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

      Схемы электроснабжения нефтепромысловых объектов Западной Сибири отличаются своими особенностями. Технологические объекты по добыче нефти Самотлорского месторождения, покрытого озерами и болотами, располагаются на насыпных площадках. Здесь на небольшой площади концентрируются нагрузки, достигающие 50 000 кВт. Каждая площадка оборудуется подстанцией глубокого ввода 110/6 или 110/35/6 кВ.

      Компрессорные станции магистральных газопроводов и перекачивающие насосные станции магистральных трубопроводов получают электроэнергию от внутрисистемных районных распределительных сетей энергосистем при напряжении 110— 220 кВ и снабжаются собственными мощными понижающими подстанциями ПО—220/6 кВ, содержащими также ступени вторичной трансформации.

      Электрифицированные машины для строительства трубопроводов и вспомогательные устройства получают питание от собственных передвижных электростанций, смонтированных на автоплощадках. 

      Категории потребителей. 

      По  степени обеспечения надежности электроснабжения электроприемники согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) делятся на три категории — 1-ю, 2-ю, 3-ю,— начиная с наиболее ответственных. При этом понятие «электроприемник» относится к установке, агрегату и т. п., имеющему резервные элементы. Таким образом, отдельный двигатель, трансформатор и т. п. не могут быть приемниками 1-й и 2-й категорий, так как повреждение самого приемника приводит к остановке агрегата, машины и т. п. и обеспечение бесперебойности питания здесь не имеет смысла.

      К 1-й категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб, связанный с повреждением оборудования, массовым браком продукции или длительным расстройством технологического процесса.

      Ко 2-й категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых  связан с массовым недоотпуском продукции, простоями работников, механизмов и  промышленного транспорта.

      К 3-й категории относятся все  остальные электроприемники, не подходящие под определения первой и второй категорий (например, приемники вспомогательных цехов, цехов несерийного производства и т. п.).

      Установки, отнесённые к 1 – й категории, должны иметь питания, обеспечиваемое двумя  независимыми источниками с автоматическим резервированием. При этом независимым считается такой источник, который может обеспечить питание рассматриваемых потребителей при исчезновении напряжения на других источниках.

      Питание нагрузок 1-й категории при любой  аварии или ремонтных работах не должно прерываться вовсе или должно быть немедленно автоматически восстановлено, т. е. для этих нагрузок допускается перерыв в электроснабжении лишь на время, необходимое для автоматического включения резервного источника.

      Для установок, отнесенных ко 2-й категории, допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания. Так как воздушные линии напряжением 6 кВ и выше имеют высокую надежность и могут быть быстро восстановлены   при   повреждениях,   допускается    питание потребителей 2-й категории одной воздушной линией. Питание по одной кабельной линии допускается, если она расщеплена на два кабеля. Возможно питание потребителей этой категории через один трансформатор, если имеется централизованный резерв трансформаторов.

      Для нагрузок 3-й категории допустим перерыв в питании па время, необходимое для ремонта линии электропередачи или неисправного электрооборудования, но не превышающее 24 ч. Питание таких потребителей осуществляется от одного источника.

      Чем ближе к источнику энергии находится рассматриваемая ступень электрической сети, тем больше ущерб при прекращении ее питания, так как по мере приближения ступени сети к источнику возрастает число питаемых ею потребителей. Поэтому уровень надежности системы электроснабжения повышают по мере перехода к более высоким ступеням системы.

      Для нормальной работы токоприемников необходимо выполнять требования, предъявляемые к качеству электроэнергии.

      Показателями  качества электрической энергии  у приемников В случае питания их трехфазным током являются отклонения напряжения и частоты, колебания напряжения и частоты, несинусоидальность формы кривой напряжения, смещение нейтрали и несимметрия напряжений основной частоты (ГОСТ 13109—67). В частности, при снижении напряжения уменьшаются пусковой и максимальный моменты электродвигателей, возрастает ток, поступающий к ним из сети, увеличивается нагрев обмоток, резко уменьшается световой поток ламп.  Превышение номинального напряжения приводит к возрастанию потерь в стали трансформаторов, электродвигателей и аппаратов и увеличению их нагрева, ухудшению коэффициента мощности асинхронных двигателей, сокращению срока службы осветительных ламп. 
 

