книги / Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности

рассматриваются в гл. И. Особое место занимают водяные на­ сосные станции, располагаемые в районе промыслов, для за­ качки воды в пласт с целью поддержания пластового давления.

Водяные насосные установки на промыслах широко применя­ ются, для производственного и бытового водоснабжения, в част­ ности для питания водой буровых установок, охлаждения комп­ рессоров и т. п. Большая часть компрессорных установок и почти все насосные установки нефтяных и газовых промыслов снабжаются электроприводом.

На промыслах используют специальные электрические уста­ новки по обезвоживанию и обессоливанию нефти, работающие на основе воздействия электрического поля на водонефтяные эмульсии.

§ 54. Электрооборудование промысловых компрессорных установок

На нефте-газопромысловых компрессорных установках при­ меняют преимущественно поршневые компрессоры. В восточных районах СССР наряду с поршневыми компрессорами применяют ротационные и центробежные.

Поршневые компрессоры для сбора и перекачки нефтяного газа имеют подачу 0,2—0,4 м3/с при рабочем давлении 0,4— 5,0 МПа; потребляемая ими мощность 160—180 кВт.

Поршневые компрессоры, применяемые для повышения дав­ ления воздуха или газа, закачиваемого в пласт, с подачей 0,6— 0,9 м3/с создают давление на выходе 10—65 МПа и снабжа­ ются приводными двигателями мощностью 200—220 кВт.

Отмеченные поршневые компрессоры имеют вертикальное расположение цилиндров. Частота вращения, их приводных ва­ лов 365 об/мин, механическое соединение последних с валом электродвигателя осуществляется при помощи клиноременной передачи. Это позволяет применять электродвигатели с большей частотой вращения, чем у вала компрессора.

В системах транспорта газа на промыслах применяют цент­ робежные компрессоры с подачей 1,5—8,3 м3/с с давлением на выходе 0,68—5,7 МПа с двигателями на 3000 об/мин, приводя­ щими в движение компрессоры через повышающие редукторы.

При нормальном пуске компрессора в ход его клапаны от­ крыты, и приводной электродвигатель может успешно завершать пуск при моменте на его валу, не превышающем 0,4—0,5 номи­ нального. Тем не менее при определении пускового момента дви­ гателя исходят из того, что момент не должен быть меньше номинального. Это определяется тем, что в случае кратковре­ менного исчезновения или резкого снижения напряжения в пи­ тающей сети с последующим восстановлением нормального пи­ тания двигатель будет разгоняться при нагруженном компрес­ соре.

331

Номинальная мощность электродвигателя для привода ком­ прессора обычно задается заводом-изготовителем. В тех случаях, когда такие данные отсутствуют или необходимо их определить по другим причинам, мощность (в кВт) двигателя может быть приближенно найдена по формуле

тропы (для воздуха примерно 1,35; для нефтяного газа при­

компрессора, отнесенная к давлению и температуре на входе, м3/'с; /Са — коэффициент запаса, принимаемый равным 1,1—1,2, учитывающий отклонения режима работы компрессора от рас­ четного, снижение напряжения в сети, питающей двигатель, и др. Обычно компрессор охлаждается водой, но практически не все тепло, выделяемое при сжатии агента — газа или воз­ духа, уносится с водой, а часть его идет на повышение тем­ пературы агента. Таким образом, процесс сжатия не удается сделать изотермическим, наиболее экономичным; он протекает по политропическому циклу. Это обстоятельство и учтено в фор­

муле (9.1) введением 11„Нд.

Газовые компрессорные станции на промыслах являются взрывоопасными установками. Помещения этих станций относят

кклассу В-1а.

Втех установках, где мощности двигателей не превышают 150—200 кВт и напряжение питания установок до 1000 В, це­

лесообразно применять асинхронные короткозамкнутые двига­ тели во взрывонепроннцаемом исполнении, например ВАО (ВА02), выпускаемые для мощностей 132—315 кВт на 600— 3000 об/мин, и синхронные в исполнении, продуваемом под из­ быточным давлением, например БСДКП 15—21—12 УЗ на 200 кВт, 500 об/мин.

