Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности
..pdf(выходное реле РП6, действующее от токового реле, включен ного между трансформаторами тока ТТ1 и 7Т5); схемы частот ной разгрузки, реле которой действует при снижении частоты в энергосистеме (выходное реле РП7); защиты от замыкания на землю (выходное реле РП8, действующее при срабатывании токового реле, подключенного к трансформатору тока нулевой последовательности ТНП) \ технологических защит, кнопки ава рийного отключения КО.
Реле дифференциальной токовой защиты, реле частоты и то ковое реле защиты от замыканий на землю на схеме рис. 112 не показаны. Защита от перегрузок обеспечивается токовым реле РПТ, а от коротких замыканий дифференциальной токовой защитой. Технологические защиты действуют при нарушении режима в системах смазки и других устройствах компрессор ного агрегата. Состояние системы смазки определяет возмож ность работы агрегата. Система смазки содержит ряд насосов, маслопроводы низкого, среднего и высокого давления, масло охладители и другие элементы. Маслопроводы низкого и сред него давления обеспечивают смазку опорно-упорного подшип ника нагнетателя (давление масла 0,45 МПа), редуктора и электродвигателя (давление 0,05—0,06 МПа). Масло из масля ного бака подается в эти маслопроводы при работе агрегата насосом, смонтированным на корпусе редуктора. На ответвле нии от маслопровода среднего давления к маслопроводу низ кого давления установлен редукционный клапан. От маслопро вода среднего давления масло подается также в масляное реле осевого сдвига, смонтированное в нагнетателе и обеспечиваю щее остановку агрегата при появлении осевого сдвига ротора нагнетателя на 0,7—0,8 мм.
В периоды пуска и остановки агрегата масло подается в эти маслопроводы пусковым масляным насосом, приводимым в дей ствие от асинхронного электродвигателя. Для поддержания не обходимого давления в маслопроводе при остановке агрегата вследствие исчезновения напряжения в питающей системе пе ременного тока или внезапного падения давления масла в си стеме предусматривается резервный масляный насос с приво дом от электродвигателя постоянного тока, питаемого от акку муляторной батареи, либо с приводом от электродвигателя пе ременного тока.
На выходе из нагнетательной улитки (см. рис. 100) ротор нагнетателя снабжен масляным уплотнением, предотвращаю щим утечки газа в помещение. Это достигается поддержанием давления масла на уровне, превышающем на 0,2—0,3 МПа давление газа, что обеспечивается регулятором перепада дав ления газ—масло.
Для уплотнения и смазки опорного подшипника нагнетателя служит маслопровод высокого давления (6,5 МПа), в который масло подается из масляного бака винтовым насосом, приводи мым в действие асинхронным двигателем 20 кВт, 380 В,
273
1450 об/мин. Имеются два винтовых насоса (рабочий и резерв ный) с автоматическим включением резервного насосащри оста новке основного. В системе три маслоохладителя — низкого, среднего и высокого давления, в которых масло охлаждается циркулирующей водой.
Технологические защиты компрессорного агрегата действуют при уменьшении перепада давлений масло — газ на уплотни тельном подшипнике до 0,08—0,09 МПа (импульс от регулятора перепада); при падении давления масла в системе смазки под шипников агрегата до 0,025 МПа (от реле пуска резервного насоса смазки); резком повышении температуры масла до 80 °С на каком-либо из подшипников агрегата (импульс от термо метра сопротивления и электронного моста контроля темпера туры); при увеличении осевого сдвига ротора нагнетателя до 0,7—0,8 мм (импульс от реле осевого сдвига) [5].
39. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ
Для привода вспомогательных механизмов компрессорных агрегатов и общестанционных устройств на компрессорных станциях применяют короткозамкнутые, закрытые продуваемые асинхронные двигатели единых всесоюзных серий А, АО, АОЛ
иА2, А02 и 4А 380/220 В и двигатели постоянного тока 220 В. Для приводов насосов градирни, погружных артезианских
насосов используют вертикальные электродвигатели со стани ной без лап, с креплением к насосу с помощью фланца, имею щегося на щите двигателя. Вентиляционные установки, связан ные с наличием взрывоопасных смесей, оборудуют взрывоза щищенными асинхронными двигателями серий ВАО, ВА02 и В. Для привода резервных масляных насосов компрессорных агре гатов применяют двигатели постоянного тока на 220 В. Пуск, остановка и защита двигателей осуществляются при помощи ав томатических воздушных выключателей, контакторов, магнит ных пускателей в нормальном и взрывозащищенном исполне ниях [5J.