      Типовые схемы распределения  электроэнергии: радиальные, магистральные, смешанные. 

      Схемы электрических сетей напряжением до 1 000 В и местных сетей напряжением выше 1 000 В могут быть двух видов: магистральные и радиальные.

      В местных сетях внутреннего электроснабжения напряжением выше 1000 В (обычно 6 и 10 кВ), выполненных по магистральной схеме, к одной питающей линии присоединяются вводы нескольких подстанций.

      Исходя  из требований быстрейшего восстановления питания потребителей при повреждении  участков магистрали к одной магистрали присоединяют не более 3 - 5 подстанций.

      Находят применение схемы с одиночными магистралями (рис. 2а), где одна линия последовательно обходит ряд подстанций, а резервирование обеспечивается магистралью, рассчитанной на нагрузку наиболее загруженной магистрали.

      Более надежно электроснабжение при схеме  сквозных магистралей с двухсторонним питанием (рис. 2б), когда магистраль с двух сторон присоединена к разным питающим источникам и в нормальных условиях разомкнута на одной из подстанций. При этом одна часть подстанций питается от первого источника, а другая — от второго с возможно одинаковым распределением нагрузок. При выходе из работы одного из источников все подстанции переводятся на питание от другого (замыкается перемычка, показанная на рисунке пунктиром).

      Применяется также схема, аналогичная предыдущей, но с питанием обоих концов магистрали от одного источника с присоединением их к разным секциям или к системам шин этого источника  (рис.  2в). Эта схема, называемая схемой кольцевой магистрали, несколько менее надежна, чем предыдущая. Работа с замкнутой перемычкой в обеих схемах редко практикуется из-за вызываемого этим усложнения релейной защиты. 
 

      

      Рис. 2 Магистральные схемы сетей напряжения выше 1000 В. 

      Конечные  участки магистралей в этих двух схемах должны рассчитываться на бесперебойную работу потребителей при питании всех подстанций с одного конца магистрали.

      Магистральные  схемы  сетей  могут  быть  также  выполнены 
как схемы двойных магистралей с питанием  от разных секций 
или систем шин от одного источника или от двух разных источников (рис. 2г). 

      Радиальные  схемы питания в сетях напряжением  выше г 1000 В характеризуются наличием отдельной линии, соединяющей каждого потребителя (подстанцию, РП, электродвигатель) С источником питания (ЦП, ГПП). На рис. 3, а показано питание по одной линии. Выход из строя этой линии приводит к прекращению электроснабжения потребителя до ее восстановления. Схема радиального питания с резервированием (рис. 3,б)  часто применяется в кабельных сетях и позволяет за 20—30 мин восстановить питание потребителей при выходе из строя одного из спаренных кабелей. Схема с выключателями на питающих концах (рис. 3, в) позволяет быстро восстановить электроснабжение потребителей, присоединенных к секции шин, которая питается вышедшей из строя линией, так как для этого требуется замкнуть секционный выключатель. Нормально работают обе линии при разделенных секциях шин.

      

       На рис. 3, г показана схема радиального питания по двум линиям с выключателями на обоих концах линий и между секциями шин. 

      Рис. 3. Радиальные схемы сетей напряжения выше 1000 В. 
 

      Питание потребителей, лишившихся напряжения при выходе из строя одной линии, обычно восстанавливается автоматическим включением секционного шинного выключателя, если линии работают одновременно раздельно, либо автоматическим включением резервной линии, если нормально работает одна из линий, а другая отключена. И в том и в другом случае перерыв в электроснабжении не превышает 1—2 с.

      Схема смешанного типа (рис. 3, д) сочетает в себе элементы магистральных и радиальных схем. Основное питание каждого из потребителей здесь осуществляется радиальными линиями, а резервное — одной сквозной магистралью.

        Применение магистральных схем позволяет сократить число ячеек на ЦП или на ГПП, так как одна линия питает несколько потребителей. Это уменьшает количество аппаратуры и проводов. Сети требуют меньших затрат на сооружение по сравнению с радиальными. В связи с тенденцией внедрения глубокого ввода напряжений выше 1 000 В непосредственно в район расположения  приемников энергии   (к двигателям  погружных насосов и т. п.) возрастает число подстанций. При этом сильнее сказываются преимущества магистральных схем.

      Радиальные  схемы проще в эксплуатации, чем магистральные; они дают возможность использовать несложные виды защиты и простейшие устройства автоматизации.

      Питание одной линией только одной подстанции позволяет быстро обнаружить и ликвидировать  повреждение линии.

      На  нефтяных и газовых промыслах  применяются как магистральные, так и радиальные схемы сетей.

      Схему радиального питания (см. рис. 3, а) применяют для потребителей 3-й категории, которые могут быть отключены на время ремонта линии. При воздушной линии эта схема применима для потребителей 2-й категории, но при этом рекомендуется на питающем конце линии установить устройство автоматического повторного включения. На промыслах эта схема используется для буровых установок и других объектов, которые отнесены ко 2-й категории, и допустимы для объектов 1-й категории, если на них имеются автономные источники резервного питания (например, электростанция с двигателем внутреннего сгорания на буровой). Одиночные радиальные кабельные линии широко используются для подвода электроэнергии при напряжении 6 кВ к двигателям компрессорных станций промыслов и магистральных газопроводов, к двигателям водяных и нефтеперекачивающих насосов на промыслах и магистральных нефтепроводах.

      Магистральные    (см.   рис.    2, а,   б,   в),   радиальные    (см. рис. 3, б, в) и смешанная (см. рис. 3, д) схемы используются па промыслах для питания потребителей 2-й категории.

      Для ответственных потребителей 1-й категории  на промыслах применяются схемы двойных магистралей (см. рис. 2,г), 
схемы с питанием от разных секций или систем шин одного ЦП, 
а также радиальные схемы (см. рис. 3, г). Здесь в ряде случаев может быть использована и радиальная схема (см. 
рис. 3, б): при выходе из работы одной линии часть потребите 
лей, присоединенных к секции шин, питаемой другой линией, 
остается в работе.

      Магистральные схемы сетей напряжением до 1 000 В применяются иногда для питания двигателей станков-качалок и погружных электронасосов на промыслах, для питания электродвигателей станков и другого силового электрооборудования ремонтных цехов и заводов, а также для электродвигателей вспомогательных устройств компрессорных и насосных станций.

      Электродвигатели  установок насосной эксплуатации скважин  питаются одиночными магистралями при  напряжении в сети 6 кВ без резервирования.

      Внутренние (цеховые) питающие сети напряжением  до 1 000 В, прокладываемые от подстанций к распределительным пипкам,   чаще всего выполняются в виде одиночных магистралей, распределительные сети от щитков к потребителям — по магистральным и радиальным схемам. Радиальное питание применяется главным образом для сосредоточенных нагрузок: крупных электродвигателей, электропечей и т. п.

      Аппаратура  управления электрооборудованием, установленным во взрывоопасных помещениях, обычно выносится за пределы этих помещений. Электроэнергия от аппаратов управления к электродвигателям и другим электроприемникам подводится обычно по радиальным схемам. 

      Воздушные проводные и кабельные  линии электропередач, их устройство и условия  прокладки. 

      Электрические линии, расположенные на открытых территориях вне зданий, выполняются воздушными и кабельными, внутри зданий линии выполняются изолированными проводами и кабелями, прокладываемыми в туннелях и каналах, непосредственно на стенах и потолках, в стальных трубах. Как на открытом воздухе, так и внутри зданий применяют иногда проводку в виде голых шин, закрепленных на изоляторах — шинопроводы.

      Воздушные  линии  имеют  следующие   конструктивные  элементы:  провода, тросы для защиты  проводов от атмосферных перенапряжений, опоры, поддерживающие провода и тросы, изоляторы, арматуру для крепления провода на изоляторах и изоляторов на опоре.