрегатов нефтегазового комплекса: ШГНУ, ABO, насосов пластового давления, центробежных механизмов. Предложена структура «бездатчикового» асинхронного тиристорного электропривода и алгоритм вычислителя скорости, основанный на измерении э.д.с., наводимой в обмотках статора в бестоковые паузы.

Практическая ценность работы состоит в комплексном решении крупной научно-технической проблемы создания высокоэффективных автоматизированных электротехнических систем отраслевого назначения, в частности, автоматизированных электроприводов ШГНУ, поршневых насосов, механизмов центробежного типа и др., что имеет важное хозяйственное значение. Совокупность полученных теоретических и практических результатов создает объективные предпосылки для расширения области применения разработанных математических моделей, устройств и способов.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы и продолжают использоваться при разработке и проектировании электроприводов и станций управления станками-качалками в ФГУП «Уралтрансмаш» и ОАО «УралНИТИ» (г.Екатеринбург), насосов пластового давления в ОАО Hi 111 «Уралметаллургавтоматика» (г.Екатеринбург), аппаратов воздушного охлаждения газа в ОАО «Проммонтажавтоматика» (г.Екатеринбург), буровых установок нового поколения на основе частотно-регулируемого электропривода в ОМЗ МНП - «Морские и нефтегазовые проекты» (г.Екатеринбург). Разработанное программное обеспечение и методики выбора мощности двигателя применяются в курсовом и дипломном проектировании студентами специальности 180400 кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ».

Основные положения, выносимые на защиту:

- математические модели электропривода агрегатов нефтегазового комплекса: ШГНУ, буровой установки и др.;

- методика расчета и комплекс программных средств, реализующих принципы объектно-ориентированного программирования задач электропривода в среде Delphi;

- методики анализа и способы оптимизации потерь в двигателе и энергопотребления в электроприводе ШГНУ;

- способы косвенного контроля, структуры и математические модели, а также методы синтеза систем автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважинах, оборудованных ШГНУ;

- алгоритмы автоматической диагностики электропривода ШГНУ;

б

- способы бездатчикового контроля и регулирования скорости в электроприводах системы ТПН-АД и компенсации уравновешивающего момента в системах ПЧ-АД с циклической знакопеременной нагрузкой;

- структуры электроприводов для ряда агрегатов нефтегазового комплекса на основе систем ТПН-АД с микропроцессорным управлением.

Апробация работы. Основные результаты и научные положения

диссертации докладывались и обсуждались на:

- 2-ой... 12-ой научно-технических конференциях "Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями" (г. Екатеринбург (г. Свердловск), 1974 - 2001 г.г.);

- Всесоюзном научно-техническом совещании "Проблемы управления промышленными электромеханическими системами" (г. Ленинград, 1982 г.);

- Всесоюзной научно-технической конференции "Применение преобразовательной техники в электроэнергетике, электроприводах и электротехнологических установках" (г. Куйбышев, 1984 г.);

- Всесоюзном научно-техническом совещании "Цифровые системы управления преобразовательными устройствами и электроприводами на их основе" (г. Запорожье, 1984 г.);

- 9...11-ой Всесоюзных научно-технической конференциях по проблемам автоматизированного электропривода (г. Алма-Ата - 1983 г., г. Воронеж -1987 г., г. Суздаль - 1991 г.);

- научной сессии ВМЕИ им. Ленина: (г. София, НРБ, 1989 г.);

- Second International Conference on Software for Electrical Engineering Analysis and Design - ELECTROSOFT/93 (Southampton, UK, 1993);

- 1-ой Международной конференции по электромеханике и электротехнологии (г. Суздаль, 1994 г.);

- International Conference "Power Electronics and Motion Control" (Warsaw, Poland, 1994);

- 1...3-ей Международной (12... 14-ой Всероссийской) научно-технических конференциях по автоматизированному электроприводу (г. Санкт-Петербург - 1995 г., г. Ульяновск - 1998 г., г. Нижний Новгород - 2001 г.);

- Symposium on Power Electronics, Industrial Drives, Power Quality (Capri, Italy, 1996);

- 7th International Conference "Power Electronics and Motion Control" (Budapest, Hungary, 1996);

- 8th International Conference "Power Electronics and Motion Control", (Prague, Czech Republic, 1998);

- 5th international conference on unconventional electromechanical and electrical systems (Szczecin, Poland, 2001);

- Урало-Сибирской научно-практической конференции (г. Екатеринбург, 2003 г.);

- Евро-Азиатском машиностроительном форуме (г. Екатеринбург, 2003 г.);

- технических советах ОАО «Черногорнефть» (г. Нижневартовск, 1995...2000 г.);

- научно-техническом совете «ОМЗ - Электропривод и автоматизация» (г. Екатеринбург, 2002 г.);

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 110 работ, в числе которых 40 статей, 35 докладов на конференциях (включая 15 зарубежных), 15 авторских свидетельств СССР и 2 патента РФ на изобретения, 3 свидетельства РФ об официальной регистрации программ для ЭВМ. Кроме того, на рассмотрении находятся 5 заявок на выдачу патентов на изобретения по двум из которых (№ 2003125811 и №2003125832) получены положительные решения.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, девяти глав и заключения, списка использованной литературы из 179 наименований и трех приложений. Основная часть работы изложена на 300 страницах, содержит 132 рисунка и 4 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая характеристика диссертационной работы -обоснована актуальность, определена цель, отражены научная новизна и практическая ценность, описана структура работы.

В первой главе на основе обзора литературы сформулированы задачи исследования, связанные с достижением поставленной цели. При этом представлена классификация агрегатов нефтегазового комплекса на основе анализа кинематических схем и условий нагружения, приведенная в таблице 1.

Анализ конструкции и режимов работы указанных в таблице 1 агрегатов позволяет сделать ряд общих выводов относительно условий формирования нагрузок электроприводов и требований к регулированию производительности. Так изменение условий проходки скважины при бурении, дебита скважины при добыче нефти, температуры газа при его подготовке к транспортировке приводят к необходимости регулирования производительности агрегатов с целью обеспечения, соответственно, эффективной проходки скважины; поддержания оптимального значения динамического уровня жидкости в скважине или температуры газа в магистрали на заданном значении. Характерно, что УЭЦН и ABO по условиям нагрузки относятся к группе турбомеханизмов, требования по регулированию производительности которых перекрываются сравнительно небольшим (от 1,5 до 2 : 1) диапазоном регулирования скорости приводного двигателя. Электроприводы ШГНУ и буровых насосов работают при циклически изменяющейся нагрузке и требуют значительно большего диапазона регулирования скорости, который может быть ограничен значением 10:1.

Отмечается также, что все перечисленные механизмы являются нереверсивными, однако в каждом из них могут возникнуть условия реализации тормозного режима двигателя - противовключения или рекуперативного торможения. Действительно, в ШГНУ, независимо от качества балансировки, на каждом цикле присутствует участок, где момент нагрузки принимает

движущий характер. В ABO, в зависимости от состояния заслонок и воздушной среды, возможно вращение крыльчатки вентилятора отключенного агрегата навстречу рабочему направлению вращения. То же самое, очевидно, возможно и в УЭЦН. Указанные обстоятельства существенно повышают требования к выбору структуры регулируемого электропривода, особенно в случае возникновения режима рекуперативного торможения.

Таблица 1

Основные характеристики агрегатов нефтегазового комплекса

Наименование агрегата Состав механических передаточных звеньев Количество масс Технологическая сила

Спуско-подъемный аппарат БУ 1. Редуктор 2. Барабан-канат 3. Талевая система 4. Колонна бурильных труб на перемещение Многомассовая распределенная система Активная/реактивная; детерминированная/ стохастическая

Верхний привод БУ 1. Редуктор с цепной передачей 2. Колонна бурильных труб на кручение Многомассовая распределенная система Реактивная; стохастическая

Поршневой насос БУ и пр. 1. Редуктор с клиноременной передачей 2 Кривошипно-шатунный механизм 3. Поршневой цилиндр с клапанным механизмом Многомассовая система с сосредоточенными массами Реактивная, циклическая

ШГНУ 1. Редуктор с клиноременной передачей 2 Кривошипно-балансирный механизм 4. Колонна штанг и НКТ на перемещение 5. Поршневой цилиндр с клапанным механизмом Многомассовая распределенная система Активная, циклическая

УЭЦН 1. Многоступенчатый вал с промежуточными опорами 2. Колонна НКТ Многомассовая система с дисбалансом Вентиляторная

ABO 1. Упругое основание Двухмассовая система с дисбалансом Вентиляторная

Другой характерной особенностью указанных агрегатов является довольно сложный характер динамических процессов и связанных с ними явлений в системе электропривода. В первую очередь, здесь следует выделить упругие колебания в механической части, обусловленные конструктивными свойствами этих агрегатов и особенностями технологического процесса. Так, на работу СПА существенное влияние оказывают волновые процессы, возникающие в распределенной массе колонны бурильных труб. Тоже самое можно сказать и об особенностях работы верхнего привода. Периодическое перекладывание нагрузки в ШГНУ со штанг на насосно-компрессорную трубу (НКТ) и обратно вызывает упругие колебания в подвеске штока, существенно влияющие на характер момента двигателя и его величину. При работе УЭЦН могут иметь место три вида колебаний его подвески: продольные, крутильные и поперечные, которые в большей или меньшей степени связаны и взаимообусловлены. Крутильные колебания непосредственно связаны с изменением вращающего момента или момента сопротивления, осевые - с изменением разницы давлений на входе и выходе насоса. Возникновение поперечных колебаний обусловлено, главным образом, наличием дисбаланса, всегда имеющегося в механизме. Для ABO также характерно обусловленное наличием дисбаланса в механической части явление вибраций, в частности, фундамента, на котором устанавливается агрегат. Во всех случаях эти колебания поглощают значительную часть мощности двигателя, имеют тенденцию к нарастанию по мере износа оборудования и опасны возможностью его разрушения, а потому требуют специального учета и контроля. С другой стороны, эффективное регулирование производительности указанных агрегатов может быть обеспечено только при максимальном учете их динамических свойств, которые требуют соответствующего изучения.

В этой связи в работе одной из главных поставлена задача разработки математических моделей электроприводов основных агрегатов нефтегазового комплекса, позволяющих вести полноценный анализ их свойств и выполнять синтез алгоритмов управления, обеспечивающих эффективную работу агрегата.

Учитывая актуальность для нефтегазовой отрасли Российской Федерации задачи повышения эффективности нефтедобычи и принимая во внимание, что более половины фонда скважин на территории России оборудованы скважинными штанговыми насосными установками, в разделе разработки систем управления основное внимание уделено электроприводу штанговых глубинно-насосных установок. Наряду с этим, в работе приводятся рациональные структуры электроприводов механизмов поршневого и центробежного типа. Показано, что основные требования, предъявляемые к этим приводам, могут быть удовлетворены системами ТПН-АД.

Во второй главе, в соответствии с поставленными задачами, разработаны адаптированные к численным методам расчета математические модели основных элементов механической части электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса: приводятся предлагаемые расчетные схемы, математическое описание и ряд динамических характеристик, иллюстрирующих процессы в соответствующих звеньях.

Математическая модель кривошигмо-коромыслового механизма станка-качалки (СК) рассмотрена в двух вариантах: «двуплечей» конструкции - с задним креплением шатуна, и «одноплечей» конструкции - с передним креплением шатуна, расчетные схемы которых представлены на рис.1.

а) б)

Рис.1. Расчетные кинематические схемы кривошипно-коромыслового механизма с задним (а) и с передним (б) креплением шатуна

Модель построена на основе уравнения движения вала кривошипа, записанного в обобщенных координатах (уравнения Лагранжа). Звенья механизма приняты абсолютно жесткими.

(¿0)

(1)

Л 2 ^ '

где Мкр - момент, приложенный к кривошипу со стороны привода; Мс, -момент сопротивления и момент инерции механизма, приведенный к валу кривошипа; ,<р,и- угол поворота и скорость вала кривошипа, соответственно.

Обратившись к векторной форме представления параметров механизма, введем вектор масс звеньев т и внешних сил Рс, действующих на звенья:

т=[т,, т2, т3, т4]\ ^ /ч/, где Рф = т1%. (2)

Приведенные значения Мс, ^ находим по известным выражениям:

' = 9 ] = Р

М = М .и. + Л?/).; с . , С1 I . , ' = 1 J = 1

= I -Л" +

/ = 1

I I

/ = * 2

I т р) : ; = 1 1 1

(3)

в которых текущие значения передаточных отношений м, и радиусов приведений ру для каждого из звеньев конструкции получаем в результате решения уравнений кинематики механизма, представленных функционально зависимыми от угла ср векторами координат точек сопряжения Рс, центров масс звеньев и их радиусов вращения Ят,:

Рс (<? кр)=[ха, Уа; Хв, Ув; ХС, Ус; хв, у о; хе, Уе]; (4)

Узь' Х$2, у&> УйЗ! Ят~[Кт1> &т2, ЯтЗ, В-тд, (5)

позволяющих найти векторы линейных У„ и угловых Д, скоростей звеньев через приращения координат А$тф, А<ркр^ на шаге интегрирования Л К

Ут=[уХ1, \х2, чУ2, ухз, Уу3, Ух4, \у4], где У^ = АБ^ц /А V, (6)

Д,=[(01, (02, О)}, Ш4] , где П^ц = Ут(1) / (7) а затем и векторы передаточных отношений и радиусов приведения:

и((ркр)= [и¡, и2> щ, и4], где и,= Л^,) / со^.у, (8)

Р(<Рч)=[Р1, Р2, Рь Р*1, где р, = ДЗ^/Аффу; (9)

В математической модели клиноременной передачи (КРП) со шкивами диаметром с1\, <12, имеющих скорости Ы/, ы2, учтены упруго-диссипативные свойства материала ремней (Су,крп> Сд,крп), определяющие абсолютное АЬ и относительное б удлинение ремня, создающего тяговое усилие

р, = Су.крп^ + С,.КРП \ 4 О ~ £•) - «2^2 ). (10)

Учтено также изменение передаточного отношения КРП вследствие углубления ремней в пазы шкивов и проскальзывание ремней на шкивах. В итоге получена система дифференциальных уравнений движения шкивов КРП:

у^,- Мс2 - Шкт ■ ; = 32

где Мс2 и У2 - момент сопротивления и момент инерции на ведомом валу КРП, определяемые приводимым в движение механизмом; <рг - угол поворота ведомого шкива; АМкрп - момент сопротивления потерь в КРП.

Очевидно, входным воздействием в системе (11) следует рассматривать скорость со], при этом момент на шкивах (М, крп; М2 крп), передаваемый КРП, определяется через тяговое усилие по следующим выражениям:

(12)

Диаграммы на рис.2 иллюстрируют процессы в КРП при разгоне привода с постоянным ускорением.

Рис.2 Расчетные диаграммы процессов пуска механизма с КРП при отсутствии (а) и наличии (б) проскальзывания ремней в передаче

Математическая модель колонны штанг (или труб) разработана для случая вертикального расположения всех звеньев с учетом распределения массы по длине колонны и получена на основе расчетной схемы, представленной цепочкой последовательно соединенных осцилляторов (или пар масс). Естественной единицей разбиения выбирается свеча (одна труба) или штанга. Верхнему концу колонны сообщается текущая скорость от предыдущего звена механической системы [1], к нижнему концу прикладывается технологическая сила Ра[п]. В уравнениях модели (13), структурная схема которой приведена на рис.3, предусмотрена возможность учета внешних сил Рс2+Рс1, прикладываемых к колонне.

Рис.3. Структурная схема модели колонны штанг или труб

На рис.3 и в уравнениях (13) обозначено:

^¡[к] и V ¡[к] - линейные скорости верхнего и нижнего сечений к-ой свечи; гп1+т2=тс, - масса свечи; С¡2- эквивалентная жесткость свечи;

Р12 - коэффициент, учитывающий действие внутренних диссипативных сил в свече;

Ру[к] - сила упругости в к-ой свече;

к = (2,3 ... и -1), где п - число элементарных звеньев в ступени; N - номер ступени;

Введение индексированных по к и N переменных в уравнения (13) позволяет параметрировать систему уравнений на произвольную компоновку колонны труб или штанг.