На компрессорных станциях с электрическим приводом цен тробежных нагнетателей к каждому компрессорному агрегату относятся электроприводы пускового маслонасоса с асинхрон ным двигателем (6 кВт, 725 об/мин); резервного пускового мас лонасоса с двигателем постоянного тока (8,5 кВт, 800 об/мин); насоса уплотнения с асинхронным двигателем (20 кВт, 1450 об/мин); резервного насоса уплотнения с асинхронным двигателем (20 кВт, 1450 об/мин); вентилятора охлаждения главного электродвигателя с асинхронным двигателем (20 кВт, 730 об/мин).
На газотурбинных компрессорных станциях каждый ком прессорный агрегат комплектуется электроприводами: пускового маслонасоса с асинхронным двигателем (20 кВт, 2920 об/мин);
274
резервного маслонасоса с двигателем постоянного тока (4,2 кВ т, 2200 о б /м и н ); аварийного насоса уплотнения с двигателем по стоянного тока; валопроворотного устройства для проворачива ния роторов перед запуском и во время охлаж дения агрегата
после |
остановки, |
с |
асинхронны м |
двигателем |
(1,7 кВ т, |
||
1490 |
о б /м ин). |
|
|
|
|
|
|
В |
состав общ естанционны х. вспом огательны х |
устройств на |
|||||
электроприводны х |
и газотурбинны х К С |
м огут |
входить электро |
||||
приводы двух центробеж ны х |
насосов |
(рабочего и резервного) |
|||||
градирни охлаж дения |
воды, |
охлаж даю щ ей |
маслоохладители |
||||
с асинхронны м и двигателям и |
(10— 28 кВ т, 1450— 2900 о б /м и н ); |
||||||
вентилятора градирни с двухскоростны м асинхронны м двигате лем (20/28 кВ т, 1450/730 о б /м и н ); кислотного насоса и вакуум - насоса подкислительной установки для стабилизации времен ной ж есткости охлаж даю щ ей воды с асинхронны м и двигате лям и; нескольких ш естеренчатых насосов для перекачки масел в масляном хозяйстве станций с асинхронны м и двигателям и (от
1,7 до 4,5 кВ т, 980— 1420 о б /м и н ); |
маслоочистительной уста |
||
новки с асинхронны м двигателем |
(2,8— 4 кВ т, |
1430 |
о б /м и н); |
насосной станции охлаж дения технологического |
газа |
(если не |
|
обходимо охлаж дение) с вертикальны м асинхронны м двигате
лем (28 |
кВ т, 1450 о б /м и н ); воздуш ны х |
вспом огательны х ком |
прессоров с асинхронны м и двигателям и |
(4,5— 20 кВ т, 1500 син |
|
хронны х |
о б /м и н ). |
|
Кром е перечисленных потребителей электроэнергии, на КС имеются токоприем ники, не связанные непосредственно с обес печением работы компрессорных агрегатов. К числу таких по требителей относятся механические мастерские, невзрывоопас ные помещения станций, кондиционеры, насосные котельны х и бы тового водоснабж ения, освещение территории, ж и л ы х посел
ков и др. [5]. |
|
|
|
Д л я питания двигателей |
резервных м асляных насосов, кото |
||
рые |
до лж н ы работать при |
исчезновении |
питаю щ его перемен |
ного |
напряж ения, питания |
цепей релейной |
защ иты , сигнализа |
ции, устройств автом атики |
и дистанционного управления на КС |
||
сэлектрическим и газотурбинны м приводом, устанавливаю т
стационарны е |
аккум уляторны е батареи. |
Эти батареи |
набираю т |
из свинцовы х |
кислотны х аккум уляторов |
типа С К с |
емкостью |
при одночасовом разряде от 111 до 370 А • ч в количестве, обес печивающ ем выходное напряж ение батареи 220 В . Обычно ба тареи р аб отаю т параллельно с подзарядным агрегатом (вы пря мителем ), которы й при наличии переменного напряж ения пи тает всю н а гр узку сети постоянного тока, одновременно подза
р яж а я батарею , ком пенсируя |
ее самозаряд. П р и |
исчезновении |
|||
переменного напряж ения |
вся |
нагрузка лож ится |
на |
батарею |
[5]. |
Э лектроэнергию при |
напряж ении 380 В на |
территории |
К С |
||
при подводе ее к потребителям, непосредственно обеспечиваю щим работу ком прессорны х агрегатов, обычно распределяю т по схеме двойны х сквозны х магистралей, присоединенных к раз-
275
ным секциям шин щитов 380 В. Этим обеспечивается высокая надежность питания. Остальные потребители питаются по ра диальным схемам с подключением питающей линии к одной секции шин 380 В [5].
40. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИИ
На компрессорных станциях магистральных газопроводов с электрическим приводом центробежных нагнетателей уста новленная мощность потребителей электроэнергии может дости гать 100 МВт и более. Питание этих потребителей обеспечива ется понижающей подстанцией, сооружаемой вблизи КС TI получающей электроэнергию от энергосистемы обычно при на пряжении ПО или 220 кВ при помощи воздушных линий элек тропередачи. Пропускная мощность каждой линии должна со ответствовать мощности, потребляемой КС. Линии должны про кладываться на отдельных опорах и присоединяться к разным, независящим друг от друга секциям распределительного уст ройства энергосистемы.
Понижающие подстанции КС выполняются тупикового типа, т. е. рассчитываемые в основном на питание данной КС и экс плуатируемые персоналом КС; типа районной подстанции, рас считанные на питание не только данной КС, но и других по требителей, и передаваемые после окончания строительства в эксплуатацию энергосистеме.
На подстанциях тупикового типа щитовой блок подстанции совмещается с главным щитом управления КС. Распредели тельное устройство (РУ) 6 (10) кВ здесь содержит только ячейки, необходимые для питания потребителей КС. На под станциях типа районной щитовой блок совмещается с РУ б (10) кВ подстанции, а ячейки 6 (10) кВ, относящиеся к потре бителям КС, выделяются из РУ подстанции и комплектуются
всамостоятельный блок РУ 6 (10) кВ КС.
Всхеме подстанции тупикового типа (рис. 113) распредели тельное устройство ПО (220) кВ имеет два ввода. На подстан ции устанавливают не менее двух силовых трансформаторов ПО (220) /6 (10) кВ мощностью от 15 до 63 МВ-А, обеспечи вающих питание полной нагрузки КС и 100 % резерва. Приме
няют также схему блока линия — трансформатор (рис. 114). В этом случае силовые трансформаторы присоединяют на сто роне 110 (220) кВ к питающим линиям через разъединители п отделители. Возможность питания обоих трансформаторов от одной линии 110 (220) кВ обеспечивается установкой пере мычки, содержащей разъединители.
Схема с выключателями высокого напряжения (см. рис. 113) и релейной защитой на вводах ПО (220) кВ и секционным вы ключателем на шинах ПО (220) кВ является более маневрен ной. Она позволяет переводить питание подстанции с одной ли нии на другую и переводить питание любого трансформатора
276
с одной линии на другую без перерыва в электроснабжении. Схему с отделителями и короткозамыкателями в условиях Си бири и местностей высоких широт с низкой температурой воз духа не применяют.
Рис. |
113. |
Принципиальная |
ВЛ ЧОнВ |
ВЛ //OnВ |
||
схема |
подстанции |
тупикового |
|
/V» / |
Z |
|
|
|
типа |
|
—^THI- |
—<Hi- |
|
|
|
|
|
РЛНД |
|
РЛНД |
|
|
|
|
ПО/БОО |
|
ПО/БОО |—^ I—ii- |
|
|
|
|
ОД -ио |
|
од-по |
|
|
|
|
X секция |
|
Л секция |
|
|
|
|
КЗ ПО- |
|
~ Г ~ |
|
|
|
|
|
оз пи' |
|
|
|
|
|
|
Тд/Vb/ |
Гр AT-Z |
|
|
|
|
|
/ГО/БкВ |
ПО/БпВ: |
Рис. |
114. |
Принципиальная |
\ |
г |
|
|
схема |
подстанции |
с блоками |
|
|||
линия — трансформатор |
\ |
|
6 к В |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Как главные трансформаторы 110 (220)/6 (10) кВ, так и трансформаторы 6 (10)/0,4 кВ для питания потребителей соб ственных нужд КС могут работать раздельно друг от друга и параллельно. В первом случае один трансформатор питает всю нагрузку, а другой находится в резерве. Во втором случае
277
•оба трансформатора нагружены до 50—70 % от номинальной мощности, а при выходе из работы одного трансформатора вто рой обеспечивает полностью питание всех потребителей КС.
