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

     Электроустановки  нефтяной и газовой промышленности являются источниками повышенной опасности в отношении поражения обслуживающего персонала током.     Вместе с тем они могут быть причиной взрывов и пожаров. Поэтому обычно цепи управления питают пониженным напряжением 24, 36, ПО, 127 В; в схемах предусматривают применение аппаратов, обеспечивающих полное отключение электрических машин при остановках привода. Там, где это необходимо, предусматривают световую или звуковую сигнализацию, предупреждающую об опасности или сигнализирующую о состоянии работы отдельных узлов и механизмов схемы. Обычно станции и пульты управления стремятся разместить вдали от устья скважин, резервуаров и других мест, в которых может образоваться опасное скопление горючих и взрывчатых газов. Если этого недостаточно, то аппаратуру управления монтируют в отдельных помещениях, продуваемых чистым воздухом.

     В схемах автоматического управления электроприводами применяют в различных  сочетаниях электрические машины, контакторы и реле сопротивления, кнопочные  станции, магнитные пускатели, командоконтроллеры, путевые и конечные выключатели, разнообразную аппаратуру защиты и другие устройства. Все это оборудование называется элементами электрических схем и изображается при помощи графических условных обозначений, которые регламентируются Единой системой конструкторской документации.

     В схемах управления все обозначения  элементов изображаются в их нормальном положении.

     Электрические машины и аппараты, входящие в автоматизированную систему, их части и элементы соединяют в электрическую схему.

     В электрических схемах различают  силовые (или главные) цепи и цепи управления (или вспомогательные).

     Главной цепью называют электрическую цепь, назначением которой является подача электрической энергии для преобразования ее в механическую или в электрическую энергию других параметров или в какой-либо другой вид энергии. Цепью управления называется электрическая цепь, состоящая из различных соединений катушек и контактов реле, контакторов и других аппаратов управления, позволяющая осуществлять управление главной цепью.

     К главным цепям относятся цепи двигателей, генераторов, электромагнитов  и резисторов, включаемых в эти  цепи. Главные цепи, а также элементы, находящиеся в этих цепях, вычерчивают более толстыми линиями, чем цепи управления и находящиеся в них элементы.

     К цепям управления относятся все  остальные цепи схемы, обычно содержащие катушки контакторов и реле, вспомогательные контакты контакторов, различные элементы автоматики, контакты реле и других аппаратов управления. К цепям управления относятся также цепи сигнализации и цепи возбуждения электрических машин.

     На  рис. 10 показана принципиальная схема пуска асинхронного двигателя, на которой четко выделены силовая цепь, цепи управления и сигнализации.

     Рассмотрим  узлы, встречающиеся в схемах управления двигателями нефтепромысловых механизмов.

     В реверсивных электроприводах недопустимо  одновременно включать контакторы вперед и назад, так как это приводит к коротким замыканиям в силовой  цепи. С этой целью в схемах для  управления этими контакторами используют сдвоенные кнопки с самовозвратом, имеющие по одному замыкающему и одному размыкающему контакту. Они включаются по схеме, представленной на рис. 11. При нажатии кнопки В (рис. 11, а) одним ее контактом включается катушка контактора В, а другим разрывается цепь питания катушки контактора Н, не позволяя включиться последнему, что в нормальных условиях исключает возможность одновременного включения контакторов В и Н.

     Эта схема не предотвращает аварий при  одновременном включении обоих контакторов вручную, а также при приваривании одного из контакторов, так как второй контактор в этом случае может быть включен кнопкой.

     На  рис. 11,б показан другой вариант управления реверсивными контакторами. Здесь применены одинарные кнопки с самовозвратом и с одним замыкающим контактом, а управление осуществляется размыкающими вспомогательными контактами контакторов В и Н. Эти контакты включены таким образом, что при включении, например, контактора В его вспомогательный контакт разрывает цепь питания катушки контактора Н и наоборот. Такая схема допускает приодновременном нажатии обеих кнопок кратковременное включение обоих контакторов. Поэтому в ответственных электроприводах кроме электрической применяют механическую блокировку, которая жестко связывает подвижные системы контакторов В и Н между собой и полностью исключает их одновременное включение. 

     

 

Рис. 10. Принципиальная схема пуска асинхронного двигателя:

Д —  двигатель;   Л — линейный   контактор;   «Пуск»    и   «Стоп» — кнопки  управления;   ПК и ЛЗ — красная и зеленая сигнальные лампы

     Рис. 11. Схемы включения сдвоенных (а) и одинарных (б) кнопок управления 

     Для некоторых многодвигательных приводов предусматривают связи, обеспечивающие согласованность и определенную последовательность в работе отдельных двигателей. Простым примером такой связи является схема, представленная на рис. 12, а,   не   допускающая   пуска    главного   двигателя   Д1  без запуска вспомогательного двигателя Д2 и обеспечивающая автоматическое отключение главного двигателя при отключении вспомогательного. Здесь пуск главного двигателя осуществляется включением контактора К1, питание катушки которого производится через вспомогательный контакт К2, замкнутый при работающем двигателе Д2.

     При отключении вспомогательного двигателя, в том числе из-за срабатывания теплового реле РТ2, главный двигатель автоматически отключается, так как цепь питания контактора К1 разрывается вспомогательным контактом К2.

     Часто необходимо исключить возможность  одновременной работы двух двигателей. Так, недопустимы одновременное включение и работа двигателей привода лебедки и приводного двигателя автомата подачи долота (рис. 12,б). В качестве приводного двигателя лебедки служит асинхронный двигатель с фазным ротором Д1. Привод подачи осуществляется двигателем ДЗ, питаемым по системе генератор — двигатель от генератора Г, вращаемого двигателем Д2. Контакторы В, Н и Л1 включаются кнопками В_п, Н₃ и П.