На рис.4 показано прохождение волны скорости и упругой деформации вдоль колонны бурильных труб, составленной из 100 свечей, в начале процесса ее подъема. Каждая точка вертикальной оси графика характеризует состояние соответствующего звена колонны с верха до низа. Горизонтальная градуировка имеет размерности м/с для скорости звеньев и 106 Н для усилия упругой деформации. Последовательная смена состояний зафиксирована по истечении 0,05 с; 0,20 с и 0,60 с после начала подъема. Хорошо видно движение волны вдоль колонны вниз на первых двух «кадрах» и движение вверх после ее отражения от нижнего конца колонны на третьем кадре.

^у [1] N = ^у(дис) [1] N + Руш ///« >

Л

ЪШы

1

-(Гу[1и-Ру[2]„-Рс,-Рс2);

ру (бис) [к] N = в12(*,[к]„ -У2[к]„);

-¿Ру(ущ» А7* = сп(V,[к]И - V,[к]„ );

Гу А1N ~ ^у(дис) [к] N + Ру(упр) А/ N >

г"®' -'.м--'*-™

"гМи =vг/и-/7N;

Рушо Мн-в 12 (V, Мы - VJ [п]м );

^Гу(упР) Мм =С12(у,[п], -У2[п],);

РуМы ~ ^у(дис) Мы + ^у(упр) Мм-

~ ш + т [п1 "I т, + т2[п Уд,

(13)

0.06 с

075 <5 025 0 025 05 075

! ' 0.20 с' 1 !

•0 75 0.5 0.25 0 0.25 0 5 0 75

: : Згё" -0.5 " ~0.25 / . 10.00 с ^ . ; 0,25 05 075~"

[10 Нм] VI [м/с]

Рис.4. Прохождение волны в колонне бурильных труб при подъеме

Отметим, что полученные результаты достаточно близки к экспериментальным данным,

приводимым в исследованиях отдельных авторов, а разработанная методика моделирования

распределенных систем позволяет создать и математическую модель наклонной или криволинейной колонны, что весьма актуально для нефтегазовой отрасли.

Особенность математической модели поршневого насоса с приводным кривошипным механизмом, как и для СК, состоит в учете динамических составляющих момента на валу двигателя как первого, так и второго рода. Кроме того, в работе предложена методика учета при моделировании утечек и сжатия газа в жидкости, основанная на описании гидравлической сети и насоса следующими уравнениями:

Рс=Рсо+ КО:; 0,=0,- КР- , (14)

где рс - давление в сети; рсо - начальное давление, или противодавление в сети; Яс - гидравлическое сопротивление сети; т - конструктивный параметр сети; Ос -подача жидкости в сети; £?<, и - мгновенное значение подачи идеального насоса без утечек и с учетом утечек; ку - коэффициент утечек насоса.

С целью учета эффекта сжатия имеющегося в жидкости газа введем коэффициент сжатия газа кс, характеризующий относительное уменьшение рабочего хода поршня .?„ в сравнении с полным ходом При этом будем считать, что на интервале перемещения каждого из поршней «¡<(1-£с)з0 подача вследствие сжатия жидкости отсутствует, то есть 0„, = 0, а при большем перемещении подача определяется из совместного решения уравнений (14). Давление в цилиндре рщ на ходе поршня, соответствующем интервалу сжатия жидкости, принимаем обратно пропорциональным объему жидкости, то есть, пропорциональным перемещению поршня ¿„¡г

На остальной части хода давление принимаем равным рн, полученным с учетом утечек. Заметим, что рассмотренный подход к учету наиболее характерных особенностей работы поршневых насосов обладает достаточной общностью. Действительно, при коэффициенте утечек равном нулю (ку = 0) и отсутствии потерь хода поршня на сжатие жидкости (кс = 1) приходим к совместному решению уравнений (14) в традиционной постановке задачи.

При учете указанных выше факторов значения момента на валу кривошипа существенно отличаются от приводимых в литературе, что иллюстрируется расчетными диаграммами рабочих параметров бурового насоса типа УНБТ-950, представленными на рис 5.

Главная проблема при разработке математической модели погружного плунжерного насоса заключается в описании работы клапанного механизма, управляющего периодическим перекладыванием массы жидкости т„ со штока на колонну НКТ и обратно. Предложена система уравнений (16), которая позволяет учесть вызванные этим перекладыванием изменения массы последнего звена штока - т2к,ш, и НКТ - т2к,т, а также соответствующей им силы веса: и Р2к,т, построенная на анализе взаимного соотношения скоростей плунжера, приводимого в движение штангой - и цилиндра, закрепленного на конце НКТ - \2кТ. Кроме указанных факторов в системе уравнений (16) заложены условия, позволяющие учесть ход плунжера А$т, на котором происходит переключение клапана Аяк. Задавая различные значения параметра

Дзю можно смоделировать условия работы насоса с утечками в нагнетательном или в приемном клапане.

Л»-

д^

Если у2, ш > у1к Г ,то •

тг*,ш =0.5т,ж +т

9|Ш Ж

т1к,т = 0,5т зТ + тх

1-

Д*. ' Д*т

{ Дк

т2к.ш +тж,

Рим

тит = 0,5шэТ,

? тт ^

1 Д^

ч Д^у

приД«« < Дк:

приД5™ * Д^-

Если < 1>2„ г ,то •

'.-л ^

Д*.

У д°* У

1--

т1к Т = 0,5тзТ + тл

Рг .т = О'^К.Гж + тж&

Дк

Л»,

приДу„ <

* 2K.UI з.мж'

от2,7 =0,5мзГ+/яж,

^2«,Г = + тж8>

(16)

^ 25

с5 20

1510 50

Скорости пориией, м/с и попала насоса л/с

lí ЬГ

Скорости поршней, м/с и подача насоса, л/е

- V1_H1 -V2_HT V3_H1 -Q.h1

1,476 1,558 1,638 1,72 1,802 1,884 1 I, С

а)

Момент на кривошип*. Н*м

70000 60 000 50 000 40 000 30 000 20000 ЮООО 0

V i

■щ

-Metí н1 -MCCL.H1 Met3 н1 •McLhI

М, Нм

60000 50000 40 00030000-

гоооо-10 0000

1,475 1,556 1,638 1,72 1,802 1ДО4 б)

Момент на крюошипе, Н"м

ч ¡ л. , л. W

W -W \

' i .¡л/. . .Л.

. J / L .. л. , - i. j

У 1 1

- Мс11_н2

- Мс12 н2 Мс1Э н2

- Mcl н2

1,475 1,556 1,638 1,72 1,802 1£84

В)

'.с

1,475 1,558 1,838 1,72 1,802 1,684 С

Г)

Рис.5. Расчетные диаграммы рабочих параметров бурового насоса при отсутствии (а, б) и наличии (в, г) утечек и сжатия газа в жидкости

Разработаны также математические модели системы «барабан-канат» и талевой системы применительно к электроприводу СПА БУ, включенные в состав программного моделирующего комплекса «Электропривод бурового агрегата (ЭльБА)», а также математическая модель механической системы с дисбалансом применительно к электроприводу центробежных механизмов, таких, как, например, ЭЦН или ABO. В модели системы «барабан-канат» учитывается смещение каната вдоль оси барабана, изменение радиуса навивки при переходе каната на следующий слой и изменение момента инерции барабана вследствие навивки каната, отражающиеся на характере момента двигателя. Модель талевой системы построена на основе уравнений динамического баланса сил в ее ветвях с учетом упругих свойств каната. Модель системы с дисбалансом учитывает резонансные свойства механизма, проявляющиеся в изгибных колебаниях валов при разгоне и торможении.

В третьей главе, принимая во внимание, что в качестве электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса в настоящее время достаточно широкое применение находят системы ТПН-АД, разработана математическая модель указанного электропривода, реализованная в программе «ЭллАДа», в максимальной степени учитывающая особенности структуры современных многофункциональных устройств плавного пуска. Модель построена на основе системы дифференциальных уравнений асинхронной машины, записанной в неподвижной системе координат в переменных «ток статора - потокосцепление ротора», дополненной уравнениями переключающих функций, рассчитываемых в зависимости от состояния сигнала управления тиристорами,

напряжения сети и тока двигателя. Модель реализует все возможные режимы работы асинхронного тиристорного электропривода с различными системами управления. На рис.6 приведена расчетная диаграмма, демонстрирующая качество процессов в системе ТПН-АД с обратной связью по скорости, где Мбап и6аз - соответственно общепринятые базовые напряжение, ток, момент

скорость в модели системы ТПН-АД

Для данного электропривода в связи с отсутствием возможности применения на рассматриваемых агрегатах датчиков скорости предложена и исследована структура системы управления с вычислителем скорости, построенным на прямом измерении э.д.с. Е„ наводимой в обмотках статора в бестоковые паузы:

Е' = 421г(Т + ~2и*'и** С08(Т")' где Т„ - длительность бестоковой паузы;

Щк ~ мгновенное значение напряжения на фазе двигателя в начале и в конце бестоковой паузы.

Показано, что вычисленное значение скорости ювы„ с достаточной для практики точностью можно получить на основе выражения для э.д.с., наводимой в статоре полем ротора при отключении двигателя от сети, используя электрические параметры двигателя Х5, От, а, критические момент тк и скольжение & и измеренное значение напряжения на статоре и,:

1 + .

1-

1 —

Е!

со...., = 1 —

2тки](1-ч)Х,а,8к

1 + а1--

2тки1(1-о)Х,аг_

Е1

".(18)

2тки2, (1-а)Х,аг8к

Расчетные диаграммы на рис. 7 иллюстрируют качество работы предлагаемого вычислителя скорости, где т* - задание на скорость.

Рис.7. Расчетные диаграммы пуска электропривода системы ТПН-АД с обратной связью по скорости двигателя, снабженного вычислителем скорости: Тю= 2,5 с; Ме=0,2.

1 2 з

Для наиболее широко распространенных среди рассматриваемых агрегатов штанговых глубинно-насосных установок разработана математическая модель электропривода ШГНУ, объединяющая в себе модели АД с ТПН (или с преобразователем частоты) и механических элементов (СК, КРП, штанг, НКТ, погружного плунжерного насоса), реализованная в программном моделирующем комплексе «Электропривод станка-качалки с асинхронным двигателем (ЭСКАДа)». Уравнения связи (19) механических переменных отдельных элементов комплекса объединяют в единую систему уравнения модели. Приведенные на рис.8 расчетные динамограммы ШГНУ на базе СК типа ПШГН8-3 при глубине спуска насоса 1035 м, полученные для различных значений динамического уровня Ад, отражают все характерные особенности реальных динамограмм, приводимых в литературе.

Расчетные динамограммы СК с задним креплением шатуна

со

¡.КРП

1(ад = 940 м

Ход опока, м

— Ьд = 540 м

(ад = 740 м

Рис.8. Расчетные динамограммы ШГНУ

На представленной модели проведены исследования зависимостей хода, скорости шгока 5Ш, уш и поршня 5„, у„, усилий в штоке Рш и на

— ^¡.КРП >

®1.р = ^ 2.КРП'

Мс:,крп ~ МIр<

12,КРП ~ 2.КРП

со = со, :

Мс2.р =Мпр*р: ^Ъ2.р ~ ^*Р*Р'

/г - р ■

'¡¿.к гш>

(19)

поршне Рт момента на кривошипе и момента двигателя в установившихся и переходных режимах. Диаграммы на рис.9 и 10 иллюстрируют характерные процессы в электроприводе ШГНУ.

I

"•\4 6

Т. <

Чг

Г —*

Л

Ь С

12

а) б)

Рис.9. Расчетные диаграммы двойного хода штока станка-качалки с задним (а)

и с передним (б) креплением шатуна: 1-^м; 2-5„,м; 3-уш,м/с; 4-у„,м/с; 5-^ш"104Н; 6-^х104Н.

В результате исследований установлено, что диаграмма момента двигателя в «одноплечей» конструкции СК имеет лучшее заполнение (сравнить диаграммы на. рис.10, а и б), что объясняется особенностями кинематики, определяющей характер момента двигателя.

1,2 1 0,в 0,6 0,4 0,2 О -0.2

— __3

/ \

/ \ „ 1 V к'

/ Л

У \ / Л

г % <

а) б)

Рис.10. Расчетные нагрузочные диаграммы двигателя станка-качалки с задним (а) и с передним (б) креплением шатуна: 1 - х 10 м; 2 - т, отн.ед.; 3 - со, отн.ед.

Выявлено также, что при традиционных способах управления в нагрузочной диаграмме всегда присутствуют участки с активным характером момента нагрузки, вызывающим тормозной режим работы двигателя. Для частотно-регулируемого электропривода ШГНУ проведены исследования и сформулированы требования к системе управления, позволяющие исключить тормозной режим двигателя, в результате чего обоснована возможность использования ПЧ без дополнительных элементов гашения энергии или возврата энергии в сеть. На рис.11 приведена расчетная нагрузочная диаграмма двигателя в частотно-регулируемом электроприводе СК с компенсацией

уравновешивающего момента, демонстрирующая возможность ограничения величины тормозного момента двигателя путем коррекции задания на частоту. 1,25 •

1

0,75 0,5 0,25 0

-0,25

А

/ \ 1 \2

А V

у- V I

>— -1

Рис. 11. Нагрузочная диаграмма двигателя СК с компенсацией уравновешивающего момента:

1 - хш х 10 м; 2 - т, отн.ед.; 3 - со, отн.ед.

8 10 Время, с

12

14

В четвертой главе проведены исследования основных энергетических характеристик асинхронного электропривода ШГНУ: средних потерь мощности в двигателе на двойном ходе штока - ДРср и удельных затрат энергии IV^ на единицу объема поднимаемой за двойной ход жидкости Для проверки

двигателя по нагреву параллельно определялись допустимые потери в двигателе - ЛР^. Расчет потерь выполнялся по выражениям:

РЛ

ср у, »

Тч

ДРг„ - ;

е„ =-

(20)

(21) (22) (23)

где Гц - длительность цикла качания (двойного хода); , ¡'г - фазные токи статора и ротора; Мц, а>ц, е^ - номинальные параметры двигателя

Условием нормального теплового состояния двигателя является удовлетворение неравенства:

АР™ 2 ДА

(24)

Расчет удельных затрат энергии без учета утечек выполнялся по выражениям:

ЦТ - '-о "уд

е

2 т

(25)

где Тс - период напряжения сети; и, г мгновенные значения напряжения и тока двигателя; 5П - площадь поршня; яп - ход поршня.

Установлено существенное влияние параметров ШГНУ на указанные показатели. Выявлены значительные преимущества СК «одноплечей»

конструкции перед «двуплечей» по средним потерям в двигателе, определяющим выбор его мощности. При этом показано, что по удельным затратам энергии обе конструкции практически равноценны, что иллюстрируется графиками на рис. 12.

0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

Радиус противовеса, м

-с^ для одноплечего СК для двуплечего СК

а)

0,8 1 1,2 1,4 1,6

Радиус противовеса, м

—О— для одноплечего СК —О— для двуплечего СК

б)

Рис.12. Расчетные зависимости средних потерь мощности (а) и удельного потребления энергии (б) двигателями станков-качалок

С целью разработки способов объективного приборного контроля качества уравновешивания СК проведены исследования составляющих средних потерь, потребляемой энергии и среднеквадратичного тока статора на ходе штока вверх и вниз. В результате предложено использовать для оценки качества уравновешивания СК коэффициенты уравновешенности:

а) по току - Кур(потоку) = 1д2ср(в)/1д2ср(н);

б) по средним потерям - Кур(по потерям) = ДРср (в)/ДРср (н);

в) по потребляемой энергии - Кур(по энергии) = 1Ре (в)/И/с (н), которые практически с равной степенью достоверности определяют уравновешенное состояние СК, характеризующееся минимумом потерь в двигателе. При этом указанные коэффициенты принимают значение единицы, как следует из сравнения графиков на рис.12 и рис.13.