Режим параллельной работы предпочтительнее с точки зре ния уменьшения потерь энергии в трансформаторах. Однако, ис ходя из необходимости снижения значений токов короткого за мыкания и упрощения релейной защиты, практически предус матривают раздельную работу питающих лцний 110 (220) кВ и трансформаторов. При этом воздушные линии передачи обору дуют устройствами АПВ. Перерыв в питании потребителей на время работы АПВ непродолжителен, так что во многих слу чаях не приводит к прекращению их работы. При раздельной работе линий и трансформаторов предусматривается автомати ческое включение резервной линии или трансформатора при от
ключении основных. |
j |
Для уменьшения токов короткого замыкания практикуется |
|
применение трансформаторов 110 (220)/6 |
(10) кВ с расщеплен |
ной вторичной обмоткой. В этом случае каждая из вторичных обмоток присоединяется к двум секциям шин 6 (10) кВ, а число таких секций равно четырем (рис. 115). Главные трансформа торы обычно снабжают дифференциальной токовой защитой мгновенного действия, максимальной токовой защитой от ко ротких замыканий с выдержкой времени, токовой защитой от перегрузки с действием на сигнал, газовой защитой, темпера турной сигнализацией.
Трансформаторы 6 (10)/0,4 кВ 'для питания потребителей собственных нужд мощностью 400—630 кВ*А и выше обычно снабжают максимальной токовой защитой от коротких замыка ний, действующей без выдержки времени, токовой защитой от перегрузки с выдержкой времени, иногда токовой защитой от замыканий на землю.
Трансформаторы меньшей мощности часто защищают плав кими предохранителями. На линиях этих трансформаторов в этих случаях вместо выключателей высокого напряжения устанавливают выключатели нагрузки.
На понижающей подстанции типа районной (рнс. 116) уста новлены трехобмоточные трансформаторы 110/35/6 кВ. Посто ронние потребители (кроме потребителей КС) питаются при на пряжении 35 н 6(10) кВ. На всех напряжениях предусмотрена двойная система шин. Конструктивно распределительные уст ройства 110 и 35 кВ открытого типа выполняются с помощью гибкой ошиновки. Подвеска ошиновки и установка аппаратуры осуществляются на сборных железобетонных конструкциях, иногда на стальных. Распределительные устройства 6(10) кВ зыкрытого устройства 6(10) кВ закрытого типа выполнены пу тем набора из комплектных шкафов типа КРУ с масляными выключателями ВМП-10 с приводами постоянного тока ПЭ-11. В зданиях РУ 6(10) кВ, относящихся к КС, установлены и реакторы для ограничения пусковых токов двигателей в тех
случаях, когда схема пуска требует применения реакторов (на пример, для двигателей СТМ-4000).
