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

       Существуют одноцепные и двухцепные воздушные линии, причем иод одной цепью принято понимать три провода одной трехфазной линии  или два провода  одной  однофазной линии.

      В настоящее время для воздушных  линий применяются алюминиевые, сталеалюминиевые и стальные провода и иногда — провода из специальных сплавов алюминия. Медные провода для вновь сооружаемых линий не применяются.

      На  морских нефтяных промыслах алюминиевые  провода могут быстро разрушаться от коррозии; они менее надежны, чем медные. Для морских воздушных линий и кабелей разрешается применять провода с медными жилами. Защитные тросы выполняются стальными.

      Опоры изготовляют из дерева, стали и  железобетона. Деревянные опоры просты в изготовлении, дешевы, но недолговечны из-за гниения древесины. Срок службы опор, пропитанных антисептиком, составляет 15—20 лет. Деревянные опоры применяются для линий всех напряжений (от 0,38 до 220 кВ).

      Металлические опоры, устанавливаемые на железобетонных фундаментах, требуют большой затраты  стали и регулярной окраски во время эксплуатации. Эти опоры применяют на линиях напряжением от 35 кВ и выше, а для линий более низких напряжений - на морских нефтяных промыслах. Используются опоры для линий напряжением 6 кВ, выполненные из отработавших бурильных труб. На железобетонные опоры расходуется значительно меньше стали, чем на металлические, они долговечнее деревянных и просты в обслуживании, их широко применяют для линий всех напряжений (от 0,38 до 330 кВ). В соответствии с расположением опор на линии и в зависимости от назначения их различают следующие основные виды   опор:   промежуточные,    анкерные,   концевые   анкерные, угловые.

      Промежуточные опоры предназначены для поддержания  проводов на прямых участках линии в анкерном пролете.

      Анкерные  опоры предназначены для жесткого закрепления проводов и устанавливаются в анкерном пролете через определенное число промежуточных опор. Их устанавливают также на переходах через дороги, на пересечениях с другими линиями и сооружениями. Эти опоры рассчитывают на усилия, возникающие при одностороннем тяжении двух проводов.

      Концевые  анкерные опоры, устанавливаемые на концах трассы при подходах к станции  или подстанции, подвержены одностороннему тяжению проводов со стороны линии.

      Угловые опоры устанавливают в местах поворота линии. При переходе через реки, ущелья и другие препятствия устанавливают специальные опоры.

      Металлические опоры, применяются для линий  передачи на морских промыслах при  глубине моря до 12 м. На этих опорах предусматриваются лазы, а на анкерных опорах также и площадки для обслуживания линий. На таких линиях часто повышены опоры и увеличены пролеты для прохода морских судов. Повышенные опоры, называемые «воротными», имеют высоту до 24 м  над уровнем поды и предназначаются только для поддержания проводов. Горизонтальные усилия воспринимаются анкерными опорами нормальной высоты, которые устанавливаются рядом с «воротными».

      Для линий напряжением до 1000 В и 6 - 10 кВ используются штыревые изоляторы, для линий напряжением 35 кВ и выше — подвесные. Изоляторы крепятся к опорам при помощи штырей  или серег, вставляемых в шапку подвесного изолятора. Провода к изоляторам крепят зажимами различных типов, соединяют провода с помощью специальной арматуры.

      Кабельные линии прокладываются в тех случаях, когда применение воздушных линий невозможно или нежелательно, например в условиях стесненности на территории предприятия, па переходах через специальные сооружения, во взрывоопасных помещениях и т. п. Это объясняется более высокой стоимостью и большей затратой цветных металлов на кабельную линию по сравнению с воздушной при передаче одной и той же мощности. Обнаружение и ликвидация повреждений в кабельной линии требуют больших затрат времени, чем в воздушной. В то же время кабельные линии обладают рядом преимуществ: недоступностью для посторонних лиц, защищенностью от грозовых поражений и воздействий ветра, гололеда, взрыво- и пожароопасной среды.