\

\

V

N

1,2 1,4 1,6

Радиус противовеса, м

-Кур (по потерям)

-Кур (по энергии) -Кур (потоку)

0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Радиус противовеса, м

—о— Кур (по потерям) —о—Кур (по энергии) —О— Кур (по току)

1,6

Рис.13. Расчетные зависимости коэффициентов уравновешенности от радиуса противовеса для СК с задним (а) и с передним (б) креплением шатуна

Для практического использования разработан способ и предложена методика уравновешивания СК с минимальными трудозатратами, основанная на контроле составляющих среднеквадратичного тока двигателя на ходе штока вверх и вниз.

В пятой главе решается задача синтеза системы автоматического регулирования производительности ШГНУ при изменении условий эксплуатации и состояния скважины. Главный вопрос, который при этом возникает, заключается в выборе метода и средств измерения динамического уровня жидкости в скважине. В работе проведен анализ составляющих статического усилия в подвеске устьевого штока, результаты которого указывают на возможность оценки динамического уровня hd на основе вычисления разности статических усилий на ходе штока вверх Fcm(e) и вниз Fcm(n) при известной плотности жидкости рж и затрубном давлении р3:

и _ ~F*n(»)+SnP, „ „

A>=---(26)

S»P ж8

В итоге предложен ряд способов косвенного измерения динамического уровня, основанных на анализе усилий в подвеске устьевого штока при прохождении мертвых точек, подразделяющиеся на способы периодического контроля с остановкой агрегата (26), (26,а) и способы непрерывного контроля в движении (27), (28). С целью исключения из результатов измерения составляющей усилия от сил трения во всех случаях рекомендуется определять средние усилия в позициях мертвых точек на основе разности усилий перед и после прохождения мертвой точки, как показано на рис. 14.

Среднее усилие лляНМТ

Среднее усилие для ВМТ

Fcm(e)

F +F

cm(tt)

_ + Км

Рис.14. К понятию среднего усилия в положениях мертвых точек р - р

1 гу»!. I * г*

^ _ cm(i) ±см(н)+8пР,

, если принять рх = рс (l - Fm ж /Fu);

(26,а)

где рс - плотность материала штанг; Гш, Ршж - вес штанг в воздухе и жидкости.

F — F

U - СР<"> I р,

Fcp(.i - ■

F.<-) +

где

ср(н)

hK - экспериментально определяемый корректирующий параметр;

F — F

"a,«

S.P ж8

где

F =

f<m+f-

(27)

(28)

Регулирование производительности ШГНУ может быть обеспечено различными системами электроприводов. Исходя из минимальной стоимости, предложено использовать систему ТПН-АД, обеспечивающую регулирование средней производительности ШГНУ в периодическом режиме работы. При этом время цикла управления рекомендуется выбирать из диапазона 12 ...24 мин, что исключает перемерзание коллектора в зимних условиях и практически не ухудшает теплового состояния двигателя. Заметим, что предлагаемый способ регулирования производительности весьма удачно сочетается со способом периодического контроля динамического уровня, осуществляемого путем чередования позиций останова ВМТ-НМТ-ВМТ и т.д., для выполнения замеров статических усилий в штоке в этих позициях.

Наряду с контролем и регулированием динамического уровня на основе анализа динамограмм предлагается осуществлять контроль и регулирование степени незаполнения насоса, являющейся весьма важной характеристикой качества работы агрегата. Предложены и исследованы два типа структур систем автоматического управления электроприводом ШГНУ: одноконтурная САР динамического уровня и двухконтурная САР степени незаполнения насоса с внутренним контуром регулирования динамического уровня, функциональные схемы которых приведены на рис.15.

Фильтр

Регулятор уровня

уст.

Фильтр

а)

Т/Гу

Ьд.»

ТТТИМ Пуск/Спит

Ьдл

Вычислитель

Р.

ШГНУ

Регулятор , ФильтР незаполнения

незаполнения ,'д-Уст ЛИ

б)

САР динамического уровня ШГНУ

Эффект незаполнения

Фильтр

Вычислитель незаполнения

Рис.15. Функциональные схемы систем автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважине (а) и степени незаполнения насоса (б)

Для анализа процессов в предлагаемых системах разработана математическая модель САУ ШГНУ с регулируемой производительностью, расчетная структурная схема которой приведена на рис.16. В основу разработки положена широко используемая в специальной литературе модель скважины, представленная апериодическим звеном с постоянной времени Тс и коэффициентом продуктивности кс, устанавливающая следующую зависимость дебита скважины от пластового давления рт и давления на забое рс:

т/(Р™~Рс)+(Р»,-Рс) = ^в> К=К-(рс-р,)1рхЕ, (29)

где Ин - глубина спуска насоса.

Эффект незаполнения насоса описан линейным звеном с зоной нечувствительности.

Рис.16. Структурная схема системы автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважине

Синтез регулятора уровня предлагается выполнять, исходя из условия обеспечения монотонного характера процесса регулирования, учитывая, что система обладает односторонней управляемостью и не может устранить перерегулирование отрицательным управляющим воздействием. В таком случае передаточная функция регулятора принимает следующий вид:

ШР(р) =-Т^РЦ--(30ч

где постоянная времени 7ф фильтра, задающего быстродействие системы, выбирается, исходя из запаса производительности установки, а коэффициенты передачи насосной установки К„ и вычислителя динамического уровня Ки определяются конструктивными параметрами соответствующих элементов.

Регулятор незаполнения в этом случае целесообразно выбирать интегрального типа, настраивая контур регулирования степени незаполнения насоса на модульный оптимум.

Результаты исследования процессов в указанной модели демонстрируют возможность регулирования динамического уровня и степени незаполнения насоса в режиме периодической работы ШГНУ с достаточно высоким качеством, которое иллюстрируют диаграммы на рис.17. В то же время полученные в данной главе результаты и выводы носят общий характер и могут быть рекомендованы к применению в электроприводах ШГНУ с регулированием производительности за счет плавного регулировании скорости.

Динамический уровень -Коррекция задания

— Подача насоса — Заданный уровень

Рис. 17. Расчетные диаграммы регулирования динамического уровня и степени

незаполнения насоса

В шестой главе с целью повышения надежности работы ШГНУ разработан расширенный состав защит и блокировок электропривода, условия реализации основных из которых при наличии датчиков положения (ДГТ) штока и датчиков усилия (ДУ) в штоке приведены ниже:

1-1. £2

тепловая защита двигателя: М(13)й1га(1ы), где 1м(1$)= Г-^'.

' М

перегрузка штанг: Р > Fm<м,

обрыв ремней: < 1т1„,

обрыв штанг: [—■ = 0 j л (Я" < РтЫ );

(с!Р \ (¿Г \ обрыв шатунов: I — = О I л I — = 01;

нарушение балансировки агрегата: АК

Таблица признаков неисправностей

Мини- Нет Нет

мальный прнращвних приращения Амри*

ток лп ДУ

1 Обрыв ремней

0 1 0 Нет ДП

0 1 1 Обрыв шиуяов

0 0 1 «Обрыв штанг»

или «Нет ДУ»

УР

<ЛК

недопустимый разбаланс: p-tf^ max '

незаполнение насоса:

{ds

при "кг < Л-ь

dF_

-ds J г \«*Jt

где X\, \2 - суммарное растяжение штанг и НКТ на ходе штока вверх и вниз.

В этой главе также проведены исследования возможностей диагностики состояния оборудования ШГНУ средствами нейронной сети. Для этого разработана структура нейронной сети, выполнено ее обучение и тестирование. На основе выделения характерных элементов изображения девяти основных типовых динамограмм, применяемых на практике для оценки состояния ШГНУ, предложено использовать матричную форму цифрового представления динамограмм в бинарном описании с разрешением 14 х 8. Для построения системы диагностирования применена структура двухслойной прямонаправленной нейронной сети, в результате вычислительных экспериментов с которой получены ее параметры: 112 - 9 - 26. В качестве функции связи нейронов различных слоев выбрана смещенная в положительную область сигмоидальная функция. Обучение сети проведено с помощью комбинированного алгоритма обратного распространения ошибки с возмущением и адаптацией параметра скорости настройки.

Тестирование предложенной системы, выполненное в приложении Neural Network Toolbox в среде Matlab, подтвердило достаточно высокую точность распознавания характерных неисправностей агрегата в условиях значительного зашумленния динамограмм помехами, обусловленными работой датчиков, аналого-цифровых преобразователей в составе контроллера, а также статическими силами трения и динамическими нагрузками от вынужденных и

собственных колебаний штанг и

Динамо грамма 4

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Уровень зашумления

столба жидкости, и т.п. На рис.18 приведены усредненные результаты серии испытаний для одной из динамограмм.

Рис.18. Зависимость точности распознавания динамограммы № 4 (наличие утечки в приемном клапане) от уровня зашумления

В седьмой главе приводятся результаты полевых испытаний опытных образцов станций управления ШГНУ на реальных объектах в ОАО «Черногорнефть», подтверждающие основные теоретические выводы работы. На рис.19 представлены в оцифрованном виде динамограммы, полученные средствами опытной станции управления, оборудованной стационарными датчиками динамометрирования. Динамограммы наглядно демонстрируют зависимость усилия в штоке на ходе вверх от динамического уровня жидкости

в скважине, которое, как видим, возрастает с увеличением динамического уровня. Причем на динамограммах ШГНУ скважины № 26292 также видно, как с увеличением динамического уровня начинает проявляться незаполнение насоса.

Скважина № 8286 Скважины № 26292

31 37 4> 48 94 «О 4« 72 77 8Э

Положение штока, х 0,05 м

1 - Ад = 422 м, 2 - Ад = 608 м, 3 - Ад = 717 м, 4 - Ад = 750 м.

31 34 41 44 51 33 во £5 70 7S SO

Положение штока, * 0,05 м

1 - Ад = 500 м, 2 - Ад = 644 м, 3 - Ад = 786 м, 4 - Ад = 812 м, 5 - Ад = 936 м, 6 - Ад = 912 м,

Рис.19. Экспериментальные динамограммы

На рис.20 приведены экспериментально полученные регулировочные характеристики скважины № 8286, на которых показаны зависимости динамического уровня (а) и дебита скважины (б) от относительного времени работы установки \-=Тр/Ту в цикле управления, составлявшем 12 мин. Аналогичные характеристики получены и для других скважин, на которых проводились подобные опыты, что подтверждает возможность регулирования средней производительности ШГНУ путем организации периодического режима работы при относительно коротких циклах управления. При этом существует возможность перекрытия практически полного диапазона регулирования технологических переменных скважины. Заметим, что указанные зависимости в области рабочих значений параметров режима имеют характер, близкий к линейным, что упрощает задачу синтеза регулятора уровня.

а)

б)

Рис.20. Регулировочные характеристики скважины № 8286

В подтверждение возможности измерения динамического уровня жидкости в скважине косвенным методом на рис.21 приводится тарировочная характеристика вычислителя уровня для скважины № 8286, полученная путем обработки реальных динамограмм по выражению (27) с вычислением разницы средних значений усилий при прохождении штоком нижней и верхней мертвых точек.

800

700

& >>

3 600 х х в

§ 500

400

----- /

Рис.21.Тарировочная характеристика вычислителя динамического уровня жидкости в скважине № 8286

Как видно из приведенной зависимости, точность вычисления динамического уровня, достигаемая при этом методе, достаточно высокая.

400 500 600 700 Уровень по эхолоту, м

800

Процесс регулирования динамического уровня жидкости в скважине при ступенчатом изменении уставки относительного времени работы в цикле

управления с начального значения демонстрирует диаграмма на рис.22.

Рис.22. Переходная характеристика скважины № 8286 на ступенчатое изменение уставки относительного времени работы ШГНУ в цикле управления

Приведенная характеристика показывает, что процесс регулирования динамического

уровня жидкости в скважине носит апериодический соответствует принятым представлениям о свойствах управления.

Тр/Ту = 33% до конечного 50°/о

t, час

характер, что вполне скважины и системы

В восьмой главе рассматривается разработанный под руководством автора технологический электропривод системы ТИН-АД с микропроцессорным управлением (см. рис.23) и обсуждаются рациональные структуры электроприводов на его основе для ряда агрегатов нефтегазового комплекса: ШГНУ (показан на рис.24), ABO, поршневого насоса пластового давления, центрифуги. Отличительной особенностью всех перечисленных электроприводов является наличие в их структуре датчиков технологических параметров, позволяющих средствами системы управления электроприводом

решать задачи технологического управления: регулирования, оптимизации режимов, диагностики.

Микроконтроллер

Система управления технологическим процессом Система управления электроприводом + СИФУ

. II II

II II

Система контроля связи с верхним уровнем Система интерфейса наладчика-пользователя

Я

§ V

О Н

€ В

|

1 о

г 8

о Щ £ Р

1 й

о о л ч а 1

1 о

Узел связи с сетью

Сеть ?

д

Узел обработки сигналов датчиков

ТПН

Рис.23. Общая структура технологического электропривода на основе системы ТПН-АД с микропроцессорным управлением

звов

ДН1

Технологический регулятор

МПСУ

Пуск/Стоп

1Ф

Система управления электроприводом

ДТ Г ТПН

Рис.24. Структура автоматизированного электропривода ШГНУ

В девятой главе рассматривается инструментарий и технология программирования задач электропривода в среде Delphi, основанная на принципах объектно-ориентированного программирования (ООП), позволяющая с минимальными трудозатратами создавать профессиональные Windows-приложения отраслевого назначения. В соответствии с принципами ООП разработана библиотека Delphi - компонентов «UPI», включающая в себя весь набор программных модулей, необходимых для разработки программ, моделирующих работу электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса. На рис.25 приведена общая структура Delphi - компонента «UPI», а на рис.2б -пример палитры Delphi, включающей в свой состав компоненты элементов механики.

U

О

У.

Компонент

=>

V

X

Р - вектор параметров модели и метода интегрирования; II - вектор внешних переменных (управляющих и возмущающих воздействий), У - вектор выходных переменных (результатов вычислений);

X - вектор переменных метода интегрирования.

Рис.25. Структура Delphi - компонента «UPI»

fr Е* щ т** В» от^ 'Ш&т Хо*

Г75ПП

здммг) ml cwm irnimßm 1с<тв\шт\?я: i psc. du| шшйvw»j sjlt

f

Рис.26. Палитра Delphi - компонентов механики

Рассмотренная в данной главе технология и инструменты программирования использованы при разработке программных продуктов, предназначенных для анализа и проектирования электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса: «Электропривод бурового агрегата (ЭльБА)», «Электропривод станка-качалки с асинхронным двигателем (ЭСКАДа)», а также асинхронных тиристорных электроприводов общего назначения -«Электропривод на базе асинхронного двигателя (ЭллАДа)». В основу разработки указанных программ положены математические модели объектов, представленные в га .2 и 3 Перечисленные программные комплексы позволяют решать следующие задачи:

- исследование динамики привода и механизмов;

- выбор силового электрооборудования;

- исследование условий электромагнитной совместимости преобразовательных устройств с источником питания;

- поиск оптимальных настроек контурных и технологических регуляторов автоматизированного электропривода.

Кроме того, в этой главе приводятся сведения о структуре программного обеспечения, разработанного для микропроцессорной системы управления технологическим электроприводом системы ТПН-АД и его модификаций для агрегатов нефтегазового комплекса. Отличительная особенность разработанного ПО - модульность и полнота охвата задач: от управления преобразователем и технологией до функционального сервиса. Предлагаемое структурирование программно реализуемых задач является достаточно общим и может быть использовано при разработке автоматизированных электроприводов различных агрегатов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе развиты теоретические положения механики электропривода и синтеза систем управления ряда агрегатов нефтегазовой отрасли как единых электротехнических комплексов, созданы эффективные методы и средства объектного программирования задач электропривода, а также обобщен опыт разработки технологического электропривода отраслевого назначения на базе систем «тиристорный преобразователь напряжения -асинхронный электродвигатель».

