Источники электроэнергии и особенности её распределения на предприятиях нефтяной и газовой промышленности

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение. 

      Рассматривается  электрооборудование,   применяемое при  добыче  и транспорте нефти и газа,  а  также при строительстве магистральных нефте- и газопроводов. Здесь имеется в виду силовое электрооборудование, непосредственно связанное  с  приведением   в  действие  технологических  установок % (электропривод,    электронагрев,   электрическая   деэмульсация. нефти и др.), и электрооборудование, устанавливаемое в устройствах  электроснабжения  этих  установок   (устройства  электроснабжения представляют собой систему, предназначенную для производства, передачи  и распределения   электрической   энергии). Даются также основные сведения об устройстве электрического освещения технологических установок нефтяных и газовых промыслов.

      Рассматриваемое электрооборудование, как правило, работает на переменном токе стандартной частоты 50 Гц при стандартных напряжениях. Согласно ГОСТ 721—77 для приемников электрической энергии установлены стандартные напряжения трехфазного переменного тока: 36, 220, 380, 660 В и 3, 6, 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ. Для однофазного тока предусмотрены также стандартные напряжения 12, 24 и 127 В. Напряжения у источников питания, в частности у генераторов и вторичных обмоток трансформаторов, устанавливаются на 5% выше, чем у приемников, например 230, 400, 690 В, 6, 3, 10,5 кВ и т. д.

      Рассматриваемое здесь силовое электрооборудование  питается током напряжением от 220 до 10 000 В, осветительные приборы—напряжением от 12 до 220 В, а в устройствах электроснабжения нефтяной и газовой промышленности используются напряжения ПО—220 кВ.

      В тех случаях, когда необходим  постоянный ток, его получают путем выпрямления переменного тока и в редких случаях — от генераторов постоянного тока местных электростанций.

      Электрооборудование, применяемое в рассматриваемых  установках, достаточно подробно описано  в соответствующих главах книги.

      Добыча  нефти в нашей стране возрастает из года в год. Она составляла (с газовым конденсатом), в млн. т: в 1970г.— 353, в 1975 г.— 491, а в 1979 г.— 564. Потребление электроэнергии на промыслах только за этот период (1970—1975) возросло с 16,2 до 28 млрд. кВт-ч.

      Если  в 1975 г. электровооруженность составляла 150 000 кВт-ч на одного работающего из производственного персонала, то в 1980 г. она достигнет 210 000 кВтч • ч, а потребление электроэнергии вырастет до 47,5 млрд. кВт-ч.

      Добыча  газа с 1958 до 1968 г. возросла с 29,9 до 172 млрд. м³, в 1975 г. она составляла 28,9 млрд. м³, а в 1977 г. 346 млрд. м³. В 1980 г. она должна составить 400 - 435 млрд. м³.

      Электрооборудование механизмов для бурения, добычи, транспорта нефти и газа постоянно совершенствуется. Разрабатывается и внедряется регулируемый электропривод, работающий с помощью преобразователей тока, построенных на базе полупроводниковой техники, внедряются более совершенные электродвигатели,  комплектные трансформаторные подстанции   др.

      Растет  производительность перекачивающих насосных станций магистральных нефтепроводов, где для насосов применяются двигатели мощностью до 8 000 кВт.

      Увеличиваются мощности компрессорных станций  газопроводов, где начинают применяться электродвигатели мощностью до 12 500 кВт и газовые турбины мощностью до 25 000 кВт, требующие также сложного вспомогательного электрооборудования.

      Совершенствуется  электропривод механизмов для прокладки трубопроводов. 
 

      Источники электроэнергии и  особенности её распределения  на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. 

      Источники энергии, требования к системам электроснабжения и электрооборудования. 

      Питание потребителей нефтяной и газовой  промышленности электрической энергией осуществляется от сетей энергосистем или от собственных местных электрических станций.

      Установки с большой установленной мощностью электрифицированных механизмов, например компрессорные станции магистральных газопроводов, перекачивающие насосные станции магистральных трубопроводов, комплекс установок нефтяных и газовых промыслов,— как правило, питаются  от энергосистем.

