книги / Электрооборудование нефтяной промышленности
..pdfДля торможения подъемного вала буровой лебедки 2 в про цессе спуска инструмента используется вспомогательный, тор моз 3 (гидравлический или электромагнитный). Вспомогатель ные механизмы буровой установки — выбросита, кран-балка, водяной насос и др. — оснащают индивидуальным электропри водом. Для перемещения и расстановки свечей имеется_автомат спуско-подъема с электроприводами перемещения тележки и стрелы.
Аппаратура управления двигателями лебедки смонтирована в станциях управления 14, двигателями буровых насосов — в станциях 10, а дизель-электростанции, вспомогательных меха^ низмов и автоматического регулятора подачи долота — в стан циях 5, 6 и 9. Управляют буровой установкой с пульта буриль щика 17.
Внепосредственной близости от буровой установки уста навливают распределительное устройство (РУ) 6 кВ 7, в кото ром кроме ячеек могут быть установлены также понижающие тр ансфор маторы.
Электрооборудование буровой установки расположено на открытой площадке или в неотапливаемых помещениях времен ного типа (укрытиях), климатическое исполнение — У, ХЛ. Ка тегории размещения 1 и 2, исполнение по степени защиты (по ГОСТ 14254—80) не ниже: электрические машины IP23; стан ции управления и комплектные устройства IP41; пульты управ ления электрооборудования IP43.
ВСССР бурение скважин осуществляется вращательным способом, при котором долото приводится во вращение с по верхности ротором через колонну бурильных труб или с по
мощью погружных двигателей, турбобуров или электробуров. В последнем случае комплект буровой установки дополняется понижающим трансформатором и станцией управления электро буром.
С точки зрения надежности электроснабжения, согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) электрифици рованные буровые установки при бурении на глубину более 3000 м и при бурении в сложных геологических условиях на меньшую глубину, а также буровые установки на море отно сятся к потребителям первой категории.
Буровые установки для бурения глубиной до 3000 м в не осложненных геологических условиях относятся к потребителям второй категории.
Для питания электрических нагрузок буровых—-установок строят воздушные линии электропередачи напряжением ПО, 35,6(10) кВ и понижающие трансформаторные подстанции 110/35/6, 110/6(10), 35/6(10) кВ с трансформаторами мощно стью 6,3; 4 или 2,5 МВ-А (рис. 7.2). От подстанций к буровым строят воздушные линии напряжением 6 кВ. На месторожде-
190
Рис. 7.2. Схема внешнего электро снабжения от энергосистемы буровых установок с электроприводом.
1 — энергосистема; |
2 — шины 35 кВ район |
ной подстанции; |
3 — нефтепромысловые |
подстанции; 4 — шины 6 кВ буровой; 5 — буровая с двусторонним питанием; 6 — бу ровые с электроснабжением от внутрипро-
мысловых ВЛ |
6 кВ; 7 — буровая с |
элект |
роснабжением |
по схеме глубокого |
ввода |
35 кВ |
|
|
ниях Западной Сибири нашли широкое применение временные кабельные линии электропередачи, выполненные кабелем марок КШНГ-6 или АВПБ-6, которые прокладывают по поверхности земли (болот) в лотках. Отдельные отрезки кабеля соединяют в воздушных кабельных коробках, внутри которых осуществля ется «сухая» разделка кондов кабеля.
Схему электроснабжения буровой установки выбирают в за висимости от места расположения и мощности источника элек троэнергии, а также от типа буровой установки.
Буровые установки с неавтономным приводом основных ме ханизмов (БУ-75БрЭ, БУ-2500ЭУ и БУ-4Э-76), предназначенные для работы в электрифицированных районах, получают питание от одной линии напряжением 6 кВ, а буровые установки БУ-5000ЭУ и БУ-6500Э — от двух ЛЭП 6 кВ. Для распределе ния электроэнергии на этих установках используют унифициро ванные распределительные устройства высокого напряжения типа КРНБ-6М, состоящие из шести ячеек, и (пусковые устрой ства ПБГ-6 наружной установки. Для этой же цели служат комплектные распределительные устройства и ячейки типов КРНБ-6У1, ПБ-6У1, КРУБ-У2, УКРУБ-6ХЛ1 и КРУ2МБ-6Э.