Основные теоретические и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Предложены адаптированные к численным методам расчета математические модели элементов механической части электропривода основных агрегатов нефтегазового комплекса:

- кривошипно-балансирного механизма;

- распределенной колонны труб или штанг;

- клиноременной передачи с редуктором;

- плунжерного или поршневого насоса;

- системы барабан-канат и талевой системы;

- упругих валов с дисбалансом.

2. Разработана математическая модель электропривода, выполненного по системе ТПН-АД, учитывающая особенности структуры и многофункциональность современных устройств плавного пуска.

3. Разработана методика и инструментальные средства для создания в среде Delphi прикладных программных комплексов, моделирующих работу электропривода.

4. Разработаны программные моделирующие комплексы «ЭллАДа», «ЭСКАДа», «ЭльБА», позволяющие решать задачи оптимизации структуры и параметров ряда технологических агрегатов отраслевого назначения: ШГНУ, буровых установок и большинства общепромышленных механизмов; включая задачи выбора мощности двигателя, энергообеспечения, настройки контурных и технологических регуляторов, поиска и отработки алгоритмов регулирования и диагностики и пр.

5. Получены и исследованы зависимости усилия в пггоке и момента двигателя от хода штока в электроприводе ШГНУ. Выявлено существенное влияние динамических процессов в скважинном штанговом насосе и условий

уравновешивания механизма на характер момента двигателя. При этом обнаружены значительные отличия в диаграммах момента двигателя на станках-качалках с задним и передним креплением шатуна. Получены расчетные динамограммы ШГНУ, наглядно отражающие взаимосвязь характерных её элементов с параметрами установки, в частности, с динамическим уровнем жидкости в скважине.

6. Для частотно-регулируемого электропривода механизмов с циклической знакопеременной нагрузкой сформулированы требования к системе управления вращающим моментом приводного двигателя, исключающие тормозной режим его работы. Выполнение указанных требований позволяет использовать наиболее простые структуры преобразователей частоты без тормозных цепей или узлов рекуперации энергии в сеть.

7. Для систем ТПН-АД общепромышленного назначения предложена структура «бездатчикового» электропривода с вычислителем скорости, построенном на измерении э.д.с., наводимой в обмотках статора в бестоковые паузы.

8. Разработана методика и программное обеспечение для выбора мощности двигателя и расчета энергетических показателей электропривода ШГНУ, включая расчет удельных затрат энергии на добычу продукта, с использованием полной модели электропривода ШГНУ. Выполнен анализ потерь в двигателе ШГНУ, который приводит к выводу о необходимости учета динамических составляющих момента в задачах расчета и выбора мощности двигателя и оценки условий уравновешивания станка-качалки.

9. Сравнение потерь в двигателе станков-качалок с задним и передним креплением шатуна выявило существенные преимущества последних (с передним креплением шатуна), что объясняется более равномерным заполнением диаграммы момента двигателя, обусловленным особенностями их кинематической схемы. Установлено, что по показателю удельных затрат энергии обе конструкции практически равноценны.

10. Доказано, что качество уравновешивания станка-качалки оказывает существенное влияние на уровень потерь мощности в двигателе и удельные затраты энергии. Исследованы различные критерии качества уравновешивания и предложен способ уравновешивания с объективным приборным контролем, основанный на использовании среднеквадратичного значения тока двигателя на ходе штока вверх и вниз. Применение способа решает задачу минимизации потерь в двигателе и оптимизации энергопотребления, что позволяет снизить эксплуатационные расходы и повысить надежность работы установки в целом.

11. Доказано, что использование периодического режима работы ШГНУ с целью регулирования производительности при рекомендуемых параметрах цикла (12 ... 24 мин), практически не ухудшает теплового состояния двигателя, а скважина, работая в этом режиме, может длительно функционировать даже при низких температурах воздуха без опасности размораживания. Динамические нагрузки на механизм при этом не превышают нагрузок

установившегося движения за счет реализации плавного пуска и торможения двигателя.

12. Сделан вывод, что применение системы автоматического регулирования динамического уровня, поддерживающей оптимальное его значение, позволяет в качестве дополнительного эффекта оптимизировать не только тепловое состояние двигателя, но и энергопотребление, сохраняя его минимально возможное значение при условии предварительной балансировки механизма на заданный динамический уровень.

13. Выполнен анализ статических усилий в подвеске устьевого штока ШГНУ, в результате которого разработан ряд способов оперативной оценки динамического уровня жидкости в скважине косвенным методом на основе анализа параметров динамограмм в области нижней и верхней «мертвых точек» хода штока станка-качалки.

14. Разработана функциональная схема системы автоматического управления ШГНУ на основе электропривода, выполненного по системе ТПН-АД, включающая стационарные средства динамометрирования. Разработаны структурные схемы и алгоритмы автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважине и степени незаполнения насоса, построенные на основе анализа параметров динамограмм. Сравнение вариантов построения систем автоматического регулирования динамического уровня показывает, что универсальными возможностями обладает система автоматического регулирования степени незаполнения насоса, содержащая контур регулирования динамического уровня в качестве внутреннего контура.

Разработанные функциональные и структурные схемы систем автоматического управления ШГНУ обладают достаточной общностью, позволяющей реализовать их на базе электропривода любого типа, как периодического действия, так и с непрерывным регулированием скорости.

15. Разработаны математические модели систем автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважине и степени незаполнения насоса и проведены исследования процессов регулирования динамического уровня в режиме периодической работы ШГНУ. Результаты исследования показывают, что регулирование средней производительности ШГНУ в периодическом режиме работы при временах цикла, выбранных из диапазона 12 ... 24 мин., обеспечивает приемлемое качество регулирования при незначительных пульсациях динамического уровня.

16. Расширен перечень типовых защит, блокировок и функций диагностики оборудования ШГНУ за счет введения в состав системы управления ШГНУ стационарных средств динамометрирования. Предложены алгоритмы реализации ряда новых функций - оценки степени незаполнения насоса, идентификации обрыва штанг или шатунов; улучшены алгоритмы реализации известных функций - оценки качества уравновешивания, защиты двигателя от перегрева и др.

17. Разработана структура нейронной сети для анализа динамограмм с целью диагностики ШГНУ и выполнена ее программная эмуляция в среде Ма^аЬ. Проведено исследование качества распознавания характерных

неисправностей ШГНУ с помощью нейронной сети, показавшее возможность её эффективного применения в системах автоматического управления ШГНУ, поршневых насосов и т.п.

18. Проведен анализ имеющихся решений, на основе которого разработаны рациональные структуры автоматизированного электропривода на базе систем ТТТН-АД с микропроцессорным управлением для ряда агрегатов нефтегазового комплекса: локальная система оптимального управления ЛСОУ ШГНУ, поршневых насосов пластового давления, аппаратов воздушного охлаждения газа, центробежных механизмов с дисбалансом на валу. Все структуры содержат средства контроля технологических параметров агрегатов.

19. Разработана структура программного обеспечения и пакет программ для технологического электропривода, выполненного на основе системы ТПН-АД, которое включает в свой состав внутренние и внешние программные средства, используемые при эксплуатации электропривода.

20. Проведены полевые испытания и пробная промышленная эксплуатация двух опытных образцов станций управления ЛСОУ-ШГНУ на скважине № 26264 и № 8286 куста 919 ЦДНГ-2 Самотлорского управления ОАО «Черногорнефть». В станциях реализован принцип автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважине на основе анализа динамограмм. В ходе испытаний станций ЛСОУ ШГНУ получены следующие результата:

- подтверждена возможность и целесообразность использования привода системы ТПН-АД в составе ЛСОУ ШГНУ для обеспечения плавного пуска и останова двигателя в заданном положении, организации контрольных циклов, обеспечивающих возможность измерений усилий в штоке и реализации режима работы с паузами, регулируемыми в широком диапазоне;

- доказана возможность автоматического вывода скважины на режим работы с заданным динамическим уровнем на основе косвенного метода измерения уровня жидкости в скважине, основанном на замерах усилий в штоке.

В совокупности результаты работы представляют собой решение крупной научной проблемы, связанной с разработкой методов анализа и синтеза автоматизированного электропривода для агрегатов нефтегазовой отрасли, обеспечивающих возможность системного подхода к его проектированию и эксплуатации и создания высокоэффективных автоматизированных электротехнических комплексов отраслевого назначения, что имеет важное хозяйственное значение.

Содержание диссертационной работы отражено в следующих основных публикациях:

1. Браславский И.Я., Зюзев A.M. Опыт внедрения тиристорных асинхронных электроприводов с фазовым управлением. Свердловск: Областное правление Союза НИО СССР, 1981. 47 с.

2. Сбалансированные манипуляторы / И.Л. Владов, В.Н. Данилевский, А.М.Зюзев. и др.; Под ред. П.Н. Белянина. М.: Машиностроение, 1988. 264 с. (Автоматические манипуляторы и робототехнические системы).

3. Позиционный тиристорный асинхронный электропривод с управлением от следящей системы / И.Я. Браславский, О.Б. Зубрицкий, A.M. Зюзев и др.// ЭП. Электропривод. 1973. № 1(18). С. 16-18.

4. Браславский И.Я., Зюзев А.М., Тетяев Е.Ф. Управление тормозными режимами тиристорных асинхронных электроприводов // Электротехника. 1976. № 3. С. 9 - 12.

5. Браславский И .Я., Зюзев А.М. Рациональные тиристорные схемы динамического торможения асинхронных двигателей // ЭП. Электропривод. 1976. №1(45). С. 15-16.

6. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Кокшаров Л.П. Рациональные структуры систем тиристорного асинхронного электропривода с фазовым управлением // ЭП. Электропривод. 1979. № 2(73). С. 8 - 10.

7. Пути совершенствования и перспективы использования тиристорных асинхронных электроприводов с фазовым управлением / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, Н.П Кутлер и др. // ЭП. Электропривод. 1980. № 4(84). С.24 - 27.

8. Система управления тиристорным преобразователем для асинхронных реверсивных электроприводов / И.Я. Браславский, А.М. Зюзев, Л.П. Кокшаров и др. // ЭП. Электропривод. 1981. № 5(94). С. 31 - 38.

9. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Кокшаров Л.П. Линеаризация САР скорости асинхронного электропривода с тиристорным фазовым управлением // Электричество. 1981. № 12. С. 43 - 46.

10. Браславский И.Я., Зюзев А.М. Исследование частотных характеристик асинхронных трехфазных электродвигателей при различных способах параметрического управления / Изв. вузов. Электромеханика. 1982. № 3. С. 11-14.

11. Браславский И.Я., Зюзев А.М., Трусов Н.П. Сравнительный анализ способов регулирования подачи центробежных насосов / ЭП. Электропривод. 1983. №2(112). С. 8-10.

12. Автоматизация выбора и проверки по нагреванию двигателей асинхронных электроприводов с тиристорным фазовым управлением / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, Д.Г. Тимофеев и др. // Оптимизация режимов работы систем электроприводов. Красноярск: КПИ, 1983. С. 59 - 63.

13. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Трощенко В.Г. Исследование процесса торможения электропривода центрифуги с переходом через резонанс / Оптимизация режимов работы систем электроприводов. Красноярск: КПИ, 1983. С. 63 - 66.

14. Браславский И.Я., Зюзев А.М. Регулирование скорости тиристорных асинхронных электроприводов с параметрическим управлением / Электричество. 1985. № 1. С. 27-32.

15. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Тимофеев Д.Г. Особенности построения тиристорных асинхронных электроприводов сбалансированных манипуляторов / Повышение эффективности промышленных установок средствами электропривода: Сб. науч. тр. М.: МЭИ, 1987. № 150. С. 42 - 47.

16. Браславский И .Я., Зюзев А.М., Шилин С. И. Синтез цифровых регуляторов для систем управления скоростью асинхронных тиристорных электроприводов // Электротехника. 1991. № 10. С. 17-19.

17. Braslavsky I.Ya., Zuzev А.М., Shilin S.I. Digital asynchronous electromotive drive for automatically transport-storing system // Proceeding of the Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Advanced Electrical Motors: SPEEDAM'92. Positano, Italy, 1992. P. 339 - 344.

18. Braslavsky I.Ya., Zuzev A.M., Shilin S.I. Software for thyristor voltage regulator-asynchronous motor (TVR-AM) Software Applications in Electrical Engineering: Editor P.P. Silvester // Computational Mechanics Publications. Southampton Boston, 1993. P. 154 - 159.

19. Automatic control system for asynchronous electrical drive speed adjusting without speed - data unit on the shaft / I.Ya. Braslavsky, A.M. Zuzev, D.G. Timofeev et al // 7-th International Conference on electrical machines and drives. Bulgaria, Varna, 1993. P. 121 -123.

20. Braslavsky I.Ya., Zuzev A.M., Trusov N.P. Adjustable asynchronous electrical drive with an indirect measuring of motor speed, temperature and torque // Proceeding of the Power Electronics Electrical Drives, Advanced Electrical Motors. Italy, 1994. P. 175 - 178.

21. Braslavsky I.Ya., Zuzev A.M., Shilin S.I. Adjustable Asynchronous Electric Drive with digital Control for transport storing System // International Conference "Power Electronics Motion Control". Conference Publication. Vol. 1, Poland, 1994. P. 84 - 86.

22. Браславский И.Я., Буйначев C.K., Зюзев A.M. Алгоритмы и программные средства для автоматизированного проектирования и оптимизации параметров электромеханических систем // Тезисы докладов 1-ой Международной конференции по электромеханике и электротехнологии. Суздаль, 1994. Часть 2. С. 21.

23. Браславский И .Я., Зюзев А.М., Шилин С.И. Микропроцессорный контроллер для управления позиционным асинхронным электроприводом с тиристорным преобразователем напряжения // Электротехника. 1994. № 7. С. 20-22.

24. Буйначев С.К., Зюзев A.M. Математическая модель электропривода с несбалансированным ротором на упругой подвеске // Теория машин металлургического и горного оборудования: Межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1994. Вып. 15. С. 58 - 73.

25. Буйначев И.Я., Зюзев A.M. Исследование внутриходовой модуляции скорости в механизме с циклически меняющейся передаточной функцией // Теория машин металлургического и горного оборудования: Межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1994. Вып. 15. С. 111 - 119.

26. Браславский И.Я., Зюзев А.М., Шилин С.И. Динамическая модель силовой части системы тиристорный преобразователь напряжения -асинхронный двигатель // Современные проблемы энергетики, электромеханики и электротехнологии: Вестник УГТУ. Екатеринбург: УГТУ -УПИ. 1995. Часть 2. С. 184 - 187.

27. Браславский И .Я., Зюзев А.М., Шшпга С.И. Импульсная модель тиристорного преобразователя напряжения в системах цифрового и аналогового управления асинхронным электродвигателем // Современные проблемы энергетики, электромеханики и электротехнологии: Вестник VI "ГУ. Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 1995. Часть 2. С. 188-191.

28. Буйначев И.Я., Зюзев А.М. Определение пределов изменения и оптимальных значений параметров кинематической цепи рычажного механизма // Теория машин металлургического и горного оборудования: Межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1996. С. 40 - 46.

29. Браславский И.Я., Зюзев А.М., Шилин С.И. Тиристорный преобразователь напряжения в асинхронных электроприводах с микропроцессорным управлением // Электротехника. 1996. № 6. С. 36 - 39.

30. Braslavsky I.Ya., Buinashev S.K., Zuzev A.M. Synthesis of electric drive control laws providing reduction of loads in mechanical drives // Proceedings of the 7th International Conference "Power Electronics and Motion Control". Vol.2, Budapest, Hungary, 1996. P. 94 - 96.

31. Braslavsky I.Ya., Buinashev S.K., Zuzev A.M. Algorithms and Software for automated designing and optimization of parameters of electromechanical system // Proceeding of the Symposium on Power Electronics, Industrial Drives, Power Quality. Capri, Italy, 1996. P. C2-(7-9).

32. Зюзев A.M., Ульянов B.A. Система управления агрегатами воздушного охлаждения газа // Электроприводы переменного тока: Сб. тр. 11-ой междунар. науч. - техн. конф. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1998. С. 227 - 229.

