Электрооборудование нефтяной промышленности

повышение взрыво- и пожаробезопасности осветительных установок вследствие выноса всех токоприемников, коммутиру­ ющей аппаратуры, электрических сетей и перегревающихся де­ талей из взрывоопасной зоны;

значительное уменьшение числа устанавливаемых «светоточек»;

уменьшение потребления электроэнергии на освещение вследствие применения более экономичных ламп с высокой све­ тоотдачей и др.

Источниками света в КОУ служат металлогалоидные лампы мощностью 700 Вт типа ДРИЗ-700 с зеркальным отражающим слоем.

Для питания осветительной нагрузки и ограничения напря­ жения на ней используются тиристорные ограничители.

Контрольные вопросы

1.Какие требования предъявляются к электрическому освещению на неф­ тяных промыслах?

2.Какими величинами характеризуются параметры источника света?

3.Как классифицируются источники света по способу получения светового излучения?

4.Какими преимуществами обладают люминесцентные лампы по сравне­ нию с лампами накаливания?

5.Из каких элементов состоит световой прибор?

6.Какими параметрами характеризуются световые приборы?

7.Какие требования предъявляются к светильникам, устанавливаемым в помещениях с повышенной опасностью?

8.Укажите примерное расположение светильников на буровых установ­

ках.

зуемым во взрывоопасных зонах?

Глава 11 РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ

11.1. Потери энергии в элементах электроустановки

Нефтяная промышленность ежегодно потребляет десятки миллиардов киловатт-часов электроэнергии, поэтому экономное расходование этой энергии — актуальнейшая задача. Экономия электроэнергии заключается в снижении ее потерь, уменьшении энергоемкости процессов бурения скважин, добычи нефти, за ­ качки воды и газа в пласты и других технологических процес­ сов, правильном использовании электрооборудования и улучше­ нии коэффициента реактивной мощности.

330

Потери активной мощности (в кВт) в воздушных и кабель­ ных линиях прямо пропорциональны квадрату силы тока

электропередач целесообразно включать в работу одновременно. Сила тока нагрузки каждой из них в этом случае будет вдвое меньше, а потери в четыре раза меньше, чем если бы питание осуществлялось по одной линии, а вторая находилась бы в ре­ зерве.

Экономичность работы силовых трансформаторов характери­

дут при 5 /5 н = 0,5—0,7. Потери активной АР мощности в транс­ форматоре выражаются формулой

331

Для трансформаторов мощностью от 100 до 6300 кВ-А мож­ но с некоторым приближением принять, что АР = 0,02 5.

Потери электрической энергии в трансформаторах могут быть уменьшены правильным выбором их мощности и числа, рациональным режимом работы (отключением малозагружен­ ных трансформаторов и переводом их нагрузки на другие неза­ груженные трансформаторы) и своевременным включением в работу резервных трансформаторов при перегрузке основных.

Работа асинхронного электродвигателя наиболее экономична в режиме номинальной мощности и напряжения. При перегруз­ ках его к. п. д. уменьшается вследствие увеличения электриче­ ских потерь (в меди обмоток), которые прямо пропорциональ­ ны квадрату силы тока нагрузки. При недостаточной загрузке электродвигателя его к. п. д. уменьшается, поскольку потери в стали (потери холостого хода) остаются постоянными. Система­ тическая перегрузка электродвигателя также влечет за собой повышенные потери; такой электродвигатель необходимо заме­ нить на электродвигатель, соответствующий фактической на­ грузке. Недогруженный асинхронный электродвигатель целесо­ образно заменять только в том случае, если его нагрузка состав­ ляет менее 40—45% его номинальной мощности.

Отклонение напряжения от номинального также неблагопри­ ятно воздействует на режим потребления электроэнергии. При понижении напряжения увеличивается сила тока нагрузки асинхронного электродвигателя, вследствие чего увеличиваются и потери электроэнергии; при повышении — ухудшается коэф­ фициент мощности. Поэтому поддержание постоянного напряже­ ния питающей сети — один из важных элементов снижения по­ терь энергии в элементах электроустановки.

11.2. Технические и организационные мероприятия по экономии электрической энергии

Основными источниками экономии электроэнергии являются: внедрение рациональных технологических режимов на базе до­ стижений науки и техники; улучшение работы энергетического и технологического оборудования; внедрение новой техники и про­ грессивных норм расхода электроэнергии.