Для отдельных буровых установок, имеющих установленную мощность электрооборудования более 3000 кВт, удаленных бо лее чем на 5—6 км от источника электроэнергии, целесообраз но применять схему глубокого ввода, т. е. подачу напряжения 35 кВ осуществлять непосредственно к буровой установке. При схеме глубокого ввода три буровой установке сооружают трансформаторную подстанцию 35/6 кВ; при этом возможно использование распределительного устройства буровой установ-
19.1
N1 Я 2 |
N3 |
Рис. 7.3. Схема распределе |
£ ffnB |
|
ния электроэнергии на буро |
|
|
вых установках |
ки в качестве распределительного устройства понизительной подстанции.
Примером передвижной комплектной трансформаторной под станции напряжением 35/6 кВ, предназначенной для электро
снабжения отдельных буровых установок, и группы |
буровых |
установок, является двухтрансформаторная подстанция |
К.ТПН- |
4000-35/6 с трансформатором мощностью 4 МВ-А |
(см. рис. |
2.16). На нефтяных промыслах применяют также двухтрансфор маторные подстанции типа ST-7.
Схема распределения электроэнергии на буровой установке приведена на рис. 7.3. От воздушной линии 6 кВ напряжение подводится, как правило, отдельными ответвлениями: к ячейке А§ 1 трансформатора Т1 вспомогательных приводов — непосред ственно от линии, к ячейке ввода А® 3 — через установленный на концевой опоре воздушной линии разъединитель. В ячейке Л® 1 установлены разъединитель и предохранители для вклю чения и защиты трансформатора Т1 питания электроприводов вспомогательных механизмов установки.
В ячейке М 2 установлены разъединитель, предохранители, измерительный трансформатор напряжения TV, контрольно-из мерительная аппаратура и вентильный разрядник FV. Защита трансформатора TV осуществляется предохранителями FU2, а включение — разъединителем.
Благодаря наличию разъединителя перед ячейкой М 3 ввода трансформатор Т1 и измерительные приборы могут получать питание при снятом с остальных ячеек напряжении, что создает удобство для обслуживания распределительного устройства и при ремонтных работах.
В ячейке М 3 установлены разъединитель и масляный или вакуумный выключатель QF ввода, через который подается напряжение на шины ячеек М 4 — М б питания двигателей ос новных механизмов. Ячейки М 4 и М 5, служащие для вклю-
192
чения синхронных двигателей M l и М2 буровых насосов, содер жат разъединители, а также нереверсивные вакуумные^ контак торы напряжением б кВ.
Вячейке М 6, предназначенной для включения приводного двигателя М3 буровой лебедки, установлены разъединитель и два вакуумных контактора напряжением 6 кВ, включенные по реверсивной схеме.
Вотличие от однодвигательного привода лебедки буровой установки БУ-75БрЭ на установках БУ-4Э-76 и БУ-5000ЭУ пре
дусмотрено по два электродвигателя лебедки, в связи с чем для управления вторым двигателем в комплект электрооборудо вания включено пусковое устройство ПБГ-6, по схеме и конст рукции идентичное ячейке М 6 распределительного устройства КРНБ-6М. Питание на пусковое устройство подается воздушной перемычкой с ячейки М 6 распределительного устройства.
Распределительные устройства КРНБ-6М. для всех буровых установок с электроприводом идентичны по схеме и различают ся только параметрами защитных элементов. Все разъедините ли ячеек снабжены заземляющими ножами. Во всех ячейках, за исключением ячейки М 2, и в пусковых устройствах ПБГ-6 установлены трансформаторы тока, предназначенные для пита ния катушек реле максимального тока и электроизмерительных приборов.
Реле максимального тока, установленные во вводной ячей ке и в ячейках питания электродвигателей, настраивают таким образом, чтобы при перегрузке двигателей отключался соответ ствующий контактор, а при коротких замыканиях — выключатель ввода QF. Такая селективность действия защиты обеспечивает предотвращение разрыва токов короткого замыкания контак торами.
Технический учет активной и реактивной энергии осуществ ляется счетчиками, установленными в ячейках М 1 и М 3.
Поскольку буровая лебедка установки БУ-4Э-76 имеет двух двигательный привод, осуществляемый двигателями на напря жение 500 В, в этой установке применены понижающие транс форматоры, монтируемые на трансформаторной подстанции буровой установки вблизи от РУ 6 кВ. Трансформаторы под ключают к ячейке Лг° 6 распределительного устройства КРНБ6М и к пусковому устройству ПБГ-6 вместо приводных двига телей лебедки.
Технические данные трансформаторов для буровых устано вок приведены в табл. 7.2.