33. Braslavsky I.Ya., Zuzev A.M. Electrical drive with microprocessor control system for deep-well pumps of oil-producers // Proceedings of the 8th International Conference "Power Electronics and Motion Control". Vol.4. Motor Drives. Prague, Czech Republic, 1998. P. 4 - (109-113).

34. Браславский И.Я., Зюзев A.M. Автоматизированные электроприводы для агрегатов нефтегазового комплекса // Проблемы автоматизированного электропривода: Тезисы докл. 2-ой Международной (13-ой Всероссийской) науч. - техн. конф. / Под. ред. М.А. Боровикова. Ульяновск: УлГТУ, 1998. С. 126-127.

35. Зюзев A.M. Технологический электропривод системы ТПН-АД для агрегатов нефтегазового комплекса // Электротехника. 1998. № 8. С. 44-47.

36. Зюзев A.M., Костылев А.В. Поляков А.В. Объектно-ориентированный контроллер технологического электропривода системы ТПН-АД // Электротехника. 1998. № 8. С. 39 - 43.

37. Braslavsky I. Ya., Zuzev А. М., Kostylev А. V. Neural control system for induction motor drive. // Electromotion'99: 3rd international symposium on advanced electromechanical motion systems. Patras, Greece: University of Patras. 1999. P. 321 - 324.

38. Зюзев A.M. Цифровая модель системы "Скважина - Насос - Станок-Качалка - Электропривод" и ее применение в задачах проектирования оборудования и синтеза управления // Автоматизация и прогрессивные

технологии: Труды 2-ой межвузовской отраслевой науч.-техн. конф. / Под ред. А.А.Ефимова. Новоуральск: НПИ МИФИ, 1999. Часть 1. С. 56 - 58.

39. Зюзев A.M., Трощенко В.Г. Анализ колебаний в электромеханических системах с упругими валами при наличии дисбаланса // Автоматизация и прогрессивные технологии: Труды 2-ой межвузовской отраслевой науч.-техн. конф. / Под ред. А.А.Ефимова. Новоуральск: НПИ МИФИ, 1999. Часть 1. С. 95 - 97.

40. Браславский И .Я., Зюзев A.M., Костылев А.В. Баланс реактивной мощности в системе тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель // Электротехника. 2000. №1. С. 30 - 33.

41. Зюзев А.М., Костылев А.В. К вопросу электромагнитной совместимости системы ТПН-АД с сетью // Вопросы совершенствования электротехнического оборудования и электротехнологий: Вестник Урал. гос. техн. ун-та. Екатеринбург, 2000. Вып.8. С. 167 - 169.

42. Компонентный подход к объектному программированию задач электропривода в среде Delphi / А.М. Зюзев, В.Н. Поляков, П.Б. Белоглазов, А.С. Попов // Электроприводы переменного тока: Сб. тр. 12-ой междунар. науч.-техн. конференции. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. С. 89 - 92.

43. Зюзев A.M., Метельков В.П., Радченко В.Н. Математическое моделирование электроприводов нефтегазового оборудования с распределенными механическими параметрами // Электроприводы переменного тока: Сб. тр. 12-ой междунар. науч.-техн. конференции. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. С. 84 - 88.

44. Зюзев А.М. Анализ и оптимизация энергетических показателей электроприводов установок штанговых глубинных насосов // Труды Ш-ей Международной (XIV Всероссийской) науч. - техн. конф. по автоматизированному электроприводу «АЭП-2001» / Под ред. С.В. Хватова. Н.Новгород: Вектор - ТиС, 2001. С. 177 - 178.

45. Зюзев A.M. Сравнительный анализ энергетических показателей электроприводов станков качалок // Энергетика и электротехника: Официальный каталог 1-ой специализированной выставки. Екатеринбург: ВО Уральские выставки. 13-16 ноября 2001г. С. 40.

46. Zuzev A.M. Mathematical model of the deep-well pumping unit electric drive and its application in tasks of power consumption optimization // Proceedings of the 5th international conference on unconventional electromechanical and electrical systems. Technical University Press. Szczecin, 2001. P. 411 - 416.

47. Зюзев A.M. К оценке энергетических показателей электроприводов станков-качалок с регулируемой производительностью // Сб. тезисов докладов межрегиональной научно-техн. конф. по применению энергосберегающего частотно-регулируемого электропривода. Новоуральск: Свердловгосэнергонадзор. 2002. С. 29 - 30.

48. Программный комплекс для исследования эксплуатационных режимов электроприводов буровых установок / A.M. Зюзев, В.М. Липатов В.П. Метельков и др. // Электротехника. 2003. №7. С. 25 - 31.

49. Зюзев A.M., Метелысов В.П., Радченко В.Н. Математическая модель спуско-подъемного агрегата буровой установки // Изв. вузов. Горный журнал.

2003. №5. С. 22 - 30.

50. Зюзев А.М., Михайлова Н.Г. Диагностика штанговой глубинно-насосной установки для добычи нефти на основе нейронной сети // Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт»: Тематический выпуск научных трудов «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика». Харьков: НТУ «ХПИ», 2003, №10. Т. 1. С. 253 - 254.

51. Зюзев A.M., Попов А.С. Программный комплекс для моделирования промышленных объектов в среде Delphi // Новые программные средства для предприятий Урала: Сб. тр. Региональной научно-технической конференции. Магнитогорск: МГТУ, 2003. Вып.2. С. 82 - 89.

52. Зюзев A.M., Нестеров К.Е., Попов А.С. Цифровая модель электропривода системы ТПН-АД для прикладных задач // Материалы международной НТК «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы». Томск: ТПУ, 2003. С. 23 - 25.

53. Зюзев А.М. Отечественному оборудованию - современное программное обеспечение // Урало-сибирская научно-практическая конференция: Материалы докладов. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. С.211 - 212.

54. Зюзев A.M. Оптимизация уравновешивания штанговых глубинно-насосных установок по критерию энергопотребления // Проблемы и достижения в промышленной энергетике: Материалы 3-й научно-практической конференции. Екатеринбург. 2003. С. 87.

55. Зюзев А.М. Электропривод ШГНУ с системой автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважине // Электротехника, электромеханика и электротехнологии: Материалы научно-техн. конф. с международным участием / Под ред. В.А. Тюкова. Новосибирск: НГТУ, 2003. С. 75-81.

56. Зеленцов В. И., Зюзев А.М., Поляков В.Н. Регулируемые асинхронные электроприводы буровых установок. Аналитическая справка / ГОУ ВПО «Урал, гос. техн. ун-т - УПИ». Екатеринбург, 2003. 55 е.: ил. Деп. в ВИНИТИ 05.12.03, №2118-В2003.

57. Дорошенко В.А., Зюзев А.М., Метелысов В.П. Математическое моделирование режимов работы бурового насоса // Изв. вузов. Горный журнал.

2004. №1. С. 65 - 70.

58. Зеленцов В. И., Зюзев А.М., Поляков В.Н. Анализ схем питания буровых установок с частотно-регулируемыми асинхронными электроприводами мощностью 0,63-1,5 мВт. // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. Вып.8. / Под ред. С.И. Лукьянова, Д.В. Швидченко. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 108 - 118.

Авторские свидетельства и патенты на изобретения, свидетельства о регистрации программ для ЭВМ

1. Способ торможения асинхронного электродвигателя / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, Л.П. Кокшаров и др // Авт. свидетельство СССР № 594569. Б.И., 1978. № 7.

2. Браславский И .Я., Зюзев A.M., Токарев В.А. Преобразовательный полупроводниковый блок. Авт. свидетельство СССР № 643033. 1978.

3. Браславский И .Я., Зюзев A.M., Черкасский А.Н.. Устройство для управления асинхронным трехфазным электродвигателем. Авт. свидетельство СССР № 657551. Б.И., 1979. № 14.

4. Браславский И.Я., Зюзев А.М., Тетяев Е.Ф. Устройство для управления тиристорным коммутатором асинхронного трехфазного электродвигателя. Авт. свидетельство СССР № 657552. Б.И., 1979. № 14.

5. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Кокшаров Л.П.. Устройство для регулирования скорости асинхронного двигателя. Авт. свидетельство СССР № 734865. Б.И., 1980. № 18.

6. Браславский И.Я., Зюзев А.М., Кокшаров Л.П.. Устройство для управления асинхронным трехфазным электродвигателем. Авт. свидетельство СССР № 813638. Б.И., № 10,1981.

7. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Кокшаров Л.П., Ольков А.Е. Устройство для регулирования скорости асинхронного электродвигателя. Авт. свидетельство СССР № 860254. Б.И., 1981. № 32.

8. Браславский И.Я., Зюзев А.М., Кокшаров Л.П., Черкасский А.Н.. Устройство для регулирования скорости асинхронного двигателя. Авт. свидетельство СССР № 913543. Б.И., 1982. № 10.

9. Браславский И.Я., Зюзев А.М., Кокшаров Л.П., Черкасский А.Н.. Устройство для управления тиристорным коммутатором асинхронного трехфазного электродвигателя. Авт. свидетельство СССР № 940271. Б.И., 1982. №24.

10. Зюзев A.M., Трощенко В.Г.. Устройство для управления механическими колебаниями при пуске и торможении машины с переходом через резонанс. Авт. свидетельство СССР № 1133586. Б.И., 1985. № 1.

11. Электропривод переменного тока / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, М.С. Мышалов и др. // Авт. свидетельство СССР № 1436260. Б.И., 1988. № 41.

12. Браславский И .Я., Зюзев А.М., Черкасский А.Н.. Устройство для управления асинхронным электродвигателем. Авт. свидетельство СССР № 1507173. 1991.

13. Браславский И.Я., Зюзев А.М., Тимофеев Д.Г. Устройство для регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя. Авт. свидетельство СССР № 1679596. Б.И., 1991. № 35.

14. Электропривод переменного тока / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, Д.Г. Тимофеев и др. // Авт. свидетельство СССР № 1718691. 1992.

15. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Тимофеев Д.Г. Электропривод переменного тока. Авт. свидетельство СССР № 1758821. Б.И., 1992. № 32.

16. Способ оптимального управления штанговой глубинно-насосной установкой нефтяной скважины / Зюзев А.М., Муковозов В.П., Фроленко Б.Т., Черепанова В.А. // Патент РФ № 2163658. Б.И., 2001. № 6.

17. Способ управления глубинно-насосной установкой нефтяной скважины / Власов Ю.Г., Зюзев A.M., Локтев A.B., Муковозов В.П. // Патент РФ № 2118443. Б.И., 1998. № 24.

18. Программный моделирующий комплекс «Электропривод бурового агрегата» («ЭЛЬБА») / Дорошенко В.А., Зюзев А.М., Липатов В.М. и др // Свид. РФ о регистр, прогр. для ЭВМ № 2003610813. М.: РОСПАТЕНТ, 02.04.2003 г.

19. Зюзев A.M., Нестеров К.Е., Попов A.C. Программный моделирующий комплекс «Электропривод на базе асинхронного двигателя» («ЭллАДа») // Свид. РФ о регистр, прогр. для ЭВМ № 2003612480 М.: РОСПАТЕНТ, 12.11.2003 г.

20. Зюзев А.М., Метельков В.П., Попов A.C. Программный моделирующий комплекс «Электропривод станка-качалки с асинхронным двигателем» («ЭСКАДа») // Свид. РФ о регистр, прогр. для ЭВМ № 2003612481. М.: РОСПАТЕНТ, 12.11.2003 г.

Заявки на выдачу патентов на изобретения

1. Зюзев А. М., Костылев А. В., Муковозов В. П. Способ управления глубинно-насосной установкой нефтяной скважины // Заявка № 2003125811 на выдачу патента РФ на изобретение. М.: РОСПАТЕНТ, 21.08.2003 г.

2. Способ оптимального управления штанговой глубинно-насосной установкой нефтяной скважины / Зюзев А. М., Костылев А. В., Муковозов В. П., Черепанова В.А. // Заявка № 2003125832 на выдачу патента РФ на изобретение. М.: РОСПАТЕНТ, 21.08.2003 г.

3. Зюзев А. М., Костылев А. В., Потоскуев С.Ю. Способ уравновешивания вращающего момента приводного двигателя кривошипно-шатунного механизма // Заявка № 2003126162 на выдачу патента РФ на изобретение. М.: РОСПАТЕНТ, 26.08.2003 г.

4. Зюзев А. М. Способ уравновешивания штанговой глубинно-насосной установки // Заявка № 2003125812 на выдачу патента РФ на изобретение. М.: РОСПАТЕНТ, 21.08.2003 г.

5. Зюзев А. М., Нестеров К.Е. Электропривод переменного тока // Заявка № 2003136222 на выдачу патента РФ на изобретение. М.: РОСПАТЕНТ, 15.12.2003 г.

Личный вклад автора заключается в постановке задачи и выборе методов исследования; разработке математических моделей электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса и программ для ЭВМ на их основе; создании методик расчета и оптимизации энергетических показателей электропривода ШГНУ; разработке структуры системы, алгоритмов микропроцессорного управления и диагностики электропривода ШГНУ; обобщении и анализе результатов экспериментальных исследований и полевых испытаний опытных образцов.

Зюзев Анатолий Михайлович

Развитие теории и обобщение опыта разработки автоматизированных электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать О Я . О Х.0 04 г.. Тираж 120 экз. Заказ 232

Ризография НИЧ ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ» 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19

об'.оз-об'.Л

РНБ Русский фонд

2006-4 690

f

17 СЕН2004

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ АГРЕГАТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА.

1.1. Классификация агрегатов нефтегазового комплекса на основе анализа кинематических схем.

1.2. Общее состояние теории и тенденции развития электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса.

1.2.1. Асинхронный частотно-регулируемый электропривод.

1.2.2. Асинхронный электропривод с устройствами плавного пуска.

1.3. Электропривод буровых установок.

1.4. Электропривод скважинных штанговых насосных установок для добычи нефти.

1.5. Электропривод механизмов центробежного типа.

1.6. Постановка задач исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ АГРЕГАТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА

2.1. Математическая модель кривошипно-коромыслового механизма станка-качалки.

2.2. Математическая модель распределенной колонны штанг и бурильных или насосно-компрессорных труб (НКТ).

2.2.1. Общие подходы к моделированию колонны штанг или труб.

2.2.2. Расчетная схема и математическая модель колонны штанг.

2.2.3. Расчетная схема и математическая модель колонны НКТ.

2.2.4. Об определении некоторых параметров модели.

2.3. Математическая модель плунжерного насоса.

2.4. Математическая модель клиноременной передачи с редуктором.

2.5. Математическая модель системы «барабан-канат».

2.5.1. Учет смещения каната вдоль оси барабана.

2.5.2. Учет изменения радиуса навивки при переходе каната на следующий слой.

2.5.3. Учет изменения момента инерции барабана.

2.6. Математическая модель талевой системы.

2.7. Математическая модель системы с упругими валами при наличии дисбаланса.

2.8. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ШГНУ.

3.1. Математическая модель электропривода системы «тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель» (ТПН-АД).

3.2. Математическая модель электропривода ШГНУ на основе системы ТПН-АД.

3.3. Компенсация уравновешивающего момента двигателя в электроприводе ШГНУ на основе системы ПЧ-АД.

3.4. Разработка электропривода системы ТПН-АД с бездатчиковым измерителем скорости.

3.5. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ШГНУ.

4.1. Потери энергии и выбор мощности двигателя в системе ТПН-АД.

4.2. Анализ и оптимизация потерь энергии в электроприводе ШГНУ.

4.3. Анализ и оптимизация энергопотребления в электроприводах ШГНУ.

4.4. Разработка способов уравновешивания станков-качалок.

4.5. Выводы.

5. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И АНАЛИЗ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ШГНУ.

5.1. Постановка задачи автоматического управления И1ГНУ.

5.2. Анализ статических усилий в подвеске устьевого штока.

5.3. Методы оценки динамического уровня жидкости в скважине.

5.3.1. Измеритель динамического уровня жидкости периодического действия.

5.3.2. Измеритель динамического уровня жидкости непрерывного действия.

5.4. Структура системы автоматического управления ШГНУ.