      Наиболее  распространены кабели на напряжение до 1000 В н до 10 кВ. Кабели на напряжение 35 и ПО кВ в нефтяной и газовой  промышленности   практически   не   применяются.

      Существуют  различные типы кабелей с разными  числами токопроводящих жил, конструкциями  и материалами оболочек. Конструкция  трехжильного кабеля с секторными жилами на напряжения 1 —10 кВ.

      Для соединения кабелей напряжением 6—10 кВ со свинцовыми и алюминиевыми оболочками применяют свинцовые соединительные муфты, которые заливают кабельной массой и защищают от механических повреждений чугунной или пластмассовой оболочкой.

      Оконцевание кабелей напряжением до 10 кВ в сухих отапливаемых и неотапливаемых помещениях осуществляется с помощью стальных концевых воронок, сухих заделок Полихлорвиниловой лентой и концевых заделок из эпоксидных Смол. На открытом воздухе оконцевание этих кабелей производится с помощью концевых муфт с фарфоровыми изоляторами.

      Кабели  вне помещений прокладывают в  траншеях, а при большом количестве кабелей для них делают специальные туннели.

      На  морских промыслах иногда прокладывают специальные кабели марки СК по дну моря. На берег эти кабели выводят в трубах, а на морские основания — по сваям оснований.

       Однако, если позволяет трасса линии, на морских промыслах кабели прокладывают главным образом по эстакадам, что обеспечивает большую надежность их по сравнению с подводными линиями.

      Кабели  СК имеют строительную длину 500 м. Поэтому, если длина линии превышает эту величину, применяют подводные соединительные муфты. Однако таких соединений стараются избегать, для чего на море делают небольшие основания, на которых соединяют кабели в воздухе обычными муфтами.

      Силовые кабели, прокладываемые в туннелях и внутри помещения (в каналах, непосредственно  на стенах и др.), должны быть освобождены  от наружного покрова из пряжи (джутовой оплетки) в целях пожарной безопасности. 

      Токи  короткого замыкания и их действие на элементы системы электроснабжения. 

      Для выбора аппаратуры подстанций и РП, расчета защитных устройств, площади сечений соединительных проводов на подстанциях, а часто и проводов линий передачи необходимо знать возможные значения токов, протекающих при коротких замыканиях (к. з.).

      Короткое  замыкание, под которым понимается соединение различных полюсов или  фаз электрической цепи сопротивлением малой величины, нарушающее нормальные условия эксплуатации, может быть нескольких видов.

      Для трехфазной системы различают:

      1) трехфазное к. з.— три фазы  соединены накоротко в одной точке;

      2) двухфазное к. з.— соединены  между собой две фазы;

      3)однофазное  к. з.— происходит замыкание  между одной из фаз и нейтралью  системы (землей — при заземленной нейтрали).

      Могут быть и другие, более сложные виды к. з., приводящиеся в основном к перечисленным, например двухфазные замыкания в разных точках и др.

      Трехфазное  к. з. называют симметричным, так как  в этом случае сохраняются равенство  токов различных фаз, сдвиг по фазе между этими токами и равенство фазных напряжений.

      Основная  причина возникновения к. з.— нарушение изоляции токоведущих частей в результате старения изоляционных материалов пли действия перенапряжений. Не исключены к. з. из-за ошибочных операций персонала при управлении аппаратурой распределительных устройств, механического повреждения изоляции, соединения неизолированных токоведущих частей посторонними предметами и т. п.

      Сила  тока к. з. определяется данными генераторов, питающих систему, и результирующим электрическим сопротивлением цепи от генерирующих установок до места к. з., характеризующим «электрическую удаленность» места к. з. 

      Ограничения токов короткого  замыкания и регулирования  напряжения. 

     Для уменьшения токов к. з. применяют  такие схемы сети и режимы се работы, при которых суммарное сопротивление  сети от генерирующих источников до рассматриваемой  точки возможного к. з. было бы достаточно большим. Для этого используют, например, раздельную работу источников энергии (трансформаторов, генераторов) на разъединенные друг от друга в нормальных условиях секции шин. В сетях с напряжением выше 1 000 В включают специальные индуктивные катушки-реакторы, которые устанавливают на отходящих линиях станций или трансформаторных подстанций, искусственно повышающие сопротивление цепи к. з.