     Исключение  одновременной работы приводов производится с помощью размыкающих контактов В и Н в цепи катушки контактора Л2 и контактов Л2 в цепи питания катушек контакторов В и Н. Включение контактора Л2 возможно только после включения контактора Л1 при условии, что контакторы В и Н отключены. Для остановки двигателей служат кнопки Стоп 1 и Стоп 2. Аппараты, управляющие резисторами в цепи ротора двигателя Д1, на данной схеме не показаны.

     Для преобразования переменного тока в  постоянный нашли применение схемы  выпрямления. Рассмотрим некоторые  из них при чисто активном сопротивлении  нагрузки. На рис. 13 приведена однофазная мостовая схема выпрямления с неуправляемыми вентилями и даны диаграммы токов и напряжений в различных точках выпрямительного устройства. На этих и последующих диаграммах кроме координаты времени условно указывается также соответствующий электрический угол.

     

 
 
 

     Рис. 12. Схемы блокировочных связей двух двигательных приводов:

     а – блокировка главного и вспомогательного двигателей; б – блокировка, исключающая  одновременную работу двигателей. 

     Рис. 13. Одновременная мостовая схема (а) с неуправляемыми вентилями и диаграммы токов и напряжений на элементах схемы ( б, в, г, д ) 

     Одна  диагональ моста включается на переменное напряжение вторичной обмотки трансформатора, а другая — на нагрузочный резистор.

     Вентили включаются так, что в один из полупериодов в проведении тока участвуют вентили В1 и ВЗ и ток проходит по направлению, отмеченному сплошными стрелками, в другой полупериод в проведении тока принимают участие вентили В2 и В4 и ток проходит по направлению, указанному пунктирными стрелками.

     Таким образом, через нагрузку ток i_d проходит всегда в одном направлении. При этом во вторичной обмотке трансформатора проходит чисто переменный ток.

     Существуют  четыре основных функциональных принципа автоматического пуска двигателей: скорости, тока, времени и пути.

     Управление  в функции скорости основано на непосредственном или косвенном контроле изменения скорости (центробежные реле, реле напряжения, тахогенераторы).

     При управлении в функции тока работа аппаратов, шунтирующих пусковые сопротивления (контакторов ускорения), зависит от силы тока двигателя. Катушки контакторов ускорения включаются непосредственно в главную цепь двигателя либо используются реле, включенные в главную цепь двигателя, а катушки контакторов включаются в цепь управления.

     При управлении в функции времени  контакторы ускорения переключают  реле, выдержка времени которых устанавливается при наладке и не зависит от условий пуска.

     Управление  в функции пути осуществляется командоаппаратами, устанавливаемыми в различных точках пути, совершаемого рабочим органом машины, например, в схемах управления приводом буровой лебедки.

     Пуск  асинхронных короткозамкнутых двигателей на нефтепромыслах осуществляется прямым подключением обмотки статора к сети. Для пуска асинхронных двигателей с фазным ротором применяют схемы управления в функции тока или в функции времени, а также в функции, зависимой от тока выдержки времени.

     Запуск  синхронных двигателей, применяемых  в буровых установках, осуществляется прямым включением .статора двигателя в сеть с глухоподключенным возбудителем. Это наиболее простая и надежная схема.

     Для пуска асинхронных короткозамкнутых двигателей напряжением до 1000 В мощностью до 75 кВт применяют магнитные пускатели.

     Магнитные пускатели состоят из одного или двух контакторов, смонтированных на общей панели и помещенных в металлический корпус. Большая часть пускателей снабжена также встроенным тепловым реле. Магнитный пускатель с одним контактором называется нереверсивным. Он осуществляет пуск, отключение, защиту двигателя от самопроизвольных включений при появлении напряжения и защиту от перегрузок. Пускатель с двумя контакторами называется реверсивным и выполняет помимо перечисленных функций управление реверсом двигателя. В реверсивных пускателях применена механическая блокировка, исключающая одновременное включение обоих контакторов. На рис. 14 показана схема соединений реверсивного магнитного пускателя, позволяющая автоматически пускать, останавливать, а также изменять направление вращения асинхронного Двигатели. Основными элементами в данной схеме являются два трехполюсных контактора — В «Вперед» и Н — «Назад», каждый из которых снабжен замыкающим вспомогательным контактом для шунтирования соответствующей пусковой кнопки. Для защиты двигателя от перегрузки в главную цепь его включены нагревательные элементы тепловых реле РТ1 и РТ2, защита от коротких замыканий осуществляется предохранителями П.

     Командным аппаратом является кнопочная станция, состоящая из трех кнопок: «Вперед», «Назад» и «Стоп». Чтобы пустить двигатель вперед, нажимают на кнопку «Вперед», замыкая тем самым цепь катушки контактора В. Главные контакты его В закрываются. Двигатель оказывается подключенным к сети и начинает вращаться. Одновременно закрывается замыкающий вспомогательный контакт В, который шунтирует контакты пусковой кнопки «Вперед», благодаря чему дальнейшее воздействие на эту кнопку становится излишним, так как катушка контактора В питается через вспомогательный контакт В. При работе «Вперед» двигатель может автоматически останавливаться под действием тепловой и нулевой защит. 
 

     

 
 

     Рис. 14. Управление асинхронным короткозамкнутым двигателем при помощи реверсивного магнитного пускателя.