5.4.1. Общая структурная схема автоматизированной станции управления ШГНУ.

5.4.2. Структура системы автоматического регулирования динамического уровня.

5.4.3. Структура системы автоматического регулирования степени незаполнения насоса.

5.5. Математическая модель системы автоматического регулирования динамического уровня.

5.6. Исследование процесса регулирования динамического уровня жидкости в скважине.

5.7. Выводы.

6. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И МЕТОДОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ

ДИАГНОСТИКИ ШГНУ.

6.1. Задачи диагностики ШГНУ.

6.2. Алгоритмы блокировок и защит электропривода ШГНУ.

6.3. Алгоритмы обнаружения типовых неисправностей ШГНУ.

6.4. Алгоритм измерения степени незаполнения насоса.

6.5. Система диагностики 1ПГНУ на основе нейронной сети.

6.5.1. Постановка задачи.

6.5.2. Цифровое представление динамограмм.

6.5.3. Синтез нейронной сети.

6.5.4. Тестирование нейронной сети.

6.5.5. Техническая реализация системы диагностики на основе нейронной сети.

6.6. Выводы.

7. ОПЫТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ШГНУ.

7.1. Задачи и методы испытаний.

7.2. Исследование динамических характеристик скважин и ШГНУ.

7.2.1. Диаграммы восстановления уровня и откачки жидкости в скважине.

7.2.2. Регулировочные характеристики скважин и ШГНУ.

7.2.3. Семейство динамограмм.

7.3. Испытания разработанных измерителей динамического уровня.

7.3.1. Характеристики измерителей по "статическим" и "средним" усилиям.

7.3.2. Характеристики измерителей по "верхним" и "верхним-нижним" усилиям.,.

7.4. Испытания системы регулирования динамического уровня.

7.5. Выводы.

8. РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНЫХ СТРУКТУР ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ АГРЕГАТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА НА ОСНОВЕ СИСТЕМ ТПН-АД.

8.1. Классификация систем управления объектно - ориентированными асинхронными тиристорными электроприводами.

8.2. Объектно - ориентированный контроллер технологического электропривода системы ТПН-АД.

8.2.1. Структура объектно-ориентированного контроллера.

8.2.2. Структура программного обеспечения.

8.3. Электропривод штанговых глубинно-насосных установок.

8.4. Электропривод поршневых насосов высокого давления.

8.5. Электропривод механизмов центробежного типа

8.5.1. Электропривод аппаратов воздушного охлаждения газа.

8.5.2. Электропривод механизмов с дисбалансом на упругом валу.

8.6. Выводы.

9. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ АГРЕГАТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА

9.1. Программное обеспечение микропроцессорной системы управления ШГНУ.

9.2. Разработка приложений для объектного программирования задач электропривода в среде Delphi.

9.3. Программный моделирующий комплекс «ЭллАДа» - «Электропривод на базе Асинхронного Двигателя».

9.4. Программный моделирующий комплекс «ЭСКАДа» - «Электропривод Станка-Качалки с Асинхронным Двигателем».

9.5. Программный моделирующий комплекс «ЭльБА» - «Электропривод Бурового Агрегата».

9.6. Выводы.

Среди основных агрегатов, применяемых в нефтегазовом комплексе, значительное место занимают насосные агрегаты поршневого или плунжерного типа, турбоагрегаты центробежного типа и буровые установки (БУ). К агрегатам первого типа относятся штанговые глубинно-насосные установки (ШГНУ), буровые насосы (БН), насосы пластового давления, ко вторым -установки электроцентробежных насосов (УЭЦН) и аппараты воздушного охлаждения газа (АВО). Буровые установки содержат в своем составе, кроме буровых насосов, спускоподъемный аппарат (СПА) и механизм вращения колонны бурильных труб (в последних моделях БУ, так называемый, верхний привод). Анализ публикаций по проблеме автоматизированного электропривода агрегатов нефтегазового комплекса и оценка технического уровня электроприводов указанного отраслевого назначения показывает, что до настоящего времени перечисленные выше агрегаты в большинстве случаев оснащаются нерегулируемым электроприводом, выполненным на базе асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, что существенно ограничивает возможности оптимизации технологического процесса и энергопотребления. Электропривод буровых установок многодвигательный и в настоящее время выполняется регулируемым на основе электродвигателей постоянного тока. Безусловно, данное решение позволяет удовлетворить самые сложные требования по реализации разнообразных технологических режимов работы буровой установки, однако в значительной степени усложняет эксплуатацию агрегата из-за наличия в системе привода коллекторной машины с присущими ей недостатками.

Анализ режимов работы указанных выше агрегатов позволяет сделать ряд общих выводов относительно условий формирования нагрузок электроприводов и требований к регулированию производительности. Изменение условий проходки скважины при бурении, дебита скважины при добыче нефти, температуры газа при его подготовке к транспортировке приводят к необходимости регулирования производительности агрегатов с целью обеспечения, соответственно, эффективной проходки скважины; поддержания оптимального значения динамического уровня жидкости в скважине или температуры газа в магистрали на заданном значении. Характерно, что УЭЦН и АВО, по условиям нагрузки относятся к группе турбомеханизмов, требования по регулированию производительности которых перекрываются сравнительно небольшим (от 1,5 до 2 : 1) диапазоном регулирования скорости приводного двигателя. Электроприводы ШГНУ и буровых насосов работают при циклически изменяющейся нагрузке и требуют значительно большего диапазона регулирования скорости, который может быть ограничен значением 10 : 1. Отметим также, что все перечисленные механизмы являются нереверсивными, однако в каждом из них могут возникнуть условия реализации тормозного режима двигателя - противовключения или рекуперативного торможения. Действительно, в ШГНУ, независимо от качества балансировки, на каждом цикле присутствует участок, где момент нагрузки принимает движущий характер. В АВО, в зависимости от состояния заслонок и воздушной среды, возможно вращение крыльчатки вентилятора отключенного агрегата навстречу рабочему направлению вращения. То же самое, очевидно, возможно и в УЭЦН. В буровом насосе тормозной режим электропривода может быть полезен для эффективного управления подачей или при экстренной остановке агрегата. Указанные обстоятельства существенно повышают требования к выбору структуры регулируемого электропривода, особенно в случае возникновения режима рекуперативного торможения.

Другой характерной особенностью указанных агрегатов является довольно сложный характер динамических процессов и связанных с ними явлений в системе электропривода, которыми сопровождается их работа. В первую очередь, здесь следует выделить упругие колебания в механической части, обусловленные конструктивными свойствами этих агрегатов и особенностями технологического процесса. Так, на работу СПА существенное влияние оказывают волновые процессы, возникающие в распределенной массе колонны бурильных труб. Тоже самое можно сказать и об особенностях работы верхнего привода. Периодическое перекладывание нагрузки в ШГНУ со штанг на насосно-компрессорную трубу (НКТ) и обратно вызывает упругие колебания в подвеске штока, существенно влияющие на характер момента двигателя и его величину. При работе УЭЦН могут иметь место три вида колебаний его подвески: продольные, крутильные и поперечные, которые в большей или меньшей степени связаны и взаимообусловлены. Крутильные колебания непосредственно связаны с изменением вращающего момента или момента сопротивления, осевые - с изменением разницы давлений на выходе и входе насоса. Возникновение поперечных колебаний обусловлено, главным образом, наличием дисбаланса, всегда имеющегося в механизме. При оценке прочности и надежности конструкции подвески УЭЦН необходимо учитывать все три вида колебаний (поперечные, осевые, крутильные), а при анализе динамических процессов в двигателе и насосе может быть достаточным исследование поперечных колебаний вала насоса и ротора двигателя относительно, соответственно, корпуса насоса и статора двигателя и определение их критических частот. Для АВО также характерно обусловленное наличием дисбаланса в механической части явление вибраций, в частности, фундамента, на котором устанавливается агрегат. Во всех случаях эти колебания поглощают значительную часть мощности двигателя, имеют тенденцию к нарастанию по мере износа оборудования и опасны возможностью его разрушения, а потому требуют специального учета и контроля. С другой стороны, эффективное регулирование производительности указанных агрегатов может быть обеспечено только при максимальном учете их динамических свойств, которые требуют соответствующего изучения.

В связи с перечисленным целью настоящей диссертационной работы является разработка научных основ анализа и синтеза систем автоматизированного электропривода для ряда агрегатов нефтегазовой отрасли, обеспечивающих создание высокоэффективных автоматизированных электротехнических комплексов отраслевого назначения. Одной из главных при этом поставлена задача разработки математических моделей электроприводов основных агрегатов нефтегазового комплекса, позволяющих вести полноценный анализ их свойств и выполнять синтез алгоритмов управления, обеспечивающих эффективную работу агрегата.

Учитывая актуальность для нефтегазовой отрасли Российской Федерации задачи повышения эффективности нефтедобычи и принимая во внимание, что более половины фонда скважин на территории России оборудованы скважинными штанговыми насосными установками, в разделе разработки систем управления в работе основное внимание уделено электроприводу штанговых глубинно-насосных установок.

Наряду с этим приводятся рациональные структуры электроприводов механизмов поршневого и центробежного типа. Показано, что основные требования, предъявляемые к этим приводам, могут быть удовлетворены системами ТПН-АД, в разработке которых у автора имеется многолетний опыт.

Основные положения работы подтверждены экспериментальными результатами, полученными при испытаниях опытных образцов систем управления электроприводами ряда агрегатов нефтегазового комплекса.

В период с 1993 г. по 2003 г. на кафедре "Электропривод и автоматизация промышленных установок" ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ» под руководством автора по договорам с ОАО «УралНИТИ» выполнен комплекс НИР по проблеме автоматизированного электропривода станков-качалок нефтедобывающих скважин, а по договору с ОАО «Уралмаш» выполнена разработка математической модели привода агрегатов буровой установки, результаты которых нашли отражение в работе.

В совокупности результаты работы представляют собой решение крупной научной проблемы, связанной с разработкой методов анализа и синтеза систем автоматизированного электропривода для ряда агрегатов нефтегазовой отрасли, что имеет важное хозяйственное значение.

21. Результаты работы использованы и продолжают использоваться при разработке и проектировании электроприводов и станций управления станками-качалками ФГУП «Уралтрансмаш» и ОАО «УралНИТИ» (г.Екатеринбург), насосов пластового давления в ООО НПО «Уралметаллургавтоматика» (г.Екатеринбург), аппаратов воздушного охлаждения газа в ОАО «Проммонтажавтоматика» (г.Екатеринбург), буровых установок нового поколения на основе частотно-регулируемого электропривода в ОМЗ МНП - «Морские и нефтегазовые проекты» (г.Екатеринбург).

В совокупности результаты работы представляют собой решение крупной научной проблемы, связанной с разработкой методов анализа и синтеза систем автоматизированного электропривода для ряда агрегатов нефтегазовой отрасли, что имеет важное хозяйственное значение. Полученные результаты позволяют сформулировать некоторые частные и ряд общих задач развития теории электропривода.

В ряду частных задач, вытекающих из результатов проделанной работы, актуальными представляются следующие задачи:

1. Разработка и исследование рациональных структур «бездатчикового» электропривода, выполненного по системе ТПН-АД массового применения, основанных, на методе прямого измерения э.д.с. двигателя.

2. Разработка и исследование рациональных структур энергосберегающего частотно-регулируемого электропривода для механизмов с циклически изменяющейся нагрузкой.

Среди перспективных направлений разработок в области автоматизированного электропривода агрегатов нефтегазового комплекса выделим следующие:

1. Разработка математических моделей колонны штанг, бурильных труб и НКТ для наклонных скважин.

2. Разработка оптимальных структур многодвигательных электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса (буровых установок, куста скважин) на основе систем ПЧ-АД.

3. Создание математических моделей и пакетов прикладных1 программ (электронных паспортов) для электроприводов основных агрегатов нефтегазового комплекса, выпускаемых промышленностью, с целью сопровождения соответствующего оборудования в эксплуатации для повышения эффективности его использования.

4. Разработка научных основ применения методов нечеткой логики и нейронных сетей в системах автоматизированного электропривода к задачам управления технологическими режимами агрегатов. Применительно к буровым установкам это в первую очередь относится к управлению режимом бурения с учетом текущих значений параметров электроприводов буровой лебедки и бурового насоса. В агрегатах поршневого типа перспективным представляется развитие методов диагностики состояния оборудования на принципах распознавания образов, представленных как технологическими (динамограмма, индикаторная диаграмма), так и электрическими (ваттметрограмма). характеристиками В агрегатах центробежного типа с дисбалансом на валу значительный технологический эффект можно ожидать от использования методов нечеткой логики при управлении пуско - тормозными режимами электропривода.

Наряду с задачами отраслевого масштаба следует назвать и общую задачу теории электропривода, в решении которой могут быть полезны результаты настоящей работой. Она заключается в создании программных комплексов, содержащих модели типовых структур электроприводов, обеспечивающих возможность системного подхода к его проектированию и эксплуатации и создания высокоэффективных электротехнических комплексов, выполненных на основе автоматизированного электропривода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе развиты теоретические положения механики электропривода и синтеза систем управления ряда агрегатов нефтегазовой отрасли как электротехнических комплексов, созданы эффективные методы и средства объектного программирования задач электропривода, а также обобщен опыт разработки технологического электропривода отраслевого назначения на базе систем «тиристорный преобразователь напряжения -асинхронный электродвигатель». Основные теоретические и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработаны адаптированные к численным методам расчета математические модели элементов механической части электропривода основных агрегатов нефтегазового комплекса, позволяющие учитывать особенности динамики как сосредоточенных, так и распределенных многомассовых систем с максимальной степенью приближения результатов к потребностям практики:

- кривошипно-коромыслового механизма;

- колонны штанг, бурильных или насосно-компрессорных труб;

- плунжерного (поршневого) насоса;

- клиноременной передачи;

- системы барабан-канат, талевой системы;

- механизмов центробежного типа с дисбалансом на упругом валу.

2. Разработана математическая модель электропривода, выполненного по системе ТПН-АД, учитывающая особенности структуры и многофункциональность современных устройств плавного пуска.

3. Разработана методика и инструментальные средства для создания в среде Delphi прикладных программ, моделирующих работу электропривода технологических агрегатов, как единых электротехнических комплексов.

4. Разработаны программные моделирующие комплексы «ЭллАДа», «ЭСКАДа», «ЭльБА», позволяющие решать задачи оптимизации структуры и параметров ряда технологических комплексов отраслевого назначения: ШГНУ, буровых установок и большинства общепромышленных механизмов; включая задачи выбора мощности двигателя, энергообеспечения, настройки контурных и технологических регуляторов, поиска и отработки алгоритмов регулирования и диагностики и пр.

5. Получены и исследованы зависимости усилия в штоке и момента двигателя от хода штока в модели электропривода ШГНУ. Выявлено существенное влияние динамических процессов в скважинном штанговом насосе и условий уравновешивания механизма на характер момента двигателя. При этом обнаружены значительные отличия в диаграммах момента двигателя на станках-качалках с задним и передним креплением шатуна. Получены расчетные динамограммы ШГНУ, наглядно отражающие взаимосвязь характерных её элементов с параметрами установки, в частности, с динамическим уровнем жидкости в скважине.

6. Для частотно-регулируемого электропривода механизмов с циклической знакопеременной нагрузкой сформулированы требования к системе управления моментом приводного двигателя, исключающие тормозной режим его работы. Выполнение указанных требований позволяет использовать наиболее простые структуры преобразователей частоты без тормозных цепей или узлов рекуперации энергии в сеть.

7. Для систем ТПН-АД предложена структура «бездатчикового» электропривода с вычислителем скорости, построенном на измерении э.д.с., наводимой в обмотках статора в бестоковые паузы.

8. Разработана методика и программное обеспечение для выбора мощности двигателя и расчета энергетических показателей электропривода ШГНУ, включая расчет удельных затрат энергии на добычу продукта, с использованием полной модели электропривода ШГНУ. Выполнен анализ потерь в двигателе ШГНУ, который приводит к выводу о необходимости учета динамических составляющих момента в задачах расчета и выбора мощности двигателя и оценки условий уравновешивания станка-качалки.

