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

     Изменяя э. д. с. ГН, можно регулировать частоты вращения АДН: чем больше сила тока возбуждения ГН, тем меньше частота вращения АДН. Обмотка возбуждения ГН получает питание от реверсивного тиристорного возбудителя, управляемого сельсинпым командоаппаратом. В схеме управления предусмотрены обратные связи, способствующие стабилизации характеристик двигателя. Рассмотренная схема позволяет снижать скорость АДН на 40% от номинальной.

     Для пуска двигателя АДН используется масляный реостат РМ.

     В буровых установках глубокого бурения  подача насоса в широких пределах регулируется при помощи привода  постоянного тока по системе тиристорный преобразователь — двигатель.

     Поскольку режим работы насоса продолжительный, двигатель насоса выбирают таким образом, чтобы его номинальная мощность была несколько больше или равна мощности, вычисленной по формуле (7.4). Номинальное напряжение обмоток двигателя должно быть равно напряжению питающей сети (6 или 10 кВ). Номинальная частота вращения двигателя определяется кинематикой насоса и клиноременной передачи; для существующих   поршневых   насосов   она   составляет  750   об/мин. 

     Двигатели и станции управления 

     В серийных электрифицированных буровых  установках для привода насосов  применяются синхронные двигатели, рассчитанные для эксплуатации в неотапливаемых помещениях с нормальной средой при температуре окружающего воздуха ±40° С и относительной влажностью 90% при 20° С (исполнение У2). Исполнение двигателей — брызгозащищенное с влагостойкой изоляцией, горизонтальное с самовентиляцией; вал на щитовых подшипниках — со свободным концом под шкив для клиноременной передачи. На верху корпуса двигателя смонтирован возбудитель, связанный клиноременной передачей с валом двигателя. Номинальное напряжение двигателей 6000 В, номинальная частота вращения 750 об/мин.

     Обмотка статора двигателя соединена  в звезду, ротор с явно выраженными полюсами, пусковая обмотка в виде латунных стержней, расположенных в башмаках полюсов. Двигатель снабжен грелкой для обогрева обмотки при перерывах в работе в зимнее время.

     Для повышения устойчивости двигателя  насоса при снижениях напряжения предусмотрено форсирование возбуждения двигателя. Контроль за напряжением осуществляется с помощью реле РФ, которое при снижении напряжения на 15% и более отпускает якорь и закрывает свой контакт в цепи катушки контактора форсирования КФ. Последний своим замыкающим контактом закорачивает часть реостата ШР; напряжение возбудителя поднимается, возрастает ток в обмотке возбуждения ОВ СД двигателя, а следовательно, увеличивается и его максимальный момент.

     Форсирование  возбуждения синхронных двигателей целесообразно также и потому, что оно способствует повышению устойчивости всей энергосистемы, так как при аварийных режимах перевозбужденные синхронные двигатели, работая как генераторы реактивной энергии, поддерживают напряжение в сети. После восстановления напряжения сети до номинального значения реле РФ вновь включается и форсировка автоматически снимается.

     Для остановки двигателя необходимо повернуть либо рукоятку УП1 в левое положение, либо рукоятку УП2 в любое положение. Это приводит к одновременному разрыву цепей катушек контактора KB и реле РВ. Контактор KB разрывает цепь обмотки возбуждения возбудителя, обеспечивая гашение поля двигателя С Д. Реле РВ с выдержкой времени около 1,5 с разрывает цепь катушки контактора К и отключает обмотку статора двигателя СД от сети. Такая последовательность операции при отключении двигателя снижает перенапряжения в обмотке статора и на контактах контактора К при его отключении.

     Защита  двигателя от перегрузок и от асинхронного режима осуществляется при помощи реле РТ1 и РТ2, которые с выдержкой времени закрывают свои контакты в цепи катушки реле РП2, отключающего контактор К. Реле РП1 (его катушка на схеме не показана) своим размыкающим контактом РП1 осуществляет блокировку, при помощи которой цепь управления двигателем СД отключается, если отсутствует напряжение 6 кВ цепи питания двигателя.