Доля расходования электроэнергии на производственно-тех­ нологические нужды составляет 60—80%. Совершенствование технологических режимов заключается: в использовании наибо­ лее эффективных способов бурения скважин, обеспечивающих высокие скорости бурения и, следовательно, малый удельный расход электроэнергии на 1 м проходки; применении наивыгод­ нейших способов добычи нефти и газа, а также оптимальных режимов эксплуатации месторождений; переводе скважин с

332

компрессорной на глубинно-насосную эксплуатацию; широком внедрении внутриконтурного и законтурного заводнений для поддержания давления пласта на уровне его первоначального значения; использовании экономически целесообразных режи­ мов работы насосных и компрессорных станций; переводе глу­ биннонасосных скважин на периодическую эксплуатацию; ис­ пользовании однотрубного сбора нефти; обработке призабойной зоны скважин; применении поверхностно-активных веществ при закачке воды в пласты; снижение давления в системе сбора и транспорта нефти.

Мероприятия в рационализации схем электроснабжения сле­

мысла и разукрупнение их путем ограничения мощности в од­ ном трансформаторе; отключение части трансформаторов в пе­ риоды малой нагрузки подстанций; использование экономически выгодных режимов включения трансформаторов на двухтранс­ форматорных подстанциях; включение в работу имеющихся ре­ зервных связей и параллельных линий; поддержание в сети на­ пряжения, близкого к номинальному; расположения источников реактивной мощности в местах ее потребления; применение на­

ность электропривода и обеспечить его полную загрузку; тща­ тельно следить за состоянием оборудования и своевременно про­ водить планово-предупредительный ремонт; исключить утечки сжатого воздуха и газа из системы; повысить коэффициент по­ дачи глубинных насосов; уменьшить потери напора в задвиж­ ках и трубопроводах; повысить надежность электрооборудова­ ния и устройств электроснабжения с целью исключения просто­ ев технологических установок; заменить (где это возможно) асинхронные электродвигатели синхронными, особенно для при­ вода станков-качалок.

Внедрение новой техники (регулируемых электроприводов буровых и водяных насосов, станков-качалок, погружных цент­ робежных электронасосов и компрессоров, электромагнитных муфт, комплектных устройств электроснабжения и управления и др.) наряду с повышением производительности технологиче­ ских установок должно способствовать экономии электроэнер­ гии.

Большая часть электроэнергии, потребляемой нефтяной про­ мышленностью, преобразуется в механическую энергию в асин­

3 3 3

хронных и синхронных электроприводах. При всем многообра­ зии технических решений, нацеленных на экономию электроэнер­ гии в электроприводе, можно выделить следующие основные на­ правления.

1.Расширение областей применения систем регулирования частоты вращения приводного электродвигателя.

2.Применение частотного пуска электроприводов с двигате­ лями переменного тока с использованием возможностей рекупе­ ративного торможения.

3. Разработка и внедрение регуляторов, поддерживающих к. п. д. и cos ф приводных электродвигателей близкими к их но­ минальным значениям в широком диапазоне изменения на­ грузки.

4.Применение простейших блокировочных и других связей, обеспечивающих рациональную эксплуатацию электроприводных рабочих машин.

5.Применение электродвигателей с улучшенными энергети­ ческими показателями.

Для электроприводов переменного тока, не требующих регу­ лирования частоты вращения, в ряде случаев целесообразно

применение преобразователей частоты только для процесса пуска. Такие преобразователи называют пусковыми. Они могут быть предназначены как для одиночного (поочередного) пуска электроприводов насосов и компрессоров, так и для группового пуска синхронных электродвигателей вспомогательных меха­ низмов.

Потери электроэнергии в двигателе при частотном пуске значительно меньше, чем при прямом пуске. Частотный пуск дает существенное снижение кратности пускового тока по срав­ нению с прямым пуском, а это не только уменьшает потери энергии в самом двигателе, но и способствует уменьшению по­ терь энергии в питающих сетях и трансформаторах, стабилиза­ ции напряжения на зажимах электроприемников.

Важное значение имеют правильный учет и анализ удельных расходов электроэнергии на единицу продукции. Это один из основных показателей, характеризующих технико-экономиче­ ский уровень производства в целом и степень рационального ве­ дения электрохозяйства.