      Энергетической системой называется совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии.

      Часть энергосистемы, содержащая только электрические устройства— генераторы, распределительные устройства, трансформаторные подстанции, линии электрической сети и присоединенные к энергосистеме приемники электроэнергии,— называется электрической системой.

      В состав электрических сетей, предназначенных для передачи электроэнергии от места ее производства до мест потребления, входят кабельные и воздушные линии различных напряжений, трансформаторные и распределительные подстанции.

      Районные  сети, предназначенные для питания электроэнергией больших районов, связывают электростанции электросистемы (ЭС) между собой и с центрами нагрузок и имеют напряжение 110 кВ и выше.

      Местные сети предназначены для питания  небольших районов с радиусом действия до 15—20 км (например, промысловые) и напряжением до 35 кВ включительно.

      Линии передачи напряжением 220—750 кВ переменного  и 800 кВ постоянного тока, связывающие  между собой электрические системы, принято называть межсистемными связями.

      Потребители электроэнергии нефтяной и газовой промышленности подключаются на питание к районным или местным сетям электросистемы.

      Линии местных сетей присоединяются к  распределительным устройствам  генераторного напряжения электростанций (6 - 10 кВ) или к распределительным  устройствам подстанций напряжением до 35 кВ, называемым центрами питания (ЦП). От ЦП электроэнергия подводится к распределительным пунктам (РП), от которых она поступает к электроустановкам потребителей без изменения напряжения или к трансформаторным подстанциям (ТП), понижающим напряжение перед ее распределением между отдельными потребителями.

      Линия передачи, по которой электроэнергия передается от ЦП к РП или подстанции без распределения этой энергии по ее длине,      называется питающей, а линия передачи, на которой имеется несколько мест отбора энергии по длине (несколько ТП или вводов к потребителям),— распределительной.

      Сети  напряжением до 1000 В, прокладываемые непосредственно на территории (и в зданиях) потребителей, подразделяют на питающие,    отходящие от источника питания (подстанции) к групповому распределительному пункту, и распределительные, непосредственно питающие электроприемники. Электростанции энергосистем подразделяются на тепловые и гидроэлектрические. Тепловые электростанции вырабатывают электроэнергию за счет тепла, получаемого при сжигании топлива или при ядерных реакциях (атомные). Гидростанции вырабатывают электроэнергию, используя энергию водных потоков на реках. Существуют станции, работающие на энергии морских приливов (приливные). Основными тепловыми станциями энергосистем являются паротурбинные, которые разделяются    на   конденсационные   и   теплофикационные  станции (ТЭЦ).

      Конденсационные электростанции, работающие за счет сжигания топлива, используют каменный уголь, торф, нефть, природный газ. Получаемый в результате сжигания топлива пар проходит через все ступени турбины и поступает в конденсатор, где охлаждается проточной циркуляционной водой. Образованная в результате конденсации пара вода перекачивается в питательный бак, откуда после подогрева поступает в котел. Около26—30% энергии, выделяющейся при сжигании топлива, превращается в электрическую.

      В теплофикационных станциях от промежуточных  ступеней турбины отводится часть пара для снабжения близлежащих предприятий и жилых массивов теплом. Часть отводимого пара используется непосредственно на производстве, другая часть — для подогрева воды, идущей в теплофикационную сеть. Вследствие уменьшения потерь на конденсацию получаемая от станции энергия, идущая на теплофикацию и в электрическую сеть, здесь составляет около 60—70% от энергии сжигаемого топлива. Мощность тепловых паротурбинных станций доходит до 3   млн.   кВт   и   более.

      Современные атомные станции работают на основе использования тепла, выделяемого в атомном реакторе в результате деления ядер урана под действием нейтронной бомбардировки, для получения пара, приводящего в действие паровые турбины, вращающие электрические генераторы. В нашей стране работают атомные станции мощностью 2 млн. кВт, строятся и более мощные.