     Для контроля за работой привода насоса в схеме предусмотрены приборы измерения напряжения и силы тока в цепях статора и обмотки возбуждения: вольтметры VI и V2, амперметры А1 и А2. Чтобы исключить перемагничивание возбудителя при пуске двигателя, в цепь обмотки ОВВ включен кремниевый диод ВК.

     Наличие в описанном приводе бурового насоса электромашинного возбудителя, имеющего щеточный контакт, а также колец и щеток для токоподвода к обмотке возбуждения двигателя приводит к снижению надежности привода. Кроме того, двигатели  СДЗ,  СДЗБ и  СДБ не предназначены для работы в условиях холодного климата. Поэтому был разработан бесщеточный синхронный двигатель типа СДБО-99/49-8ХЛ2, который может быть использован для привода буровых насоса и лебедки (рис. 43). В двигателе применена бесщеточная система возбуждения, которая состоит из синхронного возбудителя ВбС, вращающегося преобразователя ПбВ и устройства бесконтактного измерения тока ротора КН1-3 и обеспечивает генерацию энергии возбуждения, ее бесконтактный подвод к обмотке ротора и измерение. Устройство управления электродвигателем обеспечивает его пуск и остановку, защиту от перенапряжений при пуске и других переходных процессах и управление возбуждением.

Рис. 43. Двигатель СДБО-99/49-8ХЛ2:

1 — статор; 2 — станина; 3 —ротор; 4 — охладитель; 5 и 6 — подшипниковые щиты; 7 — подшипники; 8 — коробка выводов статора; 9 и 10 — кожухи; // —возбудитель переменного тока; 12 — вращающийся полупроводниковый преобразователь; 13 — датчик тока; 14 — вентилятор наружного обдува 
 
 

Дизель-электрический  привод 

     Дизельный привод главных механизмов буровых  установок имеет существенные недостатки. Стремление улучшить характеристики дизельного привода, упростить кинематику и повысить производительность буровых установок, увеличить срок службы дизеля и улучшить условия труда буровых бригад привело к созданию гидравлических и электромашинных передач от дизеля к исполнительным механизмам.

     Введение  гидравлических передач (турботрансформаторов) увеличивает перегрузочную способность  привода по моменту, исключает ряд  нежелательных явлений при совместной работе дизелей на общую трансмиссию, улучшает условия работы дизелей и в ряде случаев увеличивает скорости подъема инструмента.

     Электромашинные передачи постоянного тока дают почти  те же результаты и, кроме того, позволяют  упростить кинематическую схему установки и улучшить условия труда буровой бригады.

     Применение  электромашинных передач переменного тока имеет те же цели, а также дает возможность упразднить вспомогательные дизель-электростанции, поскольку двигатели вспомогательных механизмов получают питание от генераторов электромашинной передачи. При наличии электромашинных передач переменного тока наиболее благоприятны условия для унификации буровых установок, предназначенных для работы в электрифицированных и неэлектрифицированных районах.

     Однако  во всех случаях применение электромашинных  и в особенности гидравлических передач связано с потерями мощности. Кроме того, в ряде случаев может оказаться, что электромашинные передачи усложняют обслуживание привода, увеличивают его массу или снижают надежность.

     Применение  дизель-электрического или дизель-гидравлического привода вместо чисто дизельного не всегда целесообразно, так как в каждом отдельном случае нужно сделать соответствующий технико-экономический сопоставительный анализ с учетом конкретных условий работы установки: способа и времени проходки скважин; расстояния, на которое нужно перевозить установку; геологических условий проходки скважин; квалификации обслуживающего персонала; наличия в УРБ электроремонтной базы и пр.

     Наибольшее  развитие дизель-электрический привод получил в зарубежных буровых установках. Согласно литературным данным, за рубежом определились следующие области эффективного применения буровых установок с дизель-электрическим приводом:

     для эксплуатационного и разведочного бурения глубоких и сверхглубоких  нефтяных и газовых скважин;

     для передвижных и полупередвижных наземных установок (глубина бурения 2000—2500 м);

     для всех видов бурения во внешних  и внутренних водоемах (морские и  озерные баржи, плавучие основания, платформы и пр.);

     для бурения на пересеченной местности  и в густонаселенных районах.

