Тюменский индустриальный

КОЗЛОВ В.В., ПИЧКУР Е.В.
 
УПРАВЛЕНИЕ УСТАНОВКОЙ ЦНС И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА 
КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
Козлов В.В., канд. техн. наук, доцент кафедры КС, [e-mail] 
Пичкур Е.В., ассистент кафедры КС 
г. Тюмень, Тюменский индустриальный университет 
Аннотация.
Исследуются проблемы влияния УЭЦН с ПЧ на качество электроэнергии на 
нефтепромыслах. Увеличивается содержание высших гармонических составляющих тока 
и напряжения и реактивной составляющей в сетях по причине применения 
преобразователей частоты. Из-за данных явлений возрастает число аварийных 
отключений. Поэтому необходимо исследование влияния системы УЭЦН с ПЧ и 
питающей сети, что даст возможность корректировки имеющихся методик и 
регламентов выбора оборудования. 
Ключевые слова:
Преобразователь частоты, установка ЭЦН, высшие гармонические 
составляющие, реактивная мощность, питающая сеть. 
В складывающейся на мировом нефтяном рынке ситуации, 
характеризующейся нестабильностью цен на нефть особую важность 
приобретает задача оптимизации режимов работы нефтедобывающего 
34 

---

оборудования с целью снижения энергетических и финансовых затрат на 
добычу нефти и продления срова безремонтной эксплуатации глубинного 
оборудования. 
В общем случае (в присутствии преобразователя частоты) 
управляющее воздействие на электропривод электроцентробежного 
насоса, позволяющее решать поставленную выше задачу, возможно по 
двум каналам – по частоте питающего напряжения (для установок, 
оборудованных преобразователем частоты) и по величине питающего 
напряжения.
В системах электроснабжения нефтедобывающих предприятий в 
условиях высокодебитных скважин получила широкое применение 
нелинейная нагрузка в виде преобразователей частоты систем 
регулируемого 
ПЭД 
УЭЦН. 
Результаты 
многочисленных 
экспериментальных исследований в электрических сетях ОАО «Татнефть», 
ОАО «Оренбургнефть» и ООО «РН-Юганснефтегаз» показали, что 
следствием внедрения ПЧ является искажение формы кривой напряжения, 
уровень которого превышает допустимую норму ГОСТ 13109-97. 
В современных сетях электроснабжения присутствуют и постоянно 
усиливаются следующие негативные факторы: 
- 
появление высших гармонических составляющих тока и 
напряжения из-за применения преобразователей частоты в составе 
установок ЭЦН; 
- 
рост реактивного электропотребления в сетях.
Применяемые в настоящее время методы борьбы с выше указанными 
явлениями, а именно ввод дополнительных элементов компенсации 
реактивной мощности и применение активных и пассивных 
фильтрокомпенсирующих 
устройств, 
не 
являются 
достаточно 
эффективными, так как устраняют только внешние проявления, не решая 
проблему по существу.
Становится все более очевидным усиление обратной связи между 
электрической сетью и элементами ее нагрузки. В сложившихся условиях 
приобретает актуальность оценка влияния технологического оборудования 
добывающих скважин на питающую его сеть с целью минимизации 
действия негативных факторов. 
Поэтому необходимо глубокое исследование работы УЭЦН с ПЧ в 
условиях распределительных сетей электроснабжения нефтепромыслов.
Для того чтобы решить данную проблему предлагается рассмотреть 
систему ПЧ-АД с трехфазным мостовым автономным инвертором 
напряжения и короткозамкнутым асинхронным двигателем. Для 
реализации решения была разработана модель ПЧ с АД (рисунок 1).
35 

---

Рис. 1. Модель ПЧ с АД 
Модель позволяет получить кривые тока и напряжения статора 
(рисунок 2) и других характерных параметров. 
а) б) 
Рис. 2. Кривые тока (а) и напряжения (б) статора (50Гц) 
Для построения модели использовалась схема однофазного 
преобразователя с условием того, что трехфазная сеть симметрична, в 
состав которой входят выпрямитель, инвертор и асинхронный двигатель со 
статической нагрузкой. В состав модели учтено наличие кабеля и 
повышающего трансформатора в цепи питания ПЭД. 
Также модель позволяет анализировать спектральный состав 
напряжения и тока, на входе и выходе ПЧ за счет применения быстрого 
преобразования Фурье (рисунок 3). 
а) б) 
Рис. 3. Спектральный состав тока (а) и напряжения (б) (50Гц)
0,12
0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
36 

---

Данную модель необходимо совершенствовать, а именно расширить 
модель до трехфазной, что позволит учесть возникающие в такой системе 
эффекты, такие как гармоники кратные трем, и явления, возникающие при 
ассиметричных режимах работы цепи «ПЧ-ПЭД».
Данные исследования дадут возможность внести корректировки в 
имеющиеся регламенты и методики выбора технологического 
оборудования погружных электронасосных установок добычи нефти и 
режимов их работы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
1. 
Ведерников, В. А. Модели и методы управления режимами работы 
и электропотреблением погружных центробежных установок / В. А. 
Ведерников. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2007. – 154 с. 
2. 
Чернова К. В. Насосы центробежные: эксплуатация в условиях 
интенсивного солеотложения / К. В. Чернова, Г. А. Аптыкаев. – Уфа: 
УГНТУ, 2009. – 237 с.
 
3. 
Черных 
И. 
В. 
«SimPowerSystem: 
Моделирование 
электротехнических устройств и систем в Simulink» / И. В. Черных. – 
Москва : ДМК Пресс, 2011. – 546 с. 
УДК 681.5