Установки для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения отличаются значительным разнообразием, связанным не только с глубиной бурения (только по этому параметру стандарты различают 11 классов), но и по виду энергоснабже ния, условиям транспортировки, степени автоматизации и т. п.
13—234 |
193 |
Т а б л и ц а 7.2
Ta — ua t данные трансформаторов для буровых установок
Тнп трансформаторов
Параметры
ТМ-100/6 |
ТМ.180/6 |
ТЭМ-180/6 |
ТМ-260/6 |
ТМБ-320/6 |
ТМ560/10 |
Номинальная мощность, кВ-А |
100 |
180 |
170 |
250 |
300 |
560 |
|||
Номинальное напряженке, кВ: |
6,3 |
6.3 |
6.3 |
6,3 |
6,3 |
6,3 |
|||
первичной обмотки |
|
||||||||
вторичной обмотан |
действия |
0,4 |
0,525 |
0,4 |
0,4 |
0,525 |
0,525 |
||
Коэффициент полезного |
97,09 |
97,30 |
98,05 |
98,24 |
97,72 |
97,87 |
|||
три |
номинальной нагрузке н |
|
|
|
|
|
|
||
Изменение |
вторичного |
напряже |
2,50 |
2.35 |
1.89 |
2,37 |
2,35 |
1,80 |
|
ния яри номинальной нагрузке я |
|
|
|
|
|
|
|||
< а о & ч * = 1 % |
короткого |
замыка |
5,5 |
5,5 |
5,05 |
4,7 |
5,5 |
5,5 |
|
Напряжение |
|||||||||
ния, % |
опт иоминальвого напряже |
|
|
|
|
|
|
||
ния |
|
|
|
6,5 |
6 |
5,57 |
3,68 |
6 |
6 |
Сшпа пока холостого хода, % от |
|||||||||
номинальной смы тока |
|
890 |
1230 |
1510 |
1300 |
2050 |
3040 |
||
Масса трансформатора, кг |
Однако с точки зрения оптимальных технических решений и части электропривода многообразие структурных схем буровых установок может быть сведено к ограниченному числу типовых структур, применение которых на установках различных типоисшштений сводится к количественному изменению параметров ншадпьзуемоюо электрооборудования. Такая унифицированная структура для системы электропривода переменного тока в бу ровых установках с глубиной бурения до 5000 м£, предназна ченной для эксплуатации в электрифицированных районах, представлена на рис. 7.4. Система ориентирована на примене ние частично регулируемых электроприводов главных механиз мов на базе электродвигателей переменного тока. Например, индивидуальный электропривод ротора при необходимости можно выполнить глубоко регулируемым по системе ТП — Д.
Буровая установка питается от промышленной сети 6 кВ через комплектное высоковольтное распределительное устрой ство (КРУ)- Для привода буровой лебедки используют один асинхронный электродвигатель (МЛ) е тиристорным регуля тором скольжения, для привода каждого из двух буровых на сосов— одни асинхронный электродвигатель (АДО), регулируе мый по системе вентильного каскада. Торможение лебедки осу ществляют от электромагнитного тормоза индукционного или ферропорошкового типа, причем в последнем случае тормоз
191
•6кВ
Вспомогательные электроприводы
Рис. 7.4. Типовая однолинейная схема электротехнического комплекса буровой установки с электроприводом переменного тока:
КРУ — высоковольтное комплектное распределительное |
устройство; |
TVI—ТV4 — силовые |
||||
понижающие трансформаторы; |
МЛ — электродвигатель |
лебедки; МН — электродвигатель |
||||
Сурового насоса; |
МР — электродвигатель |
ротора; ЭМТ — электромагнитный |
тормоз; |
|||
ТРС — тиристорный |
регулятор |
скольжения; |
АВК — асинхронный |
вентильный |
каскад; |
|
ТПР. ТПП — тиристорные преобразователи привода ротора и регулятора подачи; |
ВТ, ВН, |
ВР — тиристорные возбудители; А — шкаф управления электроприводами вспомогательных механизмов
можно использовать в качестве пассивного регулятора подачи долота на забой. Активный регулятор подачи выполняют по сис теме ТП — Д. Вспомогательные электроприводы питаются от силового трансформатора 6/0,4 кВ через шкафы управления электроприводами.
Электротехнические комплексы буровых установок различ ных классов отличаются единичной мощностью электроприводов,
13« |
195 |
числом ячеек КРУ, типом электромагнитного тормоза, наличием активного или пассивного регулятора подачи долота, числом и единичной мощностью вспомогательных электроприводов.