    Применение  реакторов, кроме снижения силы тока при коротком замыкании на линии за реактором обеспечивает в ряде случаев остаточное напряжение на шинах, достаточное для работы потребителей, питаемых остальными линиями. При к. з. на линии, не имеющей реактора, напряжение на шинах, к которым присоединена эта линия, равное потере напряжения в линии, может быть очень малым. В случае установки реактора остаточное напряжение на шинах, равное сумме потерь напряжения в линии и реакторе, значительно.

     Реактор представляет собой катушку, намотанную на основание из немагнитного материала, поэтому его индуктивное сопротивление не зависит от силы тока и отсутствуют потери в стали. Потеря напряжения в реакторе, у которого r=О.

    ∆U_ф= I x sin φ

при номинальном  режиме работы незначительна из-за малого значения φ и сильно возрастает при к. з., когда φ =90°. Потери мощности в обмотках реактора также невелики и составляют 0,2—0,3% от пропускаемой им мощности.

    Токоограничивающие  установки со стороны высшего  напряжения трансформаторов при  к. з. в сети низшего напряжения! до 1 000 В малоэффективны, так как сила тока к. з. здесь в основном определяется сопротивлением питающего трансформатора. Для снижения силы тока к. з. в сети напряжением до 1000 В снижают единичную мощность трансформаторов, питающих эти сети, так как с уменьшением последней возрастает сопротивление трансформаторов. Единичную мощность трансформаторов со вторичным напряжением 0,4 кВ принимают не более 1600—2 500 кВ-А.

      Токи  к. з. можно снизить, применяя токоограничители, в качестве которых могут быть использованы быстродействующие предохранители ПНБ-5 с засыпкой кварцевым песком. Они отключают цепь за несколько миллисекунд, так что ток к. з. не уповает достичь своего наибольшего значения. 

      Электрооборудование трансформаторных подстанций и распределительных  устройств напряжением  выше 1000 В. 

      Классификация подстанций. 

      На  рис. 4 показан вариант принципиальной схемы электрических соединений главных цепей понижающей потребительской трансформаторной подстанции (ТП), по которым энергия передается из сети переменного тока высшего напряжения U₁ в сеть низшего напряжения U₂. Трехфазный переменный ток напряжения U₁ от питающих линий передачи поступает на сборные шины через вводы высшего напряжения 1. Для отключения линий передачи от сборных шин на вводах установлены силовые выключатели напряжения выше 1 000 В ВВН и разъединители Р. От сборных шин напряжения U₁.отходят линии к трансформаторам 2.

      Со  стороны напряжения U₂ каждый трансформатор соединен со сборными шинами низшего напряжения через разъединитель Р. От этих шин отходят линии 3 к потребителям, снабженные разъединителями Р и автоматическими выключателями АВ при напряжении U₂, не превышающем 1 000 В. Если напряжение U₂>1000 В, в линиях 3 устанавливаются, как и на вводах /, выключающие аппараты ВВН и Р. На рис. 4 показаны также основные цепи источника переменного напряжения до 1 000 В, питающего потребителей собственных нужд подстанции (электроосвещение, защита и сигнализация, вентиляция и др.). В качестве такого источника при напряжении U₂>1000 В используется специальный трансформатор собственных нужд 4, который подключается первичной обмоткой к шинам напряжения U₂ . Трансформатор собственных нужд может резервироваться вводом 5 от другой подстанции или вторым таким же трансформатором.

      В ряде случаев для питания потребителей собственных нужд, работающих на постоянном токе, предусматриваются выпрямительные устройства, преобразующие переменный ток в постоянный, или аккумуляторная батарея 6 с зарядным выпрямителем 7.

      Комплекс  электрического оборудования понижающей подстанции может быть разделен на следующие элементы: