Электрооборудование нефтяной промышленности

миться к снижению числа случаев перерыва электроснабжения вследствие выхода из строя воздушной линии и времени пере­ рыва электроснабжения. Это достигается применением АПВ

конструировать таким образом, чтобы длина одного плеча воз­ душной ЛЭП 6 кВ не превышала 6—8 км. Это позволяет не только повысить качество электроэнергии на зажимах потре­ бителей, но и уменьшить количество нефти, теряемой вследст­ вие отключения ЛЭП.

Ранее в качестве комплектных трансформаторных подстан­ ций использовались главным образом, подстанции, основное

подстанции для питания станков-качалок типа КТПНД мощ­ ностью 25—250 кВ*А, рассчитанные на работу при температу­ ре от —40 до + 4 0 °С (рис. 8.5). Имеются три модификации КТПНД; первая— для одиночных скважин, вторая и третья — для кустов скважин.

В соответствии с мощностью (1,7—55 кВт) и напряжением (380 В) асинхронных электродвигателей станков-качалок для них применяется относительно несложная пусковая и защит­

или группового (магистрального). При индивидуальном АПВ после исчезновения или глубокого снижения напряжения дви­ гатель автоматически отключается от питающей сети и после восстановления нормального напряжения вновь автоматически подключается к ней с заданной выдержкой времени. При этом для включения разных групп двигателей, питаемых от одного ис­ точника, задаются разные выдержки времени. Этим предотвра­ щается наложение пусковых токов большого числа одновремен­ но пускаемых двигателей, что приводило бы к понижению на­ пряжения и уменьшению пусковых моментов двигателей.

Обычно двигатели с индивидуальным АПВ, питаемые от одной подстанции 6/0,38 кВ или от одной линии 6 кВ, разбива­ ются на несколько групп: в первой группе выдержка времени отсутствует, т. е. они запускаются непосредственно после вос­ становления напряжения; во второй, в третьей и т. д. группах двигатели включаются с выдержкой времени, возрастающей при переходе от группы к группе. Наибольшая выдержка вре­ мени зависит от типа реле времени, установленного в пуско­ вой аппаратуре, и составляет 14 или 20 с.

При групповом АПВ в случае исчезновения или глубокого снижения напряжения в сети каждый отдельный двигатель

270

гистрали). Отключаются сами магистрали на питающей под­ станции. АПВ осуществляется включением магистралей в оп­ ределенной последовательности с разными выдержками вре­ мени. При включении магистрали начинается пуск всех при­ соединенных к ней двигателей.

При групповом АПВ для электродвигателя станка-качалки в качестве пускового и защитного может быть применено уст­ ройство, содержащее автоматический выключатель с электро­ магнитным расцепителем максимального тока и трехполюсный контактор с биметаллическими тепловыми реле. Выключатель

271

Рис. 8.6. Схема блока управления 'БГШ :

напряжения двигатель немедленно присоединяется к источнику контактами контактора, катушка которого остается присоеди­ ненной к питающим проводам. Оперативное отключение мо­ жет быть осуществлено автоматическим выключателем и клю­ чом в цепи катушки контактора. Если АПВ двигателя должно быть исключено, то в качестве пускового и защитного устрой­ ства может быть применен аппарат, содержащий установочный автомат и обычный магнитный пускатель.

Промышленность СССР выпускает блоки управления элект­ роприводами станков-качалок серии БГШ (рис. 8.6,а). Блоки БГШ могут быть также использованы при групповом АПВ и

аппаратура блока. Снаружи шкафа закреплен привод с руко­ яткой для включения автоматического выключателя А1.

На боковую стенку шкафа выведена рукоятка управления универсального кулачкового переключателя УЯ; здесь же рас­

272

положен штепсельный разъем, предназначенный для присоеди­ нения переносного электрифицированного инструмента, и руко­ ятка пакетного выключателя. Автоматический выключатель А1 с электромагнитным расцепителем служит для защиты от

тель А2 защищает от токов короткого замыкания в цепи пита­ ния переносного электрифицированного инструмента.

Управление двигателем осуществляется при помощи пере­ ключателя УП, имеющего одно фиксированное (нулевое) по­ ложение рукоятки с самовозвратом в это положение. Для пус­ ка двигателя от руки на месте установки блока после включе­ ния выключателя А1 рукоятку переключателя УП переводят в положение, при котором замкнуты его контакты 1—1 и 2—2. Катушка контактора КЛ возбуждается без выдержки времени, главные контакты КЛ присоединяют двигатель к сети. При отпускании рукоятки переключатель УП возвращается в исходное положение, контакты 1—1 размыкаются, а контакты 2—2 замкнуты и двигатель продолжает работать.

В случае исчезновения или резкого снижения напряжения во время работы двигателя он отключается от сети, так как прекращается питание катушки КЛ. Последующее восстанов­ ление напряжения приводит к возбуждению катушки реле вре­ мени РВ.

присоединяется к сети, осуществляется его АПВ. Катушка ре­ ле РВ обесточивается размыкающим блок-контактом КЛ. Кон­ такт РВ размыкается, однако в катушке КЛ ток продолжает протекать, так как цепь этого контакта шунтирована замыка­ ющим блок-контактом КЛ.

Для отключения электродвигателя без последующего АПВ запуска рукоятку переключателя УП переводят в положение, при котором оба его контакта размыкаются, обесточивается ка­ тушка КЛ и двигатель отключается от сети.

При дистанционном управлении с диспетчерского пункта управление электродвигателем производится при помощи кон­ такта ДУ аппарата, находящегося на диспетчерском пункте. АПВ не осуществляется.

При аварийном состоянии скважины (обрыв штанг, штока, заклинивание плунжера и т. д.) замыкается контакт инерцион­ ного магнитного выключателя ИМВ. Возбуждается и самоблокируется своим замыкающим контактом реле Р2. Размыкаю­ щий контакт Р2 обесточивает катушку контактора КЛ, что приводит к отключению двигателя. После ликвидации аварии реле Р2 приводится в исходное положение путем отключения

контакт РЗ в цепи реле Р1 и обесточивает последнее. Контакт Р1, размыкаясь, лишает питания катушку контактора КЛ.

В том случае, когда применяется групповое АПВ или бло­ ки управления при индивидуальном АПВ устанавливаются в группе двигателей, запускаемых после восстановления напря­ жения без выдержки времени, реле времени РВ не монтируют­ ся, а замыкающий блок-контакт КЛ шунтируется пере­ мычкой.

Кроме описанной схемы блока, существуют еще три ее мо­

давления в выкидном коллекторе. При отсечении скважины на приеме групповой установки резко увеличивается давление в выкидном коллекторе и замыкается контакт БД электроконтактного манометра. Реле Р5 возбуждается и самоблокируется своим контактом, другой контакт этого реле Р5 разрывает цепь катушки КЛ, что приводит к отключению двигателя. При достижении давлением нормального значения замыкается кон­ такт НД манометра, возбуждается катушка реле Р4, обесточи­ вается реле Р5 и контакт последнего восстанавливает цепь питания катушки КЛ и реле времени РВ, в результате чего осуществляется АПВ установки.

Во второй модификации (рис. 8.6, в) предусматривается управление двигателем в режиме периодической эксплуатации скважины. Для этой цели применяется реле времени Р4, кото­ рое своим контактом по заданной программе попеременно за­ мыкает и размыкает цепь катушки КЛ, чем определяется про­ должительность включенного и отключенного состояний двига­

откачке насосами малого диаметра с минимальной частотой ка­ чаний.

Третья модификация схемы предусматривает управление двухскоростным двигателем короткоциклового электропривода.

Хотя блоки управления БГШ достаточно просты и надежны, они не удовлетворяют всем требованиям к современным уст­ ройствам управления двигателями станков-качалок. Поэтому для управления, контроля и защиты асинхронных электропри­ водов станков-качалок мощностью 1,7—55 кВт выпускаются блоки управления БУС-ЗМ, имеющие в зависимости от мощ­ ности управляемого двигателя семь исполнений. Климатическое

274

исполнение блоков У, категория размещения 1. Конструктивно блок БУС-ЗМ выполнен в виде шкафа напольного типа на ножках высотой 1370 мм, шириной 940 мм и глубиной 330 мм. Масса блока — 140 кг. Блок БУС-ЗМ обеспечивает ручное, ав­ томатическое, программное и дистанционное управление элект­ роприводом станка-качалки. При ручном управлении возможно включение и отключение двигателя станка-качалки кнопками управления, расположенными в блоке.

В автоматическом режиме работы обеспечивается АПВ двигателя станка-качалки с регулируемой выдержкой времени после восстановления напряжения сети после перерыва элект­ роснабжения; включение и отключение двигателя кнопками управления, расположенными в блоке; защитное отключение двигателя станка-качалки с выдержкой времени в зависимости от степени перегрузки или недогрузки в установившемся режи­ ме работы при возникновении аварийных ситуаций (обрыв фа­ зы, обрыв ремней, перегрузка, неисправность насоса, повыше­ ние или понижение давления жидкости в выкидном трубопро­ воде за заданные пределы); автоматическая блокировка защи­ ты в переходном режиме для восстановления установившегося режима; защитное отключение двигателя в переходном режиме работы станка-качалки при возникновении аварийных ситуа­ ций (максимальная перегрузка, обрыв устьевого штока, заклинивание редуктора или плунжера насоса, обрыв ремней, повышение или понижение давления жидкости в выкидном тру­

Вдистанционном режиме работы обеспечивается включение

иотключение двигателя с командного пункта системы телемеханики, формирование релейных сигналов подтвержде­ ния пуска станка-качалки и аварийного отключения в систему телемеханики. В программном режиме осуществляются включе­

ние и отключение двигателя в соответствии с заданной програм­ мой. В этих двух режимах обеспечиваются также перечисленные выше функции защит и блокировок, а в дистанционном режи­ м е— еще и АПВ.

Во всех режимах работы предусмотрены возможность ин­ дикации активной мощности, потребляемой двигателем, для контроля степени уравновешенности станка-качалки, а также присоединения внешних устройств мощностью до 30 кВт к сети переменного тока напряжением 380/220 В.

Структурная схема блока БУС-ЗМ (рис. 8.7) содержит си­ ловую часть 1, блоки управления 2, защиты 3 и питания 4. Силовая часть состоит из устройства управления двигателем УУД (магнитный пускатель МП и кнопки управления), пере­ ключателя режимов работы ПРР, трансформаторов тока ТТ и

Рис. 8.7. Структурная схема блока БУС-ЗМ

автоматического выключателя А, обеспечивающего защиту от токов короткого замыкания.

В блоке управления 2 задаются сигналы времени задержки АПВ и съема блокировки, времен работы и остановки; фор­ мируются сигналы на включение и отключение двигателя Д, а также сигналы блокировки защиты. Эти сигналы поступают на имеющийся в блоке 2 усилитель мощности сигналов управ­ ления, от которого релейный сигнал подается на устройство управления двигателем УУД, включая или отключая двигатель Д. Усилитель мощности сигналов управления воспринимает также команды «пуск» и «стоп» с командного пункта системы телемеханики 5.

Всостав блока защиты 3 входят аналоговый преобразователь мощности АПМ и цифровой анализатор мощности ЦАМ.

Ваналоговом преобразователе мощности АПМ из сигналов тока и напряжения сети, получаемых с трансформатора тока

цикла работы станка-качалки путем выделения огибающей сиг­ нала мгновенной мощности. Цифровой анализатор мощности ЦАМ обеспечивает контроль отклонения активной мощности в течение каждого цикла станка-качалки, измеренного в нор­ мальном режиме его работы и формирует сигнал аварийного

276

отключения двигателя Д с выдержкой времени при изменениях мощности за пределы уставки при перегрузке двигателя Д.

Сигналы с ЦАМ после обработки в блоке защиты 3 преоб­ разовываются в релейные сигналы, поступающие в блок управ­ ления 2 и в систему телемеханики 5 (в случае необходимости в отключении двигателя). Если соблюдается нормальный ре­ жим работы, то сигналы на выходе блока защиты 3 отсутствуют. Кроме перечисленных сигналов, на вход блока защиты посту­ пает сигнал с первичного преобразователя 6 давления в трубо­ проводе. В схеме предусмотрено подтверждение пуска двига­ теля, которое передается с устройства управления двигателем УУД на командный пункт 5 системы телемеханики. Световая индикация аварийного отключения, блокировки отключения и масштаба активной мощности осуществляется светодиодами.

Все блоки станции БУС-ЗМ построены на полупроводнико­ вых элементах. В настоящее время проходят испытания стан­ ции управления с микропроцессорным управлением.

8.5. Погружные электродвигатели и станции управления ПЭД

Для привода центробежных погружных насосов изготовля­ ются погружные асинхронные электродвигатели типа ПЭД, ко­ торые удовлетворяют следующим требованиям. Их диаметр несколько меньше нормальных диаметров применяемых обсад­ ных колонн (обычно двигатели имеют диаметры 103, 117, 123, 130 и 138 мм). При заданной мощности выполнение двигателя с малым диаметром вызывает увеличение его длины, достига­ ющей 7—8 м.