     На  плавучих буровых установках и полупогружных платформах применен дизель-электрический привод, принципиальная схема которого показана на рис. 44. В этом приводе дизели Д1—Д5 вращают генераторы переменного тока Г1—Г5, работающие на общие секционированные главные шины ГШ 6 кВ. Генераторы Г1—Г5 имеют тиристорные возбудители ВГ1—ГВ5. Вспомогательные генераторы Г6 и Г7, вращаемые дизелями Д6 и Д7, питают шины 0,4 кВ переменного тока, которые через трансформаторы связаны с шинами 6 кВ. Большое число выключателей обеспечивает возможность присоединения любого из генераторов к любой системе шин.

     Электродвигатели  буровой лебедки ДЛ1 и ДЛ2, буровых и цементировочных насосов ДН1—ДН4 и ДЦН1, ДЦН2 и ротора ДР получают питание от реверсивных и нереверсивных тири-сторных преобразователей. Таким образом, привод основных механизмов буровой установки осуществляется на постоянном токе. Двигатели гребных винтов ДВ1—ДВ4 и винтов динамического уравновешивания корабля ДВ5—ДВ9 — асинхронные с короткозамкнутым ротором. Пуск этих мощных асинхронных двигателей производят, поочередно присоединяя один из главных генераторов. Такая схема пуска позволяет избежать влияния пусковых токов на работу остальной системы привода.

     Наличие двигателей постоянного и переменного  тока примерно одинаковой установленной мощности, но работающих не одновременно позволяет при такой системе привода уменьшить установленную мощность генераторов  переменного тока.

     Управление  главными электроприводами осуществляется в цепях управления тиристорных  преобразователей; релейно-контактная аппаратура используется только для подготовки схемы к работе и для обеспечения требуемых защит и блокировок.

     

 

     Рис. 44. Принципиальная схема дизель –  электрического привода постоянно  – переменного тока.

       
 

     Электрооборудование вспомогательных механизмов 

     Независимо  от типа электропривода главных механизмов привод большей части вспомогательных  механизмов осуществляется асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором напряжением 380 В с дистанционным управлением. Электропривод компрессора низкого давления после его пуска управляется автоматически в зависимости от давления сжатого воздуха. После увеличения давления до 0,8—0,9 МПа реле давления отключает электропривод; при снижении давления до 0,6—0,7 МПа — вновь отключает его.

     В схемах управления предусмотрены различные блокировки, обеспечивающие требуемую последовательность включения вспомогательных и главных механизмов. Все двигатели вспомогательных механизмов имеют нулевую защиту, защиту от коротких замыканий, перегрузки и однофазного включения, осуществляемую расцепителями установочных автоматов и тепловыми реле пускателей. Все аппараты сосредоточены на соответствующих станциях и пультах управления.

     В установках с неавтономным приводом главных механизмов питания электроприводов вспомогательных механизмов подается от электрической сети через трансформатор 6000/400 В. От этого же трансформатора питаются цепи освещения. При перерывах в электроснабжении буровой установки необходимые вспомогательные механизмы питаются от резервной дизельгенераторной электростанции. В установках с автономным приводом (дизельных или дизельэлектрических) независимо от рода тока электроприводов главных механизмов двигатели вспомогательных механизмов питаются от дизель-генераторной электростанции переменного ток мощностью 100 кВт. Для автоматического регулирования напряжения этой электростанции применена схема регулятора с фазным компаундированием типа УБКО.

     Современные буровые установки оснащены комплексом механизмов для автоматизации спуско-подъема АСП, позволяющим совмещать развинчивание,   свинчивание   и   перестановку свечей с перемещением порожнего элеватора. В качестве привода тележки и стрелы механизмов АСП применены асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором МТК-Ш-6 (3,5 кВт, 380 В, 870 об/мин при ПВ = 25%). Принципиальная схема управления АСП показана на рис. 45.