Нормы удельных расходов электроэнергии позволяют конт­ ролировать состояние производства путем сравнения фактиче­ ского расхода с рекомендуемым или нормированным, получен­ ным за большой период эксплуатации на аналогичном произ­ водстве или отдельном производственном процессе. Иногда удельные нормы расхода электроэнергии служат основанием для выбора мощности приводного двигателя.

334

Удельные расходы электроэнергии на основные процессы в нефтяной промышленности

11.3. Коэффициент мощности и способы его повышения

Работа асинхронных двигателей, трансформаторов и других устройств переменного тока, обладающих индуктивным сопро­ тивлением, сопровождается периодическим изменением возникающего в них магнитного потока. При всяком изменении маг­ нитного потока в цепи этих устройств возникает ЭДС самоин­ дукции, противодействующая изменению магнитного потока. По­ этому напряжение генераторов переменного тока, установлен­ ных на электростанциях, содержит составляющую, которая в каждый момент времени компенсирует противодействие э. д, с. самоиндукции. Следовательно, н мгновенное значение мощности генератора всегда содержит такую составляющую, которая обусловлена противодействием э. д. с. самоиндукция. Эта со­ ставляющая мгновенной мощности генератора называется реак­ тивной мощностью.

Как известно из курса электротехники, реактивная мощ­ ность, идущая на создание магнитного потока в аппаратах и машинах, обладающих индуктивным сопротивлением, 4 раза в течение каждого периода переменного тока меняет свое на­ правление, причем среднее значение этой мощности за каждый шолупериод равно нулю.

Таким образом, токоприемникам промышленных предприя­ тий доставляется, кроме активной энергии, преобразуемой в них

Ш

в другие виды энергии, и реактивная энергия, которая необхо­ дима для создания магнитных полей в электродвигателях и трансформаторах.

Реактивная энергия, соответствующая реактивной мощности, не производит полезной работы. Обмен реактивной мощностью между токоприемниками и генераторами электростанций приво­ дит к добавочным потерям энергии в линиях, трансформаторах и генераторах.

Мерой соотношения между активной и реактивной мощно­ стью является коэффициент мощности, определяемый как отно­ шение активной мощности Р к полной 5:

средневзвешенный коэффициент мощности, рассчитываемый по формуле

применения специальных средств для повышения его носит на­ звание естественного. Естественный cos ф большей части про­ мышленных предприятий колеблется в пределах 0,6—0,8.

Реактивная энергия, потребляемая предприятием, определя­ ется намагничивающей мощностью, требуемой отдельным эле­ ментам электроустановки. На долю асинхронных двигателей приходится более 60% всей реактивной энергии, потребляемой от энергетических систем промышленными предприятиями, а на долю трансформаторов — до 20%. Остальная часть (около 20%) приходится на долю преобразовательных подстанций, установок индукционного нагрева, реакторов, воздушных линий и др. Та­ ким образом, основными потребителями реактивной энергии на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели и трансформаторы.

На нефтепромыслах реактивную мощность потребляют в ос­ новном асинхронные двигатели. Номинальный коэффициент

336

мощности современных асинхронных двигателей составляет 0,75—0,9. Однако при эксплуатации он оказывается значитель­ но более низким по нескольким причинам.

1. Недогрузка электродвигателя. При этом активная мощ­ ность Р электродвигателя снижается, а реактивная мощность Q, которая зависит от намагничивающего тока, при постоянном

напряжении сети мало меняется. Из выражения cos ф =Р/УР2+ + Q 2 видно, что при снижении Р коэффициент мощности умень­

или переменном графике нагрузок. Поэтому у приводных двига­ телей станков-качалок, буровой лебедки и ротора чрезвычайно низок коэффициент мощности (0,4—0,5). Асинхронные двигате­ ли компрессорных и насосных установок, как правило, загруже­ ны полностью и работают с коэффициентом мощности, близким

кноминальному.

2.Увеличение напряжения сети. Магнитная индукция в магнитопроводе электродвигателя пропорциональна напряжению се­ ти. При номинальном напряжении значение магнитной индукции соответствует «колену» кривой намагничивания электротехниче­ ской стали. Поэтому когда напряжение возрастает, значение магнитной индукции соответствует зоне насыщения, в результа­ те чего резко увеличиваются намагничивающий ток и реактив­ ная мощность.