Основные электроприемники газотурбинных компрессорных станций, связанные с их технологическим процессом, классифи цируются по надежности электроснабжения следующим обра зом. К первой категории относятся ответственные электропри емники, связанные с обеспечением нормальной работы ГПА, т. е. те, от которых зависят живучесть КС и продолжение тех-
П0(220)кВ |
//0(220)кВ |
ВЛ иОкЪ Кабонентап |
|
ВЛИОкЪ |
Рис. 115. Схема питания потребите лей компрессорной станции от тран сформаторов с расщепленной вторич-
'ной обмоткой
<5кВ
|
|
> |
^ |
V |
Рис. 116. Принципиальная |
схема |
К абонентам и 8 РУ 6 кВ |
||
компрессорной |
станции |
|||
районной подстанции |
|
р.7,1Г |
|
|
нологического процесса перекачки-газа (электродвигатели маслонасосов уплотнений, циркуляционных насосов, аппаратов воз душного охлаждения масла турбин и воды, маслонасосов смазки, потребителей КИП и автоматики), а также ответствен ные потребители, не связанные с работой ГПА и перекачкой газа (пожарные насосы, освещение основных цехов, аварийная вентиляция взрывоопасных цехов, аварийная вентиляция взры воопасных помещений). В группе потребителей первой катего рии выделяются «особо ответственные», перерыв питания кото рых вызывает опасность аварийной остановки ГПА, а также те, которые обеспечивают остановку ГПА без повреждений или ликвидацию последствий аварий. К «особо ответственным» по требителям относятся электродвигатели маслонасосов уплотне-
279
ним, вентиляторов охлаждения масла, циркуляционных насо сов, аварийных вентиляторов, пожарных насосов, аварийных маслонасосов смазки, аварийное освещение, потребители КИП и
автоматики.
Состав потребителей первой, категории и «особо ответствен ных» потребителей зависит от типа ГПА. Так, в ГПА с маслонасосами уплотнений типа НШ-46 с приводом от вала турбины электроприводные маслонасосы уплотнений не являются «особо ответственными» потребителями.
Ко второй категории элект.роприемников на компрессорной станции относятся ответственные электроприемники, перерыв питания которых вызывает ограничение производительности станции, а также те, которые необходимы для продолжения технологического процесса, не допускают более длительные пе рерывы питания, не вызывая непосредственной опасности оста новки ГПА (остальные вспомогательные механизмы ГПА, вен тиляторы аппаратов воздушного охлаждения газа, вентиляторы охлаждения градирен и др.).
К третьей категории относятся остальные вспомогательные и неответственные электроприемники.
Поскольку электроустановки компрессорных станций явля ются электроустановками, питающими потребителей всех трех категорий, общие для всех потребителей элементы должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к электроснабже нию потребителей первой категории, т. е. иметь два независи мых источника питания с устройством АВР между ними. По этому, если компрессорная станция питается от энергосистемы, то такими источниками являются два независимых ввода от энергосистемы. Если на компрессорной станции имеется только собственная электростанция, (без связи с энергосистемой), то роль независимых источников играют разные секции сборных шин генераторного напряжения с работающими на них генера торами. Если имеется собственная электростанция и связь с энергосистемой, то секция сборных шин генераторного напря жения с работающими на них генераторами является одним не зависимым источником питания, а секция шин, питающаяся от системы,— другим.
Для повышения надежности работы вся электрическая схема компрессорной станции делится на две независимые части, каж дая из которых питается от соответствующего независимого ис точника. Каждая из частей состоит из секций напряжения 6 или 10 кВ, понижающих трансформаторов 6 (10)/0,4 кВ, щитов 0,4 кВ, питающихся от этих трансформаторов, и вторичных сбо рок, питающихся от основных щитов. Части взаимно резерви руются на разных ступенях напряжения с помощью устройств АВР и могут работать либо раздельно, либо параллельно с ав томатическим делением секционным выключателем в случае аварии в одной из частей. Двигатели привода ответственных ме ханизмов одного назначения обычно дублируются и также де-
лятся на две независимые группы, присоединяемые к разным частям. Такие двигатели снабжаются технологическим АВР.
При таком построении схемы электроснабжения надежность работы компрессорной станции обеспечивается тем, что в слу чае отключения одной из частей и отказе и неуспешней работе АВР между частями напряжение в другой части сохраняется и технологический процесс не нарушается, так как сработает АВР электродвигателей.
Опыт эксплуатации газотурбинных компрессорных станций свидетельствует о недостаточной надежности собственных элек тростанций с газовыми двигателями и протяженных ЛЭП связи с энергосистемами. Поэтому в электрической схеме компрессор ной станции, кроме двух независимых источников питания,, предусматриваются аварийные дизель-генераторы с автомати ческим запуском и включением при исчезновении напряжения, предназначенные для питания «особо ответственных» потреби телей. Это позволяет не только предотвратить аварийные оста новки. ГПА при потере основного питания, но и обеспечить про должение их нормальной работы. Аварийные дизель-генераторы могут устанавливаться в каждой из частей электрической схемы компрессорной станции или на обе части, но тогда они подклю чаются так, чтобы резервировать каждую часть независимо от другой.
На случай полной и продолжительной потери переменного тока обеспечивается надежное питание от аккумуляторной ба тареи той части «особо ответственных» потребителей, от кото рых зависит остановка оборудования без повреждений, а именно маслонасосов смазки, аварийного освещения, КИП и автоматики.
Для электроснабжения компрессорных станций с газотур бинным или с газомоторным приводом компрессоров требуется мощность 500—3000 кВт. Питание электроэнергией осуществля ется от сетей энергосистем при напряжении б—10—35 кВ двумя линиями; от неразветвленной или тупиковой сети энергосистемы одной линией 6—L0—35 кВ с резервированием, осуществляе мым собственной электростанцией; от собственной электро станции.
В случае основного питания и резервирования от сети энер госистемы при напряжении питающих вводов 6(10) кВ на тер ритории КС сооружают понижающую трансформаторную под станцию. Может быть применена комплектная трансформатор ная подстанция (КТП) в отдельно стоящем здании либо в пристройке к зданию компрессорной, либо на открытом воз духе. На подстанции устанавливают не менее двух понижающих трансформаторов, которые выбирают таким образом, чтобы была возможна их параллельная работа. Мощность применяе мых трансформаторов 180—2500 кВ*А. На стороне 6(10) кВ применяют одинарную систему шин, секционированную выклю чателем высокого напряжения. На питающих вводах здесь уста-
т
павливают выключатели или только разъединители. Предусмат риваются АВР на стороне напряжения 6(10) кВ и на стороне 400 В, где шины также секционированы с помощью контактора или автоматического выключателя. Возможны и другие схем
ные решения. |
подстанции 35/6(10) и |
В схеме электрических соединений |
|
6 (10)/0,4 кВ, питаемой двумя линиями |
от энергосистемы и от |
дающей часть энергии удаленным потребителям при напряже нии 6 (10) кВ (рис. 117), предусмотрено АВР на стороне ■6 (10) кВ и на стороне 0,4 кВ [5].
На газотурбинных КС перерывы в питании электродвигате лей вспомогательных механизмов турбоагрегатов при работе турбин лод нагрузкой приводят к снижению надежности отдель ных узлов газовой турбины. При прекращении питания электро энергией турбина должна быть немедленно разгружена и может быть оставлена на холостом ходу только на короткое время, не обходимое для включения резервного питания.
При питании КС линиями от двух независимых источников линия от основного источника должна иметь АПВ однократного действия с выдержкой не более 1 мин, после чего через 4 мин должна действовать система АВР, включающая резервный ис точник.
Поскольку существует возможность перебоев (хотя и крат ковременных) в электроснабжении электродвигателей вспомо гательных механизмов турбин, на газотурбинных КС предусмат риваются автоматические устройства, разгружающие турбины и переводящие их в режим холостого хода на время, необходи мое для включения резервного питания.
При питании потребителей собственных нужд КС одной ли нией 35 кВ с резервированием собственной электростанцией последняя принимает всю нагрузку при исчезновении напряже ния в питающей линии. В этом случае сборные шины 35 и 6 кВ не секционируются. К шинам .6 кВ подключается генератор ре зервной электростанции (рис. 118), который включается авто матически в работу, принимая нагрузку через 1 мин. Потреби тели электроэнергии компрессорного цеха питаются с двух сек ций шин 0,4 кВ.
На электрических станциях для питания КС с газотурбин ным или газомоторным приводом компрессоров, где не имеется линий от энергосистемы, устанавливают два-три генераторных агрегата (в том числе один резервный), состоящих каждый из газового двигателя и синхронного генератора с возбудителем.
Число генераторных агрегатов определяют исходя из того, чтобы номинальная мощность рабочих агрегатов соответство вала 85 % от среднесуточной нагрузки станции. Общее число установленных агрегатов принимают равным числу рабочих аг регатов с добавлением одного резервного. На КС, построенных до 1965 г., распространены агрегаты, состоящие из газового двигателя 6ГЧ36/45 номинальной мощностью 405 кВт, 375 об/мин
282