RO126007B1 - Echipament electric pentru microcentrale utilizate pentru alimentarea cu energie electrică a instalaţiilor de foraj - Google Patents

Description

Invenția se referă la un echipament electric pentru microcentralele utilizate pentru alimentarea cu energie electrică a instalațiilor de foraj care folosesc unul sau mai multe grupuri motor generator (diesel generator sau motor cu gaz generator), în vederea furnizării energiei electrice necesare alimentării instalațiilor de foraj situate în zone izolate, departe de rețeaua națională de alimentare cu energie electrică.

Sunt cunoscute echipamente pentru microcentrale electrice utilizate pentru alimentarea instalațiilor de foraj situate în zone izolate, care utilizează grupuri diesel generator, care prezintă următoarele dezavantaje:

- echipamentele nu au funcții de comandă și protecție configurabile soft în funcție de caracteristicile grupului motor generator;

- puterea electrică activă și reactivă, furnizată de generator, nu este corelată cu puterea dezvoltată de motorul diesel în cazul unor șocuri mari și rapide de sarcină la generator;

- verificarea condițiilor de sincronizare a generatoarelor nu se realizează cu aceleași aparate de control unice, comutate pe fiecare grup motor generator.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în corelarea puterii electrice furnizată de un generator cu puterea dezvoltată de un motor diesel, cât și sincronizarea, cuplarea și funcționarea în paralel a mai multor grupuri motor diesel-generator, utilizate pentru alimentarea cu energie electrică a instalațiilor de foraj.

Echipamentul electric pentru microcentralele utilizate pentru alimentarea cu energie electrică a instalațiilor de foraj, ce folosește un singur grup de generare a energiei electrice, alcătuit dintr-un motor diesel și un generator electric sincron, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că are în componență următoarele dispozitive:

- două transformatoare de măsură de curent, înseriate pe două faze ale generatorului electric, și un transformator de măsură de tensiune, utilizate pentru determinarea puterii electrice furnizate de generator;

- un regulator electronic de turație, utilizat pentru compararea valorii turației motorului diesel, măsurată cu un traductor magnetic de turație, cu o valoare de referință impusă cu ajutorul unui potențiometru de comandă a turației, astfel încât, în funcție și de puterea măsurată a generatorului electric, regulatorul să genereze la ieșire o tensiune de comandă care să acționeze un actuator situat pe motorul diesel, prin care să comande sistemul de injecție cu combustibil, în vederea corelării puterii motorului diesel cu puterea electrică furnizată de generator, și pentru a menține turația motorului constantă, corespunzătoare unei frecvențe constante a tensiunii generatorului;

- un releu de măsură tensiune și un releu de măsură frecvență, conectate la secundarul transformatorului de măsură tensiune, și care realizează protecția generatorului la depășirea valorilor maxime și minime ale tensiunii și frecvenței;

- un releu de măsură de putere inversă, ale cărui înfășurări de curent sunt înseriate cu secundarele celor două transformatoare de măsură curent, ce realizează protecția generatorului la circulația inversă de putere, respectiv, de la bare spre generator, și

- un modul electronic de măsură a puterii, care măsoară și transmite valorile analogice ale puterii active și reactive ale generatorului electric.

Avantajele invenției sunt următoarele:

- echipamentul realizează funcțiile de protecție, comandă, control și sincronizare a grupurilor motor diesel-generator, cu ajutorul unui controler cu logică programată, și oferă un număr crescut de intrări/ieșiri binare sau analogice, ceea ce îi conferă un grad mare de flexibilitate, și posibilități de configurare software pentru a asigura comanda, controlul și protecția diverselor tipuri de motoare diesel, de motoare cu gaz etc.;

RO 126007 Β1

- implementarea rapidă a programelor cu funcții de diagnoză de bună funcționare; 1

- eficiență și siguranță mare în exploatare;

- sistemul de sincronizare este compact, utilizând un singur set de aparate pentru 3 toate generatoarele.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1...4, ce 5 reprezintă:

- fig. 1, schema de principiu a echipamentului electric pentru microcentralele utilizate 7 pentru alimentarea cu energie electrică a instalațiilor de foraj, care utilizează un singur grup motor diesel-generator, conform invenției;9

- fig. 2, schema de principiu a circuitelor de comandă cu controler cu logică programată a unui motor diesel și de sincronizare a două generatoare;11

- fig. 3, schema de principiu pentru conectarea a două generatoare la bare comune de tensiune;13

- fig. 4, schema de principiu pentru verificarea condițiilor de sincronizare a două generatoare.15

Echipamentul electric pentru microcentralele utilizate pentru alimentarea cu energie electrică a instalațiilor de foraj, conform fig. 1, are în alcătuirea sa un motor 1 diesel, care 17 antrenează un generator 2 electric sincron, care furnizează energie electrică pentru alimentarea unei sonde de foraj situată într-o zonă izolată, terestră sau marină. 19

Motorul 1 diesel, care antrenează generatorul 2, este prevăzut cu senzori de protecție motor, așa cum se poate observa în fig. 1, de exemplu, un senzor 3 pentru presiune minimă 21 ulei, un senzor 4 pentru nivel minim apă de răcire, un senzor 5 pentru temperatura apei de răcire, un senzor 6 pentru regimul de funcționare a motorului 1 diesel. în cazul în care sunt 23 depășite limitele prestabilite ale mărimilor supravegheate, fiecare senzor acționează câte un contact. Stările închis/deschis ale acestor contacte reprezintă informațiile care sunt utilizate 25 de echipamentul electric pentru a realiza funcțiile de protecție ale motorului 1 diesel. Turația motorului diesel este măsurată de un traductor 7 magnetic de turație, care transmite valoarea 27 măsurată la un regulator 8 electronic de turație al motorului 1 diesel. Acest regulator 8, prin măsurarea puterii electrice furnizate de generator, și printr-o conexiune comună cu 29 regulatoarele celorlalte generatoare cuplate în paralel la bare comune, asigură repartizarea egală a puterilor (sarcinilor) active între generatoare, și realizează corecțiile necesare pentru 31 controlul precis al turației motorului și, implicit, al frecvenței tensiunii generatorului, prin comanda unui actuator 9, amplasat pe motorul 1 diesel, care este conectat la sistemul de 33 alimentare cu combustibil a motorului. Actuatorul 9 transformă tensiunea de comandă de la intrarea sa, furnizată de regulatorul 8, într-o mărime de ieșire mecanică ce acționează asupra 35 sistemului de alimentare cu combustibil a motorului.

Pentru repartizarea egală a puterilor active, regulatorul 8 electronic de turație al 37 motorului 1 diesel măsoară puterea electrică furnizată de generatorul 2 electric sincron, prin măsurarea curentului generatorului de către două transformatoare 10, 11 de măsură de 39 curent, și prin măsurarea tensiunii generatorului cu ajutorul unui transformator 12 de măsură de tensiune. Printr-o conexiune de comunicare pentru transmitere de date între regulatoarele 41 electronice de turație ale grupurilor conectate în paralel la un sistem de bare comune, se compară puterile electrice ale grupurilor, și se fac corecțiile necesare, care se transmit la 43 fiecare actuator, pentru a realiza o repartiție egală a încărcării generatoarelor. Prin utilizarea regulatorului 8 electronic de turație al motorului 1 diesel și a funcțiilor de reglare descrise mai 45 sus, se realizează adaptarea optimă a puterii electrice furnizată de generator sarcinii cu puterea mecanică disponibilă la arborele motorului 1 diesel. 47

RO 126007 Β1

Pentru comanda și controlul regimurilor de funcționare ale motorului 1 diesel, se utilizează, conform fig. 2, un selector 13 comandă motor 1 diesel cu patru poziții a, b, c, d corespunzătoare regimurilor de funcționare ale motorului: poziția a - pentru comanda de pornire-oprire a motorului, poziția b - pentru funcționarea motorului la turația de ralanti, poziția c - pentru funcționarea la turație nominală, și poziția d - pentru funcționarea motorului în sarcină. Selectorul 13 este prevăzut cu trei contacte care se închid succesiv pe fiecare poziție a selectorului, conform legendei din fig. 2, conectate la intrările binare ale unui controler 14 cu logică programată. Acesta are în componența sa o unitate cu logică programabilă, un modul de comunicație, module cu intrări binare și ieșiri binare, module cu intrări analogice și ieșiri analogice, panou operator.

Pe baza unui program implementat în controlerul 14 cu logică programată, condiționat de funcționarea generatoarelor la parametrii nominali (curent de excitație nominal, tensiune și frecvență nominală) pe fiecare poziție a selectorului 13 sunt activate ieșirile binare relevante ale controlerului la care sunt conectate, conform fig. 2, un releu 15 de pornire-oprire motor, un releu 16 de comandă turație de ralanti a motorului 1 diesel, un releu 17 de comandă funcționare motor fără sarcină, un releu 18 de comandă turație motor în sarcină.

Contactele acestor relee sunt utilizate pentru interconectarea echipamentului cu schema electrică a tabloului local de comandă a grupului motor diesel-generator, pentru a realiza comanda de la distanță a grupului motor diesel-generator.

Generatorul 2 electric sincron se cuplează la bare printr-un întrerupător 19 de putere, conform fig. 1. Tensiunea generatorului 2 electric sincron este controlată de regulatorul 20 de excitație generator, ce reglează curentul prin înfășurarea 21 de excitație, și realizează corecțiile necesare, pentru a menține tensiunea generatorului constantă, în funcție de sarcina generatorului. Ajustarea frecvenței tensiunii generatorului 2 electric, pentru a obține o valoare egală cu frecvența tensiunii de la bare, în scopul sincronizării și cuplării generatorului la bare, se realizează cu un potențiometru 22 conectat la una dintre intrările regulatorului 8 electronic de turație al motorului 1 diesel.

Protecția generatorului la depășirea valorilor maxime și minime ale tensiunii sau frecvenței se realizează cu un releu 23 de măsură tensiune și cu un releu 24 de măsură frecvență, care sunt conectate la secundarul transformatorului 12 de măsură tensiune. Releele activează, fiecare, câte un contact pentru valorile minime și maxime ale mărimilor măsurate. Contactele sunt legate la intrările binare ale controlerului 14 cu logică programată, conform fig. 1. Protecția generatorului la circulația inversă de putere, respectiv, de la bare spre generator, în cazul în care sunt cuplate în paralel mai multe generatoare, se realizează prin măsurarea curentului generatorului și a tensiunii generatorului cu un releu 25 de măsură putere inversă. La depășirea valorii maxime admise prestabilite a puterii inverse, releul 25 acționează un contact conectat la o intrare binară a controlerului 14 cu logică programată. Măsurarea și afișarea valorilor puterii active, a puterii reactive, a tensiunii, a curentului și a frecvenței generatorului se realizează cu un modul 26 electronic de măsură putere, prin măsurarea curentului generatorului cu cele două transformatoare 10,11 de curent, înseriate pe două faze ale generatorului, și prin măsurarea tensiunii generatorului cu transformatorul 12 de măsură de tensiune. Secundarele celor două transformatoare de curent sunt înseriate cu înfășurările de curent ale regulatorului 8 electronic de turație pentru motor, cu înfășurările de curent ale releului 25 de măsură de putere inversă și cu înfășurările de curent ale modulului 26 electronic de măsură de putere. Secundarele transformatorului 12 de măsură de tensiune sunt conectate la intrările de tensiune corespunzătoare ale regulatorului 8

RO 126007 Β1 electronic de turație pentru motor, ale releului 25 de măsură de putere inversă și ale 1 modulului 26 electronic de măsură de putere. Acest modul măsoară și transmite și valorile analogice ale puterii active și puterii reactive ale generatorului, care se transmit la două 3 intrări analogice ale controlerului 14 cu logică programată.

Toate contactele de la senzorii de protecție ai motorului 1 diesel și de la releele de 5 protecție ale generatorului sunt conectate la intrările binare ale controlerului 14 cu logică programată, și reprezintă semnale binare, care sunt procesate de un program implementat 7 în PLC. în funcție de intrările care sunt active, se comandă activarea unor ieșiri binare ale PLC la care sunt conectate un releu 27 de alarmă, un releu 28 de avarie, un releu 29 pentru 9 deconectare întrerupător și un releu 30 pentru dezexcitare generator, conform fig. 1.

Contactele acestor relee sunt utilizate pentru interconectarea și integrarea 11 echipamentului în instalația de foraj, iar pe baza programului se realizează funcțiile de protecție necesare. Cuplarea unui generator, de exemplu, generatorul 2 electric sincron, la 13 bare la care nu există tensiune, se realizează direct, fără îndeplinirea unor condiții de sincronizare. Cuplarea unui generator la bare cu tensiune, de exemplu, un alt generator 31 15 electric, se poate realiza numai după îndeplinirea condițiilor de sincronizare care presupun valori egale ale tensiunilor și ale frecvențelor, defazajul între tensiuni egal cu zero. 17

Verificarea sincronizării și conectarea la bare a unui generator se realizează cu un selector 32 de sincronizare, pentru generatorul 2 electric, și cu un selector 33 de 19 sincronizare, pentru generatorul 31, conform fig. 2. Fiecare selector are trei poziții, a (stand by), b (sincronizare), c (cuplare întrerupător), și două contacte care se închid succesiv pe 21 pozițiile b și c ale selectorului, conform legendei din fig. 2. Aceste contacte sunt legate la intrările binare ale controlerului 14 cu logică programată, și comandă închiderea succesivă 23 a unor relee conectate la ieșiri binare ale controlerului 14 cu logică programată.

Pentru verificarea sincronizării generatorului 2 electric sincron, se trece selectorul 32 25 pe poziția b (sincronizare), stare în care se acționează, condiționat prin soft de starea a (stand by) a celorlalte selectoare, un releu 34 de conectare tensiune de sincronizare. Acest 27 releu, prin contactele 34.1, 34.2 , conform fig. 3, conectează tensiunea de sincronizare la aparatele de verificare sincronizare și la un releu de verificare a sincronizării. După ajustarea 29 tensiunii și frecvenței generatorului, în scopul îndeplinirii condițiilor de sincronizare, pentru închiderea întrerupătorului 19 se trece selectorul 32 pe poziția c (cuplare întrerupător), care 31 determină acționarea unui releu 35 de comandă închidere întrerupător, conform fig. 2.

Pentru verificarea sincronizării generatorului 31, se trece selectorul 33 pe poziția b 33 (sincronizare), stare în care se acționează, condiționat prin soft de starea a (stand by) a celorlalte selectoare, un releu 36 de conectare tensiune de sincronizare, care, prin contactele 35 36.1, 36.2, conform fig. 3, conectează tensiunea de sincronizare la aparatele de verificare sincronizare și la un releu 45 de verificare a sincronizării. 37

Pentru conectarea la bare a generatorului 31, se trece selectorul 33 pe poziția c (cuplare întrerupător), stare în care se acționează un releu 37 de comandă închidere 39 întrerupător 47. Tensiunile generatoarelor 2 și 31 sunt măsurate de două transformatoare 38, respectiv, 39 de măsură tensiune generator, iar tensiunea de bare este măsurată de un 41 transformator 40 de măsură tensiune bare.

Condițiile de sincronizare se verifică apoi cu aparate specifice, respectiv, un voltmetru 43 41 dublu, un frecvențmetru 42 dublu, un sincronoscop 43, o lampă 44 de sincronizare și un releu 45 verificare sincronizare, care au, fiecare, câte două perechi de borne. Primele 45 perechi de borne ale voltmetrului 41 dublu, ale frecvențmetrului 42 dublu, ale sincronoscopului 43, ale lămpii 44 de sincronizare și ale releului 45 de verificare sincronizare 47

RO 126007 Β1 sunt legate în paralel, iar prin intermediul contactelor 34.1, 34.2 sau 36.1, 36.2, seconectează la tensiunea de sincronizare a generatorului care urmează să fie conectat la bare. Bornele care formează a doua pereche sunt conectate în paralel și sunt legate la secundarul transformatorului 40 de măsură tensiune bare, împreună cu bobina unui releu 46 de bare. Se verifică indicațiile aparatelor, se reglează tensiunea generatorului și frecvența, astfel încât să fie îndeplinite condițiile de sincronizare.