2.Некачественный ремонт электродвигателя. Снижение ко­ эффициента мощности электродвигателя после ремонта может быть вызвано изменением обмоточных данных, в результате че­

Так, например, при одинаковой активной мощности сила тока в случае созф = 0,5 будет в 2 раза больше, чем при соБф=1. Сле­ довательно, в первом случае потери энергии в питающей линии того же сечения будут в четыре раза большими. В 2 раза воз­ растет потеря напряжения в линии. Возрастут потери энергии и во всех других элементах электрической сети по всему тракту передачи электроэнергии. Кроме того, возникает необходимость в увеличении мощности трансформаторов, поскольку их нагру­ зочная способность определяется силой тока, т. е. полной мощ­

ностью S=y 3U HI, а не активной мощностью подключенных к ним приемников. Большая сила тока вызывает также необходимость в коммутационных аппаратах больших габаритов.

Таким образом, низкий коэффициент мощности приводит к

увеличению потерь электроэнергии и капитальных затрат. Паэтому его повышение — важная народнохозяйственная задача.

При расчетах, связанных с определением коэффициента мощности и проведением мероприятий по его повышению, более удобно пользоваться не cos tp, а реактивной мощностью Q и ее отношением к активной мощности Р, т. е. тангенсом угла Ф (tg ф= Q/P*), связанным известным соотношением с коэффици­ ентом мощности — cos ф. Для стимулирования проведения ме­ роприятий по повышению коэффициента мощности установлена система скидок и надбавок к тарифу на электроэнергию за компенсацию реактивной мощности (см. 11.4).

Коэффициент мощности электроустановки может быть повы­ шен без применения компенсирующих устройств или путем ис­ пользования этих устройств. В первом случае уменьшают по­ требляемую токоприемниками реактивную энергию путем при­ менения рациональных типов электрооборудования или режимов его использования. Эти меры служат для того, чтобы сократить,, а если возможно, и исключить потребность в специальных ком­

ющим напряжение, и, следовательно, выполнять функции гене­ раторов реактивной энергии.

миться к увеличению загрузки асинхронных двигателей путем лучшего использования производственных механизмов и совер­ шенствования технологического процесса, ведущих к улучшению энергетического режима оборудования и повышению коэффи­ циента мощности. Замена малозагруженного асинхронного дви­ гателя двигателем меньшей мощности должна быть рентабель­ ной, т. е. должна сопровождаться уменьшением суммарных по­ терь активной мощности в двигателе и сетях. Асинхронные дви­ гатели, средняя нагрузка которых не превышает 40% их номи­ нальной мощности, как показывают расчеты, подлежат замене двигателями меньшей мощности. При средней загрузке двигате­ ля на 70% и более замена нерентабельна. Если же средняя за ­ грузка двигателя составляет 40—70% номинальной мощности, то для решения вопроса о замене двигателя необходимо сделать расчет рентабельности такой замены.

С н и ж е н и е н а п р я ж е н и я у м а л о з а г р у ж е н н ы х а с и н х р о н н ы х д в и г а т е л е й . Часто замена недогруженно­ го асинхронного двигателя двигателем меньшей мощности ока-

338

зывается затруднительной как по конструктивным, так и произ­ водственным соображениям. В этом случае целесообразно вклю­ чить в цепь статора двигателя тиристорный регулятор напряже­ ния, который при недогрузке двигателя автоматически понизит напряжение на его зажимах. Уменьшение напряжения вызыва­ ет уменьшение намагничивающего тока. Поскольку активная составляющая тока при этом не изменяется, происходит умень­ шение угла ф и увеличение коэффициента мощности. Уменьше­ ние напряжения на зажимах статора двигателя влечет за собой также и уменьшение потерь в стали статора, что приводит к увеличению к. п. д.

К. рассмотренной группе мероприятий также относятся: устранение холостой работы асинхронных двигателей посредст­ вом ограничителей холостого хода, отключение трансформато­ ров при загрузке менее 30% с переводом их нагрузки на другие трансформаторы, улучшение качества ремонта трансформаторов и асинхронных двигателей.

электроприемником), отстает по фазе от напряжения на угол ф1