Для бурения на море выпускаются шкафы серии КРУБ, мон тируемые в виде комплектного блока, исполнения M l, с об щей крышей и коридором обслуживания. Электрическая схема блока обеспечивает ввод электроэнергии от двух ЛЭП 6 кВ и взаимное резервирование ячеек. Питание от каждой линии по дается на свою секцию распределительного устройства. При нормальной работе питание подается по обеим линиям, рабо тающим раздельно или параллельно. При неисправности одной из линий питание на обе секции подается от другой линии. В этом случае могут включаться в работу любые потребители энергии, но их общая мощность ограничена мощностью одной линии. Для упрощения схемы автоматического включения ре зерва (АВР) не предусмотрено, а необходимые переключения осуществляются вручную.
Вслучае неисправности одной из секций распределительного устройства эта секция и соответствующая линия отключаются для проведения ремонта. Установка может работать с частичной производительностью, так как от любой секции можно питать один двигатель лебедки, один двигатель насоса и один транс форматор питания вспомогательных механизмов.
Всвязи с ростом мощностей двигателей основных механиз
мов, а также вследствие перевода нефтепромысловых сетей на напряжение 10 кВ в новых районах бурения питают буровые установки по ЛЭП 10 кВ с трансформаторами на буровой 10/6 кВ.
Двигатели и трансформаторы к ячейкам распределительного устройства присоединяют шланговыми кабёлят^. Аналогично выполняют и соединения между остальными элементами элект рооборудования.
Для бурения разведочных скважин, как правило, применя ются буровые установки с приводом от дизелей. Однако их эксплуатация требует значительных капитальных и эксплуата ционных затрат. Поэтому в связи с выпуском мобильных газо турбинных электростанций типа ПАЭС появилась возможность электроснабжения буровых установок от автономных источни ков электроэнергии.
Буровые предприятия, расположенные на Крайнем Севере» успешно эксплуатируют газотурбинные электростанции, рабо тающие на природном или попутном газе. После сдачи в экс плуатацию первых разведочных скважин, пробуренных станка ми на дизельном приводе, на промысле устанавливают газотур бинные электростанции, причем их число зависит от числа одновременно работающих буровых установок и мощности их электроприводов. В этих электростанциях применены шестипо
196
люсные синхронные трехфазные генераторы переменного тока 50 Гц, 6300 В. Оборудование ПАЭС размещено в двух фургонах. В первом фургоне находятся газотурбинный двигатель, генера тор и блок маслотопливных коммуникаций. Во втором — рас пределительное устройство 6 кВ с пятью ячейками, которые имеют трансформаторы собственных нужд, аппаратуру отходя щего фидера и ввода, трансформатор напряжения и разрядник, пульт управления и топливной бак.
Значительный рост установленных мощностей исполнитель ных механизмов делает этот путь электрификации буровых ра бот -мало перспективным. За рубежом проблема решается при менением дизель-электрического привода постоянного тока.
Типовая структура электропривода постоянного тока харак терна для буровых установок всех классов с централизованным и автономным энергоснабжением. Система ориентирована на применение глубоко регулируемых электроприводов главных механизмов на базе электродвигателей постоянного тока и си ловых тиристорных преобразователей.
Типовая структурная схема для централизованного и авто номного электроснабжения на базе тиристорного электроприво да постоянного тока главных механизмов приведена на рис. 7.5.
Для обеспечения широкой унификации комплектов электро оборудования буровых установок при проектировании принята соответствующая стратегия, заключающаяся в выделении объ ектов унификации и их классификация по трем уровням.
На первом уровне электрооборудование унифицируется на основе выбора унифицированной системы электроснабжения. Такой подход имеет особое значение, когда по мере освоения разведанных месторождений осуществляются электрификации отдельных районов и перевод электроснабжения буровых уста новок с автономного на централизованное.[Буровая установка питается от промышленной сети 6 кВ или группы дизель-гене раторов переменного тока, число которых определяется единич ной мощностью дизель-генераторов и суммарной единовремен ной мощностью исполнительных механизмов при наличии необ ходимого резерва. В последние годы получили распространение высоковольтные схемы автономного электроснабжения с гене раторами 6 кВ. В этом случае, как и при питании от сети, меж ду общими шинами и преобразователем устанавливается пони жающий трансформатор. В случае централизованного элект роснабжения уровень первичного напряжения не имеет принципиального значения, поскольку может быть легко осу ществлен переход на напряжение 10 или 35 кВ.
