Руководство по выбору специальных тормозных единиц в частотных дисках с переменными нефтяными полетами (VFD): технические соображения и лучшие практики

Выделенные тормозные единицы для нефтяных VFD предназначены для решения этих проблем, преобразования избыточной регенеративной энергии в тепло или подавать ее обратно в сетку (если применимо). В этом руководстве изложены ключевые соображения и шаги для выбора правого тормозного блока, адаптированного к нефтяным средам.

Уникальные проблемы в приложениях на нефтяных месторождениях

Операции на нефтяных местах навязывают жесткие условия на электрические системы, требующие тормозных единиц с повышенной долговечностью и надежностью:

1. Резкие факторы окружающей среды:

   • Пыль и мусор: песок, иловые и углеводороды в сухорных/оффшорных нефтяных месторождениях требуют надежных корпусов.
   • Экстремальные температуры: высокие температуры окружающей среды (до 60 ° C в пустынных областях) или подзерный холод в арктических полях.
   • Влажность и коррозия: соленая вода (оффшорная) или продуцированная вода (на берегу) ускоряет ржавчину и окисление.
   • Вибрация и шок: насосы, компрессоры и тяжелые машины генерируют устойчивые вибрации (например, 5–20 г среднеквадратичных средств на IEC 61373).

2. Мощные динамические нагрузки:

   • Масляные насосы (например, ESP, PCP) и системы впрыска воды включают тяжелые инерции и циклическую нагрузку, что приводит к частым регенеративным событиям торможения.
   • Внезапные изменения нагрузки (например, пики давления в стиле скважины) требуют быстрого рассеяния энергии, чтобы предотвратить перенапряжение.

3. Безопасность и соответствие:

   • Взрывные атмосферы (например, вблизи скважины или газообразные подразделения) требуют, чтобы сертификаты (EX) (например, Atex, IECEX).
   • Строгие стандарты электромагнитной совместимости (EMC), чтобы избежать вмешательства в другие нефтяные инструменты (например, датчики, ПЛК).

Ключевые параметры для выбора тормозного блока

1. Расчет регенеративной энергии

Тормозное блок должен обрабатывать пик и кумулятивную энергию, генерируемую во время замедления. Используйте следующую формулу для оценки тормозной силы:

PAVG = TCYCLE EREG

Где:

• EREG : общая регенеративная энергия на цикл (KJ), рассчитанная как EREG = 21 J (ω12 −ω22)+MGH (Инерция J , угловая скорость ω , масса M , гравитация G , высота H ).
• TCYCLE : время для операционного цикла (ы) (например, интервал начала стоп насоса).

Пример: масляный насос 200 кВт с 10-секундным циклом замедления (инерция j = 100 кг \ cdotpm2 , ω1 = 157rad/s , ω2 = 0 ) генерирует:
EREG = 0,5 × 100 × (1572–0) = 1,232,450J = 1,232KJ
Если время цикла составляет 60 секунд, PAVG = 1 232/60 обычно 20,5 кВт . Выберите тормозную единицу с непрерывным рейтингом ≥20,5 кВт (плюс 20–30% маржинала для переходных пиков).

2. Совместимость напряжения и тока

• Напряжение шины постоянного тока: Сопоставьте номинальное напряжение тормозного блока с VFD DC Link (например, 680 В для VFD 500 В, 1300 В для VFD 1000 В). Нефтяные VFD часто работают при более высоких напряжениях (до 3,3 кВ) для больших насосов - в результате тормозного блока поддерживает эти уровни.
• Пиковая обработка тока: нагрузки на нефтяные поля могут потребовать краткосрочных пиков тока (1,5–2-кратный ток) во время быстрого замедления. Тормозное устройство должно противостоять этим скачкам без повреждений.

3. Время отклика и крутящий момент торможения

Оборудование для нефтяного поля требует быстрого ответа, чтобы предотвратить превышение напряжения. Ключевые метрики:

• Время отклика торможения: ≤10 мс для критических применений (например, аварийные остановки насоса).
• Тормозный крутящий момент: рассчитывается как Tbrake = 2π × npbrake × 60 (кВт, об / мин). Например, тормоз 20 кВт при 1500 об / мин обеспечивает Tbrake = 2π × 150020 × 60 ≈0,127KN \ CDOTPM .

4. защита окружающей среды (рейтинг IP)

Нефтяная пыль, влажность и химикаты требуют надежных корпусов:

• IP65/IP66: Минимум для нахождения/оффшорного использования (пылесос, водный реактивный резистентный).
• NEMA 4x: эквивалент IP66 с коррозионной устойчивостью (идеально подходит для прибрежных или химических сред).

5. Сертификация с взрывом

В зонах взрывчатых веществ (например, «Уэдлины», «станции сбора газа»), тормозные подразделения должны соответствовать:

• Категория Atex/IECEX 2G/3G: для газовых/пылевых атмосфер (например, EX DB IIC T4 GB для газов класса IIC).
• Flameproof Curlese (Ex D): запечатанный дизайн, чтобы содержать внутренние искры.

6. Тепловое управление

Непрерывное торможение в нефтяных месторождениях генерирует значительное тепло. Выберите единицы с:

• Охлаждение с воздушным охлаждением или принудительное воздух: для низкой до умеренной мощности (<100 кВт) в хорошо продуманных корпусах.
• Системы с водяным охлаждением: для мощных применений (> 100 кВт) или ограниченных пространств (например, оффшорных платформ).
• Защита от тепловой перегрузки: встроенные датчики или вентиляторы, которые активируются при заданных температурах (например, 85 ° C).

Материал и соображения дизайна

1. Коррозионная стойкость

• Корпус из нержавеющей стали: 316L нержавеющая сталь сопротивляется соленой воде, H₂S и углеводородам.
• Конформное покрытие: эпоксидные или силиконовые покрытия для плат и разъемов.
• Некоррозивные компоненты: используйте никелированные терминалы, полимеры с стекловолокно, полимеры (FRP) для изоляторов.

2. Механическая долговечность

• Сопротивление вибрации: болтовые соединения (не припаянные) и амортизационные крепления (соответствующие IEC 61373 категория 1/2).
• Модульная конструкция: позволяет заменить тормозные резисторы или модули на месте без полного отключения системы (критическая для оффшорных буровых установок с ограниченным доступом).

3. Соответствие EMC

• Экранированные кабели: чтобы уменьшить электромагнитные помехи (EMI) с близлежащими датчиками или системами связи.
• Интеграция фильтров: встроенные фильтры EMI (например, EN 61800-3 Категория C2) для соответствия стандартам EMC на нефтяных местах.

Интеграция с VFD и нефтяными системами

1. Совместимость управляющего сигнала

• Цифровые входы: поддержка сигналов DC 24 В для команд запуска/остановки (совместим с большинством VFD).
• Аналоговая обратная связь: 4–20 мА или 0–10 В выходов для мониторинга тормозного тока, температуры или состояния разлома.
• Протоколы связи: Modbus RTU, Profibus или Ethernet/IP для интеграции с системами SCADA (необходимо для удаленного мониторинга нефтяных позов).

2. Особенности защиты от неисправностей

• Выключение перенапряжения: триггеры, когда напряжение шины постоянного тока превышает безопасные ограничения (например, 800 В для 680 В связей постоянного тока).
• Защита от перегрузки: быстрое действие предохранители или выключатели схемы для предотвращения повреждения резистора.
• Датчики температуры: RTDS (PT100), встроенные в резисторы, чтобы предупреждать операторы перегрева.

3. Регенеративный против диссипативного торможения

• Диссипативное торможение: преобразует энергию в тепло через резисторы (общие в нефтяных месторождениях из -за простоты и надежности).
• Регенеративное торможение: подает энергию обратно в сетку (требует активного фронтального (AFE) VFD и синхронизации сетки). Менее распространен в удаленных нефтяных месторождениях из-за нестабильности сетки, но идеально подходит для крупномасштабных операций со стабильными энергосипедами.

Тестирование и проверка

После установки проверьте производительность в реалистичных условиях:

1. Тестирование нагрузки: моделируйте циклы запуска насоса с реальными нагрузками скважины для измерения зажима напряжения и крутящего момента торможения.
2. Экологические испытания: подвергайте единицу пыли, солево-брызги или вибрационные камеры, чтобы проверить долгосрочную долговечность.
3. Моделирование неисправностей: индуцируйте перенапряжение, перегруз или перегрев, чтобы гарантировать, что защитные функции активируются правильно.
4. Тестирование EMC: используйте анализаторы спектра для подтверждения соответствия стандартам EMC на нефтяных местах (например, CISPR 11).
5.