9. Обоснованы отличия в энергетических показателях электроприводов станков-качалок с задним и передним креплением шатуна и существенные преимущества последних (с передним креплением шатуна), обусловленные особенностями кинематики указанных механизмов, приводящих к более равномерному заполнению диаграммы момента двигателя в цикле, при этом доказано, что по показателю удельных затрат энергии обе конструкции практически равноценны.

10. Доказано, что качество уравновешивания станка-качалки оказывает существенное влияние на уровень потерь мощности в двигателе и удельные затраты энергии. Исследованы различные критерии качества уравновешивания и предложен способ уравновешивания с объективным приборным контролем, основанный на использовании среднеквадратичного значения тока двигателя на ходе штока вверх и вниз. Применение способа решает задачу минимизации потерь в двигателе и оптимизации энергопотребления, что позволяет снизить эксплуатационные расходы и повысить надежность работы установки в целом.

11. Доказано, что использование периодического режима работы ШГНУ с целью регулирования производительности при рекомендуемых параметрах цикла (12 . 24 мин), практически не ухудшает теплового состояния двигателя, а скважина, работая в этом режиме, может длительно функционировать даже при низких температурах воздуха без опасности размораживания. Динамические нагрузки на механизм при этом не превышают нагрузок установившегося движения за счет реализации плавного пуска и торможения двигателя.

12. Сделан вывод, что применение системы автоматического регулирования динамического уровня, поддерживающей оптимальное его значение, позволит, в качестве дополнительного эффекта, оптимизировать не только тепловое состояние двигателя, но и энергопотребление, сохраняя его минимально возможное значение при условии предварительной балансировки механизма на заданный динамический уровень.

13. Выполнен анализ статических усилий в подвеске устьевого штока ШГНУ, в результате которого разработан ряд способов оперативной оценки динамического уровня жидкости в скважине косвенным методом на основе анализа параметров динамограмм в области нижней и верхней «мертвых точек» хода штока станка-качалки.

14. Разработана функциональная схема системы автоматического управления ШГНУ на основе электропривода, выполненного по системе ТПН-АД, включающая в свой состав стационарные средства динамометрирования. Разработаны структурные схемы и алгоритмы автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважине и степени незаполнения насоса, построенные на основе анализа параметров динамограмм. Показано, что универсальными возможностями обладает двухконтурная система автоматического регулирования степени незаполнения насоса, содержащая контур регулирования динамического уровня в качестве внутреннего контура.

Разработанные функциональные и структурные схемы систем автоматического управления ШГНУ обладают достаточной общностью, позволяющей реализовать их на базе электропривода любого типа, как периодического действия, так и с непрерывным регулированием скорости.

15. Разработаны математические модели систем автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважине и степени незаполнения насоса и проведены исследования процессов регулирования динамического уровня в режиме периодической работы ШГНУ. Результаты исследования показывают, что регулирование средней производительности ШГНУ в периодическом режиме работы при временах цикла, выбранных из диапазона 12 . 24 мин., обеспечивает приемлемое качество регулирования при незначительных пульсациях динамического уровня.

16. Введение в состав систем управления ШГНУ стационарных средств динамометрирования позволило расширить перечень типовых защит, блокировок и функций диагностики оборудования ШГНУ. Предложены алгоритмы реализации ряда новых функций - оценки степени незаполнения насоса, идентификации обрыва штанг или шатунов; улучшены алгоритмы реализации известных функций - оценки качества уравновешивания, защиты двигателя от перегрева и др.

17. Разработана структура нейронной сети для анализа динамограмм с целью диагностики ШГНУ и выполнена ее программная эмуляция в среде Matlab. Проведено исследование качества распознавания характерных неисправностей ШГНУ с помощью нейронной сети, показавшее возможность её эффективного применения в системах автоматического управления ШГНУ.

18. Проведен анализ имеющихся решений, на основе которого разработаны рациональные структуры автоматизированного электропривода на базе систем ТПН-АД с микропроцессорным управлением для ряда агрегатов нефтегазового комплекса: ШГНУ, поршневых насосов высокого давления, аппаратов воздушного охлаждения газа, центробежных механизмов с дисбалансом на валу. Все структуры содержат средства контроля технологических параметров агрегатов.

19. Разработана структура программного обеспечения и пакет программ для технологического электропривода, выполненного на основе системы ТПН-АД, которое включает в свой состав внутренние и внешние программные средства, используемые при эксплуатации электропривода.

20. Проведены полевые испытания и пробная промышленная эксплуатация двух опытных образцов станций управления ЛСОУ-ШГНУ на скважине № 26264 и № 8286 куста 919 ЦДНГ-2 Самотлорского управления ОАО «Черногорнефть». В станциях реализован принцип автоматического регулирования динамического уровня жидкости в скважине на основе анализа динамограмм. В ходе испытаний станций ЛСОУ ШГРГУ получены следующие результаты:

- подтверждена возможность и целесообразность использования привода системы ТПН-АД для обеспечения плавного пуска и останова двигателя в заданном положении, организации контрольных циклов, обеспечивающих возможность измерений усилий в штоке и реализации режима работы с паузами, регулируемыми в широком диапазоне;

- доказана возможность автоматического вывода скважины на режим работы с заданным динамическим уровнем на основе косвенного метода измерения уровня жидкости в скважине, основанном на замерах усилий в штоке.

1. Абдулрахманов К.А. Разработка основ теории и систем управления автоматизированного асинхронного электропривода дистанционного управления, работающего в аномальных режимах: Дис. . д-ра техн. наук. Баку: АзНИИЭ и ЭП, 1988.

2. Автоматизация и приводы. Каталог СА01. 2001/ Siemens AG Automation and Drives Group.

3. Адонин A.H. Добыча нефти штанговыми насосами. М.: Недра, 1983.357с.

4. Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А. Автоматический контроль и диагностика скважинных штанговых насосных установок. М.: Недра, 1988. 232 с.

5. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1952. 704 с.

6. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболевская. М.: Энергоатомиздат, 1982. 504 с.

7. Асинхронный электропривод с тиристорными коммутаторами / Петров Л.П., Ладензон В.А., Обуховский М.П. и др. М.: «Энергия», 1970. 128 с.

8. Асинхронные электроприводы с тиристорными преобразователями напряжения (современное состояние разработок) / И.Я. Браславский, А.А. Бурлаков, A.M. Зюзев и др. // М.: Информэлектро, 1989.

9. Афанасьев В.А., Семченко П.Т. Регулируемое управление электроприводными нефтепромысловыми установками // Энергетика Тюменского региона. 1999. №1. С. 18 — 19.

10. Балденко Ф.Д., Шмидт А.П. АСУ режимом бурения с согласованным управлением буровым насосным агрегатом и регулятором подачи долота // Нефтяная и газовая промышленность. 2001. № 4. С. 8 — 16.

11. Блантер С.Г., Суд И.И. Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1980. 478 с.

12. Браславский И.Я. Асинхронный полупроводниковый электропривод с параметрическим управлением. М.: Энергоатомиздат, 1988. 224 с.

13. Браславский И.Я., Буйначев С.К., Зюзев A.M. Алгоритмы и программные средства для автоматизированного проектирования и оптимизации параметров электромеханических систем // Тезисы докладов 1-ой

14. Международной конференции по электромеханике и электротехнологии. Суздаль, 1994. Часть 2. С. 21.

15. Браславский И .Я., Зубрицкий О.Б., Зюзев A.M. Моделирование режима динамического торможения асинхронных двигателей при питании от управляемого двухполупериодного мостового выпрямителя // Асинхронный тиристорный электропривод. Свердловск. 1971.

16. Браславский И.Я., Зюзев A.M. Исследование частотных характеристик асинхронных трехфазных электродвигателей при различных способах параметрического управления / Изв. вузов. Электромеханика. 1982. № 3. С. 11-14.

17. Браславский И.Я., Зюзев A.M. Опыт внедрения тиристорных асинхронных электроприводов с фазовым управлением: Автоматизированный электропривод. Вып.2. Свердловск: ЦНТИ, 1981. 47 с.

18. Браславский И.Я., Зюзев A.M. Опыт разработки и внедрения тиристорных позиционных асинхронных электроприводов с фазным управлением // Автоматизированный электропривод. / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1986. С. 373 377.

19. Браславский И.Я., Зюзев A.M. Рациональные тиристорные схемы динамического торможения асинхронных двигателей // ЭП. Электропривод. 1976. № 1(45). С.15-16.

20. Браславский И.Я., Зюзев A.M. Регулирование скорости тиристорных асинхронных электроприводов с параметрическим управлением / Электричество. 1985. № 1. С. 27-32.

21. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Кокшаров Л.П. Линеаризация САР скорости асинхронного электропривода с тиристорным фазовым управлением //Электричество. 1981. № 12. С. 43 46.

22. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Кокшаров Л.П. Рациональные структуры систем тиристорного асинхронного электропривода с фазовым управлением // ЭП. Электропривод. 1979. 2(73). С. 8 — 10.

23. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Кокшаров Л.П., Ольков А.Е. Устройство для регулирования скорости асинхронного электродвигателя. Авт. свидетельство СССР №> 860254. Опубл. в Б.И., 1981. № 32.

24. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Кокшаров Л.П., Черкасский А.Н. Устройство для регулирования скорости асинхронного двигателя. Авт. свидетельство СССР № 913543. Опубл. в Б.И., 1982. № 10.

25. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Кокшаров Л.П., Черкасский А.Н. Устройство для управления тиристорным коммутатором асинхронного трехфазного электродвигателя. Авт. свидетельство СССР № 940271. Опубл. в Б.И., 1982. №24.

26. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Кокшаров Л.П. Устройство для регулирования скорости асинхронного двигателя. Авт. свидетельство СССР № 734865. Опубл. в Б.И., 1980. № 18.

27. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Кокшаров Л.П. Устройство для управления асинхронным трехфазным электродвигателем. Авт. свидетельство СССР № 813638. Опубл. в Б.И., 1981, № 10.

28. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Костылев А.В. Баланс реактивной мощности в системе тиристорный преобразователь напряжения асинхронный двигатель // Электротехника. 2000. №1. С. 30 - 33.

29. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Костылев А.В. Особливоеп енергетично! сумюност1 системи «тиристорний перетворювач напруги — асинхронний двигун» с живильною мережею // Електроинформ, № 3, Льв1в, Украина, 2003. С. 21 -23.

30. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Кузнецов О.В. Микропроцессорная система регулирования скорости асинхронного тиристорного электропривода / В кн.: Применение микропроцессорных устройств в промышленном электроприводе. М.: МДНТП, 1985.

31. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Тетяев Е.Ф. Управление тормозными режимами тиристорных асинхронных электроприводов // Электротехника. 1976. №3. С. 9- 12.

32. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Тетяев Е.Ф. Устройство для управления тиристорным коммутатором асинхронного трехфазного электродвигателя. Авт. свидетельство СССР № 657552. Опубл. в Б.И., 1979. № 14.

33. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Тимофеев Д.Г. Устройство для регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя. Авт. свидетельство СССР № 1679596. Опубл. в Б.И., 1991. № 35.

34. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Тимофеев Д.Г. Электропривод переменного тока. Авт. свидетельство СССР № 1758821. Опубл. в Б.И., 1992. №32.

35. Браславский И .Я., Зюзев A.M., Токарев В.А. Преобразовательный полупроводниковый блок. Авт. свидетельство СССР № 643033. 1978.

36. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Трощенко В.Г. Исследование процесса торможения электропривода центрифуги с переходом через резонанс / Оптимизация режимов работы систем электроприводов. Красноярск: КПИ, 1983. С. 63 -66.

37. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Трусов Н.П. Сравнительный анализ способов регулирования подачи центробежных насосов / ЭП. Электропривод. 1983. №2(112). С. 8- 10.

38. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Черкасский А.Н. Устройство для управления асинхронным трехфазным электродвигателем. Авт. свидетельство СССР № 657551. Опубл. в Б.И., 1979. № 14.

39. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Черкасский А.Н. Устройство для управления асинхронным электродвигателем. Авт. свидетельство СССР № 1507173. 1991.

40. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Шилин С.И. Динамическая модель ТПН в системе управления асинхронным двигателем // Проблемы преобразовательной техники. 4.2. Киев: Институт электродинамики АН УССР. 1991. С.199- 201.

41. Браславский И .Я., Зюзев A.M., Шилин С.И. Микропроцессорный контроллер для управления позиционным асинхронным электроприводом с тиристорным преобразователем напряжения // Электротехника. 1994. № 7. С. 20 22.

42. Браславский И .Я., Зюзев A.M., Шилин С.И. Синтез цифровых регуляторов для систем управления скоростью асинхронных тиристорных электроприводов//Электротехника. 1991. № 10. С. 17 19.

43. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Шилин С.И. Синтез цифровых систем управления асинхронным электродвигателем с тиристорным преобразователем напряжения / Научная сессия ВМЕИ им. Ленина: Сборник тезисов секции № 7 "Автоматика". София, НРБ, 1989. С. 39.

44. Браславский И.Я., Зюзев A.M., Шилин С.И. Тиристорный преобразователь напряжения в асинхронных электроприводах с микропроцессорным управлением // Электротехника. 1996. № 6. С. 36 39.

45. Буевич А., Шейфот А., Коршиков С. Технологический комплекс для геофизических исследований эксплуатационных нефтегазовых скважин // Современные технологии автоматизации. «СТА-ПРЕСС». 1999. № 1. С. 28 33.

46. Буйначев И.Я., Зюзев A.M. Определение пределов изменения и оптимальных значений параметров кинематической цепи рычажного механизма // Теория машин металлургического и горного оборудования: Межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1996. С. 40 46.

47. Буйначев С.К., Зюзев A.M. Математическая модель электропривода с несбалансированным ротором на упругой подвеске // Теория машин металлургического и горного оборудования: Межвуз. сб. науч. тр. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1994. Вып. 15. С. 58 73.

48. Бульбас В.М., Денис Б.Д., Калужний Б.С. Д1агностика свердловини з глибинною штанговою помпой // Нафтова i газова промисловють. 2001. №1. С. 27-29.

49. Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование / Коллектив авторов; под общ. ред. A.M. Гусмана и К.П. Порожского: Екатеринбург: УГГГА, 2002. 592 с.

50. Высоковольтные устройства управления двигателями типа ВУУД 1557 и ВУУД PowerFlex 7000 мощностью 150-12000 кВт./АИеп- Bradley Rockwell Automation. Технический Бюллетень № 1577 PF7000-5.0 RU. 2000.

51. Дибиев С.М. Увеличение коэффициента загрузки электродвигателей приводов станков-качалок и технико-экономические аспекты оптимизации потребления электроэнергии в системе нефтепромыслового электроснабжения //Электротехника. 1997. № 3. С. 33-33.

52. Дорошенко В.А., Зюзев A.M., Метельков В.П. Математическое моделирование режимов работы бурового насоса II Изв. вузов. Горный журнал. 2004. №1. С. 65-70.

53. ДУП «Омский электромеханический завод» Электронный ресурс.: Каталог продукции. Режим доступа: http://www.oemz.omsk.ru/products.htm;

54. Зеленцов В. И., Зюзев A.M., Поляков В.Н. Регулируемые асинхронные электроприводы буровых установок. Аналитическая справка / ГОУ ВПО «Урал. гос. техн. ун-т УПИ». Екатеринбург, 2003. 55 е.: ил. Деп. в ВИНИТИ 05.12.03, №2118-В2003.

55. Зубков А.А. Исследование и разработка тиристорного двухскоростного асинхронного электропривода станков-качалок: Дис. . канд. техн. наук. М.: МЭИ (технический университет). 2003.

56. Зюзев A.M. Оптимизация уравновешивания штанговых глубинно-насосных установок по критерию энергопотребления // Проблемы и достижения в промышленной энергетике: Материалы 3-й научно-практической конференции. Екатеринбург. 2003. С. 87.

57. Зюзев A.M. Отечественному оборудованию — современное программное обеспечение // Урало-сибирская научно-практическая конференция: Материалы докладов. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. С.211 -212.