Чаще всего на промысловых компрессорных установках

споршневыми компрессорами используются двигатели на на­ пряжение 6 кВ мощностью 160—220 кВт. Здесь наибольшее рас­ пространение получили электродвигатели в исполнении, проду­ ваемом под избыточным давлением. По условиям пуска здесь

суспехом могут применяться как асинхронные короткозамкну­ тые, так и синхронные двигатели. Последние обладают извест­ ными преимуществами в отношении КПД, коэффициента мощ­

332

ности и большей стабильности вращающего момента при сни­ жениях напряжения, поэтому им следует отдавать предпочтение.

Из выпускаемых в настоящее время синхронных машин в та­ ком исполнении для компрессорных станций могут быть приме­ нены электродвигатели серии СДКП (см. § 30).

Для привода центробежных газовых компрессоров в настоя­ щее время применяются синхронные двигатели на 6 и 10 кВ, 3000 об/мин, в частности, серии СТДП с бесщеточной системой возбуждения.

На компрессорных станциях для газлифтной эксплуатации скважин, сооруженных 10 лет назад и более, распространенных в Азербайджане, применены двигатели на 6 кВ с синхронной частотой вращения 750 об/мин: асинхронные, продуваемые под избыточным давлением, мощностью 200 кВт с прямым пуском при полном напряжении сети и синхронные — открытого типа с машинным возбудителем в защищенном исполнении и асин­ хронным пуском при полном напряжении сети.

Такие синхронные двигатели устанавливают вне помещения компрессоров, а вал двигателя через проем в стене, снабжен­ ный сальниковым уплотнением, выводится в это помещение.

Компрессорные станции для сбора газа на нефтяных про­ мыслах восточных районов тоже в большинстве случаев были оборудованы асинхронными электродвигателями серии ДАМСО, где вал двигателя соединен с валом ротационного компрессора через редуктор. Но в последние годы асинхронные двигатели были заменены здесь синхронными. Новые станции оборудуются синхронным электроприводом.

Компрессорные станции, на которых повышают давление воз­ духа, относятся к невзрывоопасным установкам и здесь приме­ няются электродвигатели и прочее электрооборудование нор­ мального (невзрывозащищенного) исполнения,.

Промысловые компрессорные станции для закачки газа или воздуха в пласт, где устанавливают до 16 компрессоров, явля­ ются весьма энергоемкими потребителями. Они относятся к 1-й категории надежности электроснабжения. Это определяется тем, что даже при кратковременном прекращении их работы и вы­ званном этим снижении давления рабочего агента в линиях, подающих последний в скважины, нарушается технологический режим работы скважин. Особенно тяжелые последствия имеет перерыв в подаче рабочего агента для скважин, где жидкость содержит значительное количество песка. Здесь для восстанов­ ления, нормального режима извлечения жидкости на поверх­ ность может потребоваться ремонт скважины и, следовательно, длительный перерыв в ее работе.

Компрессорные станции, предназначенные для подачи газа потребителям 1-й категории, например электростанциям, тоже относятся к 1-й категории надежности. Для питания электро­ энергией электрооборудования компрессорных станций при

333

напряжении 6 кВ непосредственно при компрессорной сооружа­ ется трансформаторная подстанция, 35/6 или 110/6 кВ. В тех случаях, когда к компрессорной может быть подведено питание при напряжении 6 кВ от какой-либо промысловой подстанции, сооружается только распределительное устройство.

На рис. 9.1 показана принципиальная схема питания электро­ оборудования, компрессорной станции. Выключатели линий, пи­ тающих двигатели, в распределительном устройстве 6 кВ снаб-

Рнс. 9.1. Схема питания электрооборудования компрессорной станции

жены дистанционным управлением из помещения, где установ­ лены двигатели компрессоров. РУ 6 кВ питается двумя ли­ ниями. Питающие вводы 6 кВ присоединены к двум секциям шин, оборудованным шиносоединительным выключателем. При отключении одной из питающих линий этот выключатель соеди­ няет обе секции шин, переводя питание всех потребителей на линию, оставшуюся в работе. Кроме линий, подводящих энергию к каждому двигателю, в распределительном устройстве преду­ смотрены две линии для трансформаторов 6/0,4 кВ, предназна­ ченных для питания вспомогательных устройств компрессорной станции: двигателей насосов охлаждения, системы вентиляции, электрического освещения, цепей управления и сигнализации и т. д.