Для уменьшения размеров насосного агрегата и увеличения его подачи двигатели ПЭД рассчитывают на 3000 об/мин (син­ хронных) при частоте 50 Гц. Двигатели защищены от попада­ ния внутрь пластовой жидкости, что достигается заполнением их трансформаторным маслом, находящимся под избыточным давлением 0,2 МПа относительно внешнего гидростатического давления в скважине.

Поскольку двигатель работает при температуре жидкости в месте погружения, его электрическая изоляция масло- и на­ гревостойкая, а температуру окружающей среды принимают равной 90 °С.

Корпус статора погружного двигателя представляет собой стальную трубу, в которую запрессованы магнитные пакеты статора длиной 320—450 мм, набранные из электротехничес­ кой стали. Статор состоит из отдельных магнитных пакетов (секций), разделенных короткими пакетами из немагнитного материала.

Двухполюсная обмотка статора выполнена общей для всех его секций. Ротор также состоит из отдельных секций с дли­

277

ной каждой секции, отвечающей магнитному пакету статора. Каждая секция ротора создает свою короткозамкнутую элект­ рическую цепь, не связанную с цепями других секций ротора, сидящих на общем валу. Между секциями ротора установлены промежуточные подшипники качения, опирающиеся на немаг­ нитные пакеты статора, предотвращающие касание ротора о

нике. Корпус двигателя заканчивается в верхней части голов­ кой, которая закрывает лобовые части обмотки, содержит узел вывода статорной обмотки и обеспечивает присоединение про­ тектора. Нижние лобовые части обмотки закрываются основа­ нием двигателя, в котором размещаются масляный фильтр и клапан.

Внутренняя полость двигателя заполнена специальным ма­ ловязким маслом, которое циркулирует внутри машины под действием турбинки, насаженной на вал ротора. Оно проходит по отверстию внутри вала двигателя, по каналам между кор­ пусом и внешней поверхностью статорных пакетов, попадает в фильтр. Благодаря циркуляции масла достигается более интен­ сивное охлаждение электродвигателя с выравниванием темпе­ ратур наиболее нагретых и менее нагретых частей машины. Полость двигателя заполняют маслом через клапан.

Для защиты погружного электродвигателя от попадания внутрь его корпуса пластовой жидкости применяется гидроза­ щита.

Технические данные некоторых типов погружных электро­ двигателей для привода центробежных насосов приведены в табл. 8.2.

Двигатели могут длительно работать с мощностью, отлича­ ющейся от Рном при температуре окружающей среды, отличной

С 1981 г. промышленность СССР выпускает станции типа ЩГС, рассчитанные на управление установкой, в которой по­ гружной двигатель питается через масляный трансформатор ТМП или ТМПП.

Блок-схема комплектных устройств ЩГС-5802, ЩГС-5803 и ЩГС-5804 приведена на рис. 8.8. Эти комплектные устройства предназначены для управления и защиты погружных электро­ двигателей ЭЦН добычи нефти. На вход силовой цепи этих устройств подается переменный ток напряжением 380 В, ко­ торый через разъединитель /, автоматический выключатель 2 и

278

Т а б л и ц а 8.2

Технические данные погружных электродвигателей ПЭД

контактор 3 подается на первичную обмотку силового транс­ форматора 4. Ко вторичной обмотке трансформатора 4 подклю­ чен погружной электродвигатель 5, который механически свя­ зан с погружным центробежным насосом 6. Сила тока электро­ двигателя 5 замеряется с помощью измерительных трансформа­ торов 7 тока. К нулевой точке вторичной обмотки трансформато­ ра 4 подключен вход устройства 8 защиты по сопротивлению изо­ ляции токоведущих цепей статора электродвигателя 5 и кабеля. С трансформаторов 7 тока сигнал подается на входы устройст­ ва 9 токовой защиты и устройства 10 защиты от срыва подачи жидкости насосом. Входные сигналы устройств 8, 9 и 10 защи­ ты подаются на блок 11 управления и автоматики, который при срабатывании устройства 8 защиты по сопротивлению изоляции выдает сигнал на отключение автоматического выключателя 2% а в случае срабатывания устройства 9 токовой защиты или уст­ ройства 10 защиты от срыва подачи жидкости выдает сигнал

279