Мощность дизель-генераторов суммируется на общих шинах распределительного устройства. Здесь же установлены выклю чатели для подсоединения тиристорных преобразователей глав ных электроприводов и вспомогательных энергопотребителей.
197
|
|
|
Пшмшиею* |
|
|
|
ШЮЩШ'ИНШШШ(*р ф ф |
|
|
|
iwrsr |
|
|
-----h ----- 1------ 1------8— |
|
т т г |
|
\ |
к к ч1" к |
|
|
|
|
|
[ |
N|V^itll HNhj ;tfSk+| W '8 Г н^ |
|
|
|
лс ■зс ■с ■с |
J^ n r v . |jorv-w j-^iory^
■ ы-ДI ~^IP j |^ ~ |
ДД |
не?£ j |
ilHITi | JiaLfff j |
TiTSP Д |
Ш М 21 |
mm
Р ш а 7 J L Типовая однолинейная схемз ашешгротежнячосввдв жпмишитвса буровой устаиовки с электроприво
дом постоянного токз*
Я — .Bgwmr. G — гевкрящ р шедшневвого трое» ; ФЮР — ф илт-
■щуатоматаии|ууиш|.№ ytigratanm ; КРУ —ввеооновашьтеое воя-
ш ш еигш ж дмкпир^jnди TIдягА плм пг TTV1— TW4 — J шип и т » шиыииг» ми » .
т и с тржшпфздмва'годш; ТИП—ТШЗ— етшташле ишдаиицршыа iy t -
®®р>аэшшапг®ши1; А ! — юмюелкегшж ynipiaJScraw с ш в и ш к * |
||||
фешпттапелшха |
тшсгаяшвшпэ |
тппка; ЖЖ—ашеюроявшиеаь |
||
ЛЮбедШИП; ШЙШ——аддирп|римт1|циш-.я111»д|ш. ВКОСЭЦ; |
М Р — ЭОСПрЦЦВВ* |
|||
(гапгедиь |
prannojra; |
М Д — дать, иди»|1|рми1 л и т т . |
p u rja m o g ia |
|
дшгалга. |
-<*•.»*«■ »«.** •* |
у # |£С»вг |
|
T?J ~ |
~'-К*:J- |
?♦ < |
i<4 |
Набор переключателей или контакторов, обеспечивающих раз личные рабочие варианты схемы подключения главных электро потребителей к тиристорным преобразователям на стороне по стоянного тока, обычно представляет собой отдельное комплект ное устройство. Для любого электродвигателя главных приводов система электроснабжения предусматривает наличие резервно го тиристорного источника питания.
Конкретные проработки принципиальных схем силовых це пей главных электроприводов для установок с автономным и централизованным энергоснабжением проведены во ВНИИэлектроприводе применительно к наземным буровым установкам БУ2500 и БУ6500.
На втором уровне унифицируется элементная база: силовые блоки управления и отдельные узлы комплектных устройств. Унификация на этом уровне охватывает все разрабатываемые комплектные устройства и обеспечивается сформированным ограниченным перечнем комплектующей аппаратуры, позво ляющим обеспечить единый подход при проектировании раз личных систем электроприводов. Так, во всех комплектных устройствах для управления приводами постоянного и перемен ного тока применяется единый унифицированный силовой ти ристорный блок, построенный на базе тиристора Т235-800 (дио да В-800) 24-го или 28-го класса, а в качестве основного блока управления системы электропривода постоянного тока исполь зуются унифицированные блоки регулирования и управления тиристорными преобразователями.
Третий уровень унификации заключается в разработке огра ниченного набора шкафов управления, из которых без дополни тельного перемонтажа путем простой замены отдельных блоков можно составить комплектные устройства для различных систем электропривода.
Схема унификации электроснабжения, показанная на рис. 7.5, позволяет осуществить переход на централизованное элек троснабжение без каких-либо изменений основного комплекта оборудования буровой установки. Однако такое решение связано с некоторой избыточностью электрооборудования.
На рис. 7.6 представлен другой вариант унификации, осно ванный на применении низковольтных дизель-генераторов (400 или 690 В). В этом случае установка должна иметь энергети ческий блок в двух вариантах: в неэлектрифицированных райо нах это набор низковольтных дизель-генераторов, а в электри фицированных— трансформаторов, понижающих напряжение сети до необходимого уровня. При этом нет необходимости в неэлектрифицированном районе иметь высоковольтное комп лектное распредустройство, сокращаются масса и габариты оборудования, упрощается обслуживание.
199