Так как в результате выхода из строя насоса или системы вентиляции главных двигателей компрессоров прекращается ра­

334

бота компрессоров, надежность питания вспомогательных уст­ ройств должна быть такой же, как и надежность питания главных двигателей. Поэтому предусмотрены два трансформа­ тора 6/04 кВ, две секции сборных шин 0,4 кВ с шиносоедини­ тельным автоматом, обеспечивающим автоматический перевод питания всех потребителей на оставшийся в работе трансформа­ тор в случае отключения одного из них.

На рис. 9.2 представлен вариант схемы управления и защиты асинхронного электродвигателя на 6 кВ привода компрессора с силовым выключателем 6 кВ, снабженным пружинным приво­ дом ПП-61. В схеме используется оперативный переменный ток.

Рис. 9.2. Вариант схемы управления и защиты асинхронного двигателя при­ вода компрессора

Защита двигателя от коротких замыканий и перегрузок осу­ ществляется с помощью токового реле РМ с ограниченно-зави­ симой характеристикой, подключенного к трансформаторам тока ТТ1 и ТТ2 и встроенного в привод силового выключателя. Предусмотрено отключение двигателя при исчезновении или резком снижении напряжения, осуществляемое при помощи реле минимального напряжения PH, также встроенного в при­ вод выключателя.

Для оперативного пуска двигателя компрессора в ход нажи­ мается кнопка «Пуск», что приводит к возбуждению катушки ди­ станционного включения КВ через замкнутый вспомогательный контакт вала выключателя ЛВ и замкнутый при заведенных пружинах контакт КГП. Отключение двигателя осуществляется нажатием кнопки «Стоп», что приводит к включению катушки дистанционного отключения КО через замкнутый вспомога­ тельный контакт ЛВ. Заводящее устройство привода ДП при помощи путевого выключателя ВК автоматически включается в момент срабатывания включающих пружин и автоматически отключается после их завода.

335

Здесь предусматривается, возможность автоматического по­ вторного включения выключателя после его отключения в ре­ зультате срабатывания реле PH. Для подготовки к работе си­ стемы АПВ включается выключатель В. Действие АПВ осно­ вано на том, что во время отключения выключателя ЛВ проскальзывающий контакт его вала (ЛВ в цепи, содержащей В) дает импульс на катушку включения КВ. Это происходит только после отключения от защиты, при котором контакт БКА

От трансформатора

Рис. 9.3. Схема управления и защиты синхронного электродвигателя 6 кВ привода компрессора

замкнут. Этот контакт связан с валом привода выключателя и замыкается при повороте последнего на включение.

Обратное движение (размыкание) БКА осуществляется пру­ жиной, срабатывающей при ручном и дистанционном отключе­ нии выключателя. Если же отключение произошло от реле за­ щиты, то контакт БКА не размыкается.

При действии реле РМ система АПВ не срабатывает, так как цепь питания катушки КВ разрывается контактом PC.

На рис. 9.3 представлен вариант принципиальной схемы уп­ равления и защиты синхронного электродвигателя компрессора, пускаемого в ход при включении статора на полное напряжение сети, снабженного машинным возбудителем, глухо подключен­ ным к ротору двигателя. Эта схема рассчитана на использова­ ние электромагнитного привода для силового выключателя.

336

В ней содержатся элементы, обеспечивающие форсировку возбуждения и автоматическое повторное включение. Здесь АПВ осуществляется за счет действия релейной схемы.

При повороте универсального переключателя, УП в первое правое положение через его контакты 3—3 возбуждается ка­ тушка контактора КТВ и контакты КТВ включают на питание включающий электромагнит ЭВ привода выключателя ЛВ. По­ лучает питание статор Д и двигатель запускается в асинхрон­ ном режиме.

При повороте переключателя УП в левое положение его кон­ тактами 1— 1 замыкается цепь питания отключающего электро­ магнита ЭО привода, и выключатель отключает статорную цепь двигателя. Контакты УП возвращаются автоматически в нуле­ вое положение как из первого правого, так и из первого левого положения, размыкая свои контакты. Защита от сверхтоков осуществляется с помощью реле 77 и Т2 с ограниченно-зависи­ мой характеристикой, а защита от замыканий на землю при токах на землю, превышающих 10 А,— токовым реле ТЗ, вклю­ ченным через трансформатор тока нулевой последовательности.