      Гидростанции  на реках, использующие энергию массы  воды, падающей с высоты, разделяются на деривационные и плотинные. В первых при относительно небольшом расходе воды за счет большой высоты падения может быть получена достаточно большая мощность (десятки тысяч киловатт). Деривационные станции имеются на горных реках (Кавказ, Алтай, Средняя Азия), Вода в них после плотины отводится к турбинам через водоводы в виде туннелей или трубопроводов. Более важную роль в энергетическом балансе страны играют плотинные гидростанции, мощность которых достигает 6,5 млн. кВт (Саяно-Шушенская ГЭС). В плотинных ГЭС используется напор воды, создаваемый между нижним и верхним бьефами при помощи плотим. Большая мощность здесь получается за счет большого расхода воды при ее напоре, намного меньшем, чем в деривационных станциях.

      Местные стационарные электростанции, обслуживающие  предприятия, расположенные в районах, где отсутствуют сети энергосистем, или передвижные электростанции, питающие энергией строительные объекты, имеют сравнительно небольшую мощность (десятки, сотни или тысячи киловатт). В качестве первичных двигателей здесь применяются дизели, газовые турбины, газовые поршневые двигатели, бензиновые автомобильные двигатели. Очень редко применяются собственные   ТЭЦ.

      Часто при освоении новых нефтяных и  газовых месторождении, расположенных далеко от сетей энергосистем, при разведочных работах и в начальный период эксплуатации для временного электроснабжения применяются местные дизельные и газотурбинные электростанции мощностью несколько тысяч киловатт, энергопоезда  с тепловыми электростанциями,  которые после    постройки    сетей    энергосистемы    перевозят   в    другое место. 
 

      Структурное построение систем электроснабжения. 

      

      На  рис. 1 представлен вариант схемы электроснабжения потребителей нефтяных и газовых промыслов (питание от энергосистемы). От районной электрической сети энергосистемы при помощи линий   ПО—220 кВ получает питание ЦП. От последнего электроэнергия при напряжении 35 кВ подается на промысловые подстанции 35/6 кВ. 
 
 
 

Рис. 1. Вариант схемы электроснабжения объектов нефтяных промыслов: ЦП — центр питания; ГПП — главная понижающая подстанция; РП — распределительный пункт; ТП — трансформаторная подстанция; ВУ — буровая установка; 1— двигатели насосов внешней перекачки нефти; 2 — двигатели компрессоров; 3, 6 — двигатели индивидуального насоса закачки воды в пласт; 4 —двигатели насосов охлаждения компрессоров; 5 — двигатели станков-качалок и погружных электронасосов; 7 —внутренняя перекачка нефти; 8 — ротор и лебедка; 9 — буровые насосы; 10 — вспомогательные механизмы; 11 — ротор и лебедка 

      При напряжении 6 кВ энергия подается к  буровым установкам, компрессорным станциям, насосным перекачки нефти, водяным насосным системы поддержания пластового давления, трансформаторным подстанциям 6/0,4 кВ, питающим электрооборудование скважин насосной эксплуатации. 

      Распределение электроэнергии на буровых  установках. 

      На  буровых установках напряжение питания  основных двигателей (ротор, лебедка, буровые насосы) 6 кВ, а двигатели вспомогательных механизмов питаются при напряжении 0,38 кВ через понижающие трансформаторы 6/0,4 кВ. На некоторых буровых установках двигатели ротора и лебедки получают электроэнергию при напряжении 500 В от бурового трансформатора 6/0,525 кВ.

      Двигатели станков-качалок и установки погружных  центробежных электронасосов получают питание напряжением 380 В от устанавливаемых на скважинах понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ или (на промыслах, обустроенных 8—9 лет назад и ранее) от промысловых подстанций 6/0,4 кВ, от которых питаются и другие потребители с двигателями мощностью, не превышающей 150 кВт (насосы артезианских скважин, внутрипромысловая перекачка нефти и др.)- В последнее время внедряется система глубокого ввода, при которой более высокое напряжение подводится непосредственно к узлам потребителей. В частности, на буровые установки, а чаще на кустовые насосные станции закачки воды в пласт (см. рис. 1); при этом непосредственно заводятся линии электропередачи 35 кВ или ПО кВ.