Generatorul 31 se cuplează la bare cu întrerupătorul 47.

Circuitele de acționare a întrerupătoarelor sunt prezentate în fig. 4.

Pe poziția b (sincronizare) a selectorului 33, releul 36 de conectare a tensiunii de sincronizare conectează, prin perechea de contacte 36.1, 36.2, tensiunea de sincronizare pe prima pereche a bornelor aparatelor de sincronizare, și prin contactul 36.3 conectează tensiunea de alimentare pentru bobina 48 de minimă tensiune, și pentru motorul 49 de armare a mecanismului de acționare al întrerupătorului 47 cuplare generator. După verificarea și îndeplinirea condițiilor de sincronizare, se închide contactul 45.1 al releului 45 de verificare a sincronizării, conectat în paralel cu un contact 46.1 al releului 46 de bare. La trecerea selectorului 33 pe poziția c (cuplare întrerupător), releul 37 de comandă închidere întrerupător generator, prin contactul 37.1, alimentează electromagnetul 51 de închidere întrerupător, realizând astfel conectarea generatorului 31 la bare.

în mod similar, se poate cupla generatorul 2 la bare cu tensiune, cu întrerupătorul 19 ce are o bobină 51 de minimă tensiune, un motor 52 de armare a mecanismului de acționare al întrerupătorului, și un electromagnet 53 de închidere, conform fig. 4.

Claims (5)

1. Revendicări 1

   1. Echipament electric pentru microcentralele utilizate pentru alimentarea cu energie 3 electrică a instalațiilor de foraj, ce folosește un singur grup de generare a energiei electrice, alcătuit dintr-un motor (1) diesel și un generator (2) electric sincron, caracterizat prin aceea 5 că are în componență următoarele dispozitive:

   - două transformatoare (10, 11) de măsură de curent, înseriate pe două faze ale 7 generatorului (2) electric, și un transformator (12) de măsură de tensiune, utilizate pentru determinarea puterii electrice furnizate de generator; 9

   - un regulator (8) electronic de turație, utilizat pentru compararea valorii turației motorului (1) diesel, măsurată cu un traductor (7) magnetic de turație, cu o valoare de 11 referință impusă cu ajutorul unui potențiometru (22) de comandă a turației, astfel încât, în funcție și de puterea măsurată a generatorului (2) electric, regulatorul (8) să genereze la 13 ieșire o tensiune de comandă care să acționeze un actuator (9) situat pe motorul (1) diesel, prin care să comande sistemul de injecție cu combustibil, în vederea corelării puterii 15 motorului diesel cu puterea electrică furnizată de generator, și pentru a menține turația motorului constantă, corespunzătoare unei frecvențe constante a tensiunii generatorului; 17

   - un releu (23) de măsură tensiune și un releu (24) de măsură frecvență, conectate la secundarul transformatorului (12) de măsură tensiune, ce realizează protecția 19 generatorului (2) la depășirea valorilor maxime și minime ale tensiunii și frecvenței;

   - un releu (25) de măsură de putere inversă, ale cărui înfășurări de curent sunt 21 înseriate cu secundarele celor două transformatoare (10, 11) de măsură curent, ce realizează protecția generatorului la circulația inversă de putere, respectiv, de la bare spre 23 generator, și