58. Зюзев A.M. Разработка и исследование рациональных методов управления тиристорным динамическим торможением асинхронных двигателей: Дис. . канд. техн. наук. Свердловск, УПИ. 1974.

59. Зюзев A.M. Сравнительный анализ энергетических показателей электроприводов станков качалок // Энергетика и электротехника:

60. Официальный каталог 1-ой специализированной выставки. Екатеринбург: ВО Уральские выставки. 13-16 ноября 2001г. С. 40.

61. Зюзев A.M. Технологический электропривод системы ТПН-АД для агрегатов нефтегазового комплекса // Электротехника. 1998. № 8. С. 45-48.

62. Зюзев A.M., Костылев А.В. К вопросу электромагнитной совместимости системы ТПН-АД с сетью // Вопросы совершенствования электротехнического оборудования и электротехнологий: Вестник Урал. гос. техн. ун-та. Екатеринбург, 2000. Вып.8. С. 167 169.

63. Зюзев A.M., Костылев А.В. Поляков А.В. Объектно-ориентированный контроллер технологического электропривода системы ТПН-АД // Электротехника. 1998. № 8. С. 39-43.

64. Зюзев A.M., Метельков В.П., Попов А.С. Программный моделирующий комплекс «Электропривод станка-качалки с асинхроннымдвигателем» («ЭСКАДа») // Свид. РФ о регистр, прогр. для ЭВМ № 2003612481. М.: РОСПАТЕНТ, 12.11.2003 г.

65. Зюзев A.M., Метельков В.П., Радченко В.Н. Математическая модель спуско-подъемного агрегата буровой установки // Изв. вузов. Горный журнал. 2003. №5. С. 22 30.

66. Зюзев A.M., Нестеров К.Е., Попов А.С. Программный моделирующий комплекс «Электропривод на базе асинхронного двигателя» («ЭллАДа») // Свид. РФ о регистр, прогр. для ЭВМ № 2003612480 М.: РОСПАТЕНТ, 12.11.2003 г.

67. Зюзев A.M., Нестеров К.Е., Попов А.С. Цифровая модель электропривода системы ТПН-АД для прикладных задач // Материалы международной НТК «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы». Томск: ТПУ, 2003. С. 23-25.

68. Зюзев A.M., Попов А.С. Программный комплекс для моделирования промышленных объектов в среде Delphi // Новые программные средства для предприятий Урала: Сб. тр. Региональной научно-технической конференции. Магнитогорск: МГТУ, 2003. Вып.2. С. 82 89.

69. Зюзев A.M., Трощенко В.Г. Устройство для управления механическими колебаниями при пуске и торможении машины с переходом через резонанс. Авт. свидетельство СССР № 1133586. Опубл. в Б.И., 1985. № 1.

70. Зюзев A.M., Ульянов В.А. Система управления агрегатами воздушного охлаждения газа // Электроприводы переменного тока: Сб. тр. 11-ой междунар. науч. техн. конф. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1998. С. 227-229.

71. Ижевский радиозавод Электронный ресурс.: Каталог продукции. Режим доступа: http://www.kedr.udm.ru/okbnp.

72. Иосилевич Г.Б. Детали машин. М.: Машиностроение, 1988. 368 с.

73. Ишханов П.Э. Разработка систем управления с прогнозированием для электроприводов механизмов с распределенными параметрами: Автореф. дис. . к.т.н. М., МЭИ, 1996.

74. Каталог Нефтяной электронной компании. Пермь, 2002.

75. Каталог ОАО «АЛНАС». Альметьевск: ОАО «АЛНАС», 2002.

76. Каталог ОАО «Борец». М.: ОАО «Борец», 2002.

77. Каталог ОАО «Электон». М.: Международный выставочный центр,

78. Комплектный электропривод КЭПУШГН-1. Станция СУДЦ-1 ВНИИР Электронный ресурс.: Чебоксары. Режим доступа: http://www.kedr.udm.ru/okbnp.

79. Корпорация ТРИОЛ Электронный ресурс.: Интернет представительство. Санкт-Петербург. Режим доступа: http://www.triolcorp.com;

80. Кузнецов А.С. Оценка эффективности режима энергосбережения в электроприводе станков-качалок по системе ПН-АД // Электропривод и системы управления: Тр. Моск. энерг. ин-та. М.: МЭИ, 2001. Вып. 677. С. 74 79.

81. Кулизаде К.Н., Хайкин И.Е. Электроэнергетика насосной нефтедобычи. М.: Недра, 1971. 208 с.

82. Медведев В. С., Потемкин В. Г. Нейронные сети. MATLAB 6 / Под общ. ред. В.Г. Потемкина. М.: ДИАЛОГ- МИФИ, 2002. 496 с.

83. Микропроцессорные средства управления для систем "тиристорный преобразователь напряжения асинхронный двигатель". (Аналитическая справка) / И.Я. Браславский А.А. Бурлаков, A.M. Зюзев и др. // М.: Информэлектро, 1990.

84. Моцохейн Б.И., Парфенов Б.М. Электропривод буровых лебедок. М.: Недра, 1978. 304 с.

85. Насосная добыча высоковязкой нефти из наклонных и обводненных скважин / К.Р. Уразаков, Е.И. Богомольный, Ж.С. Сейтпагамбетов и др.; Под ред. М.Д. Валеева. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. 303 с.

86. Новые системы электропривода насосных установок для добычи нефти / Б.М. Бреслав, А.А. Зубков, Л.Б. Масандилов и др // Энергетика Тюменского региона. 2001. №4. С. 25-28.

87. НПФ «Ирбис» Электронный ресурс.: Каталог продукции. Новосибирск. Режим доступа: http://www.kedr.udm.ru/okbnp.

88. ОАО «Борец» Электронный ресурс.: Каталог продукции. Москва. Режим доступа: http://www.kedr.udm.ru/okbnp.

89. ОАО «Электон» Электронный ресурс.: Каталог продукции. Режим доступа: http://www.kedr.udm.ru/okbnp.

90. ООО ОКБ НП. Электронный ресурс.: Каталог продукции. Ижевск. Режим доступа: http://www.kedr.udm.ru/okbnp.

91. Опыт применения микропроцессорных средств для построения САР скорости и положения систем ТПН-АД / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, С.И. Шилин и др. // Автоматизированный вентильный электропривод. Пермь: ППИ, 1988.

92. Парфенов Б.М. О применении на экскаваторах и буровых установках электроприводов постоянного тока // Электропривод постоянного тока. Состояние и тенденции: Докл. научно-практического семинара. М.: МЭИ, 2002. С. 33-46.

93. Переносной динамограф-эхолот ДН-9М / Фирма «Интек»: Уфа // Современные технологии автоматизации. «СТА-ПРЕСС». 2000 № 1. С. 89.

94. Позиционный тиристорный асинхронный электропривод механизмов крана-штабелера / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, Г.М. Мазаева и др. // Автоматизированный вентильный электропривод. Пермь: ППИ, 1986. С. 32-39.

95. Позиционный тиристорный асинхронный электропривод с управлением от следящей системы / И.Я. Браславский, О.Б. Зубрицкий, A.M. Зюзев и др.// Электропривод. 1973. № 1(18). С. 16 18.

96. Поскробко А.А., Братолюбов В.Б. Бесконтактные коммутирующие и регулирующие полупроводниковые устройства на переменном токе. М.: «Энергия», 1978. 192 с.

97. Программный комплекс для исследования эксплуатационных режимов электроприводов буровых установок / A.M. Зюзев, В.М. Липанов В.П. Метельков и др. // Электротехника. 2003. №7. С. 25 31.

98. Программный моделирующий комплекс «Электропривод бурового агрегата» («ЭЛЬБА») / Дорошенко В.А., Зюзев A.M., Липанов В.М. и др // Свид. РФ о регистр, прогр. для ЭВМ № 2003610813. М.: РОСПАТЕНТ, 02.04.2003 г.

99. Пути совершенствования и перспективы использования тиристорных асинхронных электроприводов с фазовым управлением / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, Н.П Кутлер и др. // ЭП. Электропривод. 1980. № 4(84). С. 24-27.

100. Радченко В.Н., Ольховиков Б.В., Фауст В.А. Динамические режимы работы спуско-подъемного агрегата буровой установки.// Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов: Тез. докл. Грозный, 1982., С.180-181.

101. Рассудов JI.H., Мядзель В.Н. Электроприводы с распределенными параметрами механических элементов. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд., 1987. 144 с.

102. Саидов А.А. Динамика буровой подъемной системы с электрическим приводом, методы ее расчета и улучшения динамических свойств: Автореф. дис. . д.т.н. Баку, АЗНЕФТЕХИМ, 1981.

103. Сальнов А.С., Тубис Я.В. Асинхронные двигатели с повышенными потребительскими свойствами для нефтедобывающей промышленности // Энергетика в нефтегазодобыче. 2002. №1. С. 15 21.

104. Сбалансированные манипуляторы / И.Л. Владов, В.Н. Данилевский, П.Б. Ионов, Б.Ш. Розин, В.И. Глухов, И.Я. Браславский, А.М.Зюзев.; Под ред. П.Н. Белянина. М.: Машиностроение, 1988. 264 с. (Автоматические манипуляторы и робототехнические системы).

105. Семейство Vacon СХ. Преобразователи частоты. 2000/Vaasa Control1. OY.

106. Система автоматизированного управления аппаратами воздушного охлаждения газа / НПФ «ПРОСОФТ-Е», АООТ «Завод Промавтоматика»: Екатеринбург // Современные технологии автоматизации. «СТА-ПРЕСС». 1999. №3. С. 92.

107. Система управления тиристорным преобразователем для асинхронных реверсивных электроприводов / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, Л.П. Кокшаров и др. // ЭП. Электропривод. 1981. № 5(94). С. 31 38.

108. Скважинные насосные установки для добычи нефти / В.Н. Ивановский, В.И. Дарищев, А.А. Сабиров и др. М.: ГУП «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. 824 с.

109. Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений / Под ред. Дж. Холла, Дж. Уатта. М.: Мир, 1977.

110. Способ оптимального управления штанговой глубинно-насосной установкой нефтяной скважины / Зюзев A.M., Муковозов В.П., Фроленко Б.Т., Черепанова В.А. // Патент РФ № 2163658. Опубл. в Б.И., 2001. № 6.

111. Способ торможения асинхронного электродвигателя / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, Л.П. Кокшаров и др // Авт. свидетельство СССР № 594569. Опубл. в Б.И., 1978. № 7.

112. Способ управления глубинно-насосной установкой нефтяной скважины / Власов Ю.Г., Зюзев A.M., Локтев А.В., Муковозов В.П. // Патент РФ № 2118443. Опубл. в Б.И., 1998. № 24.

113. Терминальный контроллер нефтяной скважины, оснащенной ШГН, ТК166.01: Руководство по эксплуатации. Зеленоград, 2001. Электронный ресурс.: СКБ Промавтоматика. Москва. Режим доступа: http://www.skbpa.ru.

114. Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропривода / Л.П. Петров, О.А. Андрющенко, В.И. Капинос и др. М.: Энергоатомиздат, 1986. 200 с.

115. ТПН-АД современная система электропривода на базе традиционного асинхронного трехфазного двигателя / И.Я. Браславский,

116. А.А. Бурлаков, A.M. Зюзев и др. // Современные проблемы электромеханики. Т.2. М.-.МЭИ, 1989.

117. Уразаков К.Р. Проблемы эксплуатации механизированного фонда скважин Западной Сибири и пути их решения // Нефтяное хозяйство. 1996, № 4. С. 53-56.

118. Фархадзаде Э.М. Повышение эффективности работы оборудования глубинно-насосной установки при помощи регулируемых электроприводов: Дис. . д-ра техн. наук. М.: МИНиГ, 1988. 293 с.

119. Цифровая САР скорости тиристорного асинхронного электропривода с фазовым управлением / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, О.В. Кузнецов и др. // Автоматизированный электропривод. Новосибирск: НЭТИ, 1984. С. 23-32.

120. Чиняев И.А. Поршневые кривошипные насосы. JL: Машиностроение, 1983. 176 с.

121. Шамис М.А., Альтшуллер М.И., Сыч А.П. Экономические аспекты внедрения устройств плавного пуска высоковольтных электродвигателей // Энергетика в нефтегазодобыче. 2003. №1. С. 25 29.

122. Шинянский А.В. Ограничение динамических нагрузок в буровом электроприводе при большой длине колонны // Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов: Тез. докл. Грозный, 1982. С. 162.

123. Шрейнер Р.Т. Системы подчиненного регулирования электроприводов. Часть 1. Электроприводы постоянного тока с подчиненным регулированием координат. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та,1997. 279 с.

124. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: УрО РАН, 2000. 654 с.

125. Шубенко В.А., Браславский И.Я. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением. М.: Энергия, 1972. 200 с.

126. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин / Акулыдин А.К., Бойко B.C., Зарубин Ю.А., Дорошенко В.М. М.: Недра, 1989. 480 с.

127. Электропривод и автоматика горных машин и технологических комплексов / Загривный Э.А., Козярук А.Е. и др.// Изв. вузов. Горный журнал.1998. №>10.

128. Электропривод переменного тока / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, Д.Г. Тимофеев и др. // Авт. свидетельство СССР № 1718691. 1992.

129. Электропривод переменного тока / И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, М.С. Мышалов и др. // Авт. свидетельство СССР № 1436260. Опубл. в Б.И., 1988, №41.

130. АЭП-2001» / Под ред. С.В. Хватова. Н.Новгород: Вектор ТиС, 2001. С.159 -160.

131. Юртаев В. Г. Динамика буровых установок. М.: Недра, 1987. 160 с.

132. Яблонский А.А. Курс теоретической механики. 4.II. Динамика. Изд. 4-е, дополн. М.: Высшая школа, 1971. 488 с.

133. ACS 600. Каталог 2000/АВВ Automation Group Ltd.

134. Braslavsky I. Ya., Zuzev A. M., Kostylev A. V. Neural control system for induction motor drive. // Electromotion'99: 3rd international symposium on advanced electromechanical motion systems. Patras, Greece: University of Patras. 1999. P. 321 -324.

135. Braslavsky I.Ya., Zuzev A.M., Shilin S.I. Adjustable Asynchronous Electric Drive with digital Control for transport storing System // International Conference "Power Electronics Motion Control". Conference Publication. Vol. 1, Poland, 1994. P. 84-86.

136. Simovert Masterdrives VS. Catalog DA 65.10. 2001/ Siemens AG Automation and Drives Group.

137. Thyristor Voltage Converter in Induction Electric Drives with Microprocessor Control / I.Ya. Braslavsky, A.M. Zuzev, Z.Sh. Ishmatov et al // Proceedings of the Finnish Workshop on Power and Industrial Electronics. Finland, Helsinki. 1997.

138. Зюзев A. M., Костылев А. В., Муковозов В. П. Способ управления глубинно-насосной установкой нефтяной скважины // Заявка № 2003125811 на выдачу патента РФ на изобретение. М.: РОСПАТЕНТ. 21.08.2003 г.

139. Способ оптимального управления штанговой глубинно-насосной установкой нефтяной скважины / Зюзев А. М., Костылев А. В., Муковозов В. П., Черепанова В.А. // Заявка № 2003125832 на выдачу патента РФ на изобретение. М.: РОСПАТЕНТ. 21.08.2003 г.

140. Зюзев А. М., Костылев А. В., Потоскуев С.Ю. Способ уравновешивания вращающего момента приводного двигателя кривошипно-шатунного механизма // Заявка № 2003126162 на выдачу патента РФ на изобретение. М.: РОСПАТЕНТ. 26.08.2003 г.

141. Зюзев А. М. Способ уравновешивания штанговой глубинно-насосной установки // Заявка № 2003125812 на выдачу патента РФ на изобретение. М.: РОСПАТЕНТ. 21.08.2003 г.

142. Зюзев А. М., Нестеров К.Е. Электропривод переменного тока // Заявка № 2003136222 на выдачу патента РФ на изобретение. М.: РОСПАТЕНТ. 15.12.2003 г.