   - un modul (26) electronic de măsură a puterii, care măsoară și transmite valorile 25 analogice ale puterii active și reactive ale generatorului (2) electric.
2. 2. Echipament conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru controlul 27 regimurilor de funcționare ale motorului (1) diesel care antrenează generatorul (2) electric, se utilizează un selector (13) comandă motor cu patru poziții corespunzătoare opririi 29 motorului (a), funcționării la ralanti (b), funcționării fără sarcină (c) și funcționării în sarcină (d), și ale cărui contacte se închid succesiv pe fiecare poziție a selectorului, și se conectează 31 la intrările binare ale unui controler (14) cu logică programată, care activează ieșirile binare corespunzătoare, la care sunt conectate un releu (15) de pornire-oprire motor, un releu (16) 33 de comandă turație de ralanti a motorului, un releu (17) de comandă funcționare motor fără sarcină, și un releu (18) de comandă a turației motorului în sarcină, ale căror contacte sunt 35 utilizate pentru comanda motorului de la distanță, prin interconectarea echipamentului cu circuitele de comandă locală ale grupului motor diesel-generator. 37
3. 3. Echipament conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că, pentru realizarea protecției grupului motor (1) diesel-generator (2) electric, contactele de protecție ale 39 motorului, furnizate de un senzor (3) de presiune minimă ulei, de un senzor (4) de nivel minim apă de răcire, de un senzor (5) de temperatură maximă apă de răcire și de un senzor 41 (6) de regim motor diesel, împreună cu contactele de protecție pentru generator furnizate de releul (23) de măsură tensiune, de releul (24) de măsură frecvență, de releul (25) de măsură 43 putere inversă, sunt conectate la intrările binare ale controlerului (14) cu logică programată, care, în funcție de senzorii de protecție care se activează, acționează ieșirile binare 45 corespunzătoare, la care sunt conectate un releu (27) de alarmă, un releu (28) de avarie, un releu (29) pentru deconectare întrerupător și un releu (30) pentru dezexcitare generator, ale 47 căror contacte sunt utilizate pentru interconectarea echipamentului cu circuitele de comandă locale ale grupului motor diesel-generator. 49

   RO 126007 Β1
4. 4. Echipament conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că, pentru a realiza sincronizarea și cuplarea generatorului (2) electric la bare, utilizează:

   - un selector (32) cu trei poziții, corespunzătoare stării de stand-by (a), sincronizare (b) și cuplare (c) întrerupător general, ale cărui contacte se închid succesiv pe pozițiile de sincronizare (b) și cuplare (c), și comandă intrările binare ale controlerului (14) cu logică programată, astfel încât corespunzător poziției de sincronizare (b) este activată o ieșire binară, care acționează un releu (34) ce conectează tensiunea de sincronizare a generatorului, furnizată de un transformator (38) de măsură tensiuni generator, la două borne obținute prin conectarea în paralel a primelor perechi de borne de măsură ale unui voltmetru (41) dublu, ale unui frecvențmetru (42) dublu, ale unui sincronoscop (43) și ale unui releu (45) de verificare sincronizare, care au celelalte două borne de măsură legate în paralel și conectate la tensiunea de la bare printr-un transformator (40) de bare;

   - un releu (34) ce conectează, prin niște contacte ale sale, tensiunea de alimentare la o bobină (51) de minimă tensiune și la un motor (52) de armare al mecanismului de acționare a unui întrerupător (19) cuplare generator;

   - un electromagnet (53) de închidere al întrerupătorului (19), acționat la îndeplinirea condițiilor de sincronizare validate de închiderea releului (45) de verificare sincronizare, legat în paralel cu un contact al unui releu (46) de bare, realizând astfel cuplarea în paralel a generatorului (2) electric la barele comune de tensiune.
5. 5. Echipament conform revendicării 4, caracterizat prin aceea că, pentru diminuarea variațiilor mari de tensiune și de frecvență ale generatorului (2) electric, datorate apariției unor șocuri mari și rapide de putere activă sau reactivă, controlerul (14) cu logică programată, pe baza informațiilor primite de la modulul (26) electronic de măsură putere, generează, la o ieșire analogică, o tensiune cu o pantă de creștere controlată pe o durată prestabilită, în vederea comandării creșterii curentului de sarcină a generatorului cu o pantă, până la atingerea unei valori staționare.