Предусмотрено также отключение при исчезновении напря­ жения питания, для чего в цепь 100 В трансформатора напря­ жения включено реле минимального напряжения РНВ, которое через реле времени РВ2 действует на отключающий электромаг­ нит выключателя ЛВ. Указание на то, какая защита срабо­ тала, дают сигнальные реле PCI, РС2, РСЗ.

Форсировка возбуждения срабатывает при снижении напря­ жения в питающей сети более чем на 15 % от номинального. В этом случае замыкается контакт реле РФ, возбуждается ка­ тушка контактора форсировки КФ, который своим контактом КФ шунтирует реостат в цепи обмотки возбуждения возбуди­ теля ОВВ.

Напряжение возбудителя и ток возбуждения синхронного двигателя возрастают до наибольшего допустимого значения.

Для подготовки к работе схемы АПВ переключатель УП ставится во второе правое положение и его контакт 2—2, остаю­ щийся после возврата рукоятки в нулевом положении, замы­ кает цепь катушки реле времени PBL Последняя возбуждается при замыкании контакта ЛВ после отключения силового вы­ ключателя. Далее реле РВ1 с установленной выдержкой вре­ мени замыкает свой контакт в цепи катушки реле РП1, кото­ рое возбуждается, самоблокируется и своими контактами воз­ действует на привод выключателя.

На рис. 9.4 представлен вариант схемы управления и защиты синхронного электродвигателя (БСДКП) на 380 В привода ком­ прессора. Двигатель снабжен бесщеточной системой возбужде­ ния и пускается в ход при полном напряжении сети.

Для пуска в ход включается на питание катушка контак­ тора КЛ с помощью кнопки «пуск».

337

Система возбуждения содержит блок управления БЛУ, бес­ щеточный возбудитель — обращенный трехфазный синхронный генератор ВБС, вращающийся диодный преобразователь ПБВ, тиристорный ключ ТК, выпрямитель ПБС, питающий обмотку возбуждения генератора ВБС, трансформаторы Тр1 и Тр2.

В пусковых режимах обмотка возбуждения двигателя Д(ОВД) и вентили преобразователя ПБВ шунтируются тири­ сторным ключом ТК, состоящим из тиристора и стабилитронной цепочки. Это обеспечивает защиту ОВД и ПБВ от перена-

380В

Psre. 9.4. Схема управления п защиты синхронного двигателя БСДКП с бесщетошым возбуждением

пряжений и получение достаточного вращающего момента. Дви­ гатель Д разгоняется в асинхронном режиме при отсутствии тока возбуждения. После включения контактора КЛ его замы­

кающий контакт запускает электронное реле времени РВ. Че­ рез установленное время (установка реле времени от ОД до 2,8 с) реле РВ запускает систему ФИУ, вырабатывающую им­ пульсы на открытие тиристоров выпрямителя ПБС, подается ток возбуждения в обмотку ВБС, появляется выпрямленныйток

в обмотке возбуждения двигателя Д, который втягивается в син­

хронизм.

Кроме автоматической подачи возбуждения двигателя Д по окончании пуска система возбуждения обеспечивает:

стабилизацию заданной силы тока возбуждения при измене­ нии напряжения сети в пределах (0,8—1Д) Um (параметриче­ ский регулятор возбуждения РгВ);

ш

Чтобы обеспечить выполнение этого условия часть двигате­ лей при исчезновении или резком снижении напряжения отклю­ чается, а затем автоматически включается системой АПВ. Самозапуск осуществляется для оставшихся включенными осталь­ ных двигателей. При самозапуске двигатель работает в двух режимах: выбега (после снижения или снятия напряжения) и пуска (после восстановления напряжения).

Режим пуска начинается не при скольжении 5 = 1, а при не­ котором меньшем значении скольжения 5Шкоторое зависит от длительности выбега и характеристик системы двигатель-комп­ рессор. В процессе самозапуска сопротивление двигателя оп­ ределяется в зависимости от величины 5П, а не режимом корот­ кого замыкания, которому соответствует обычный пуск, начи­ нающийся с 5=1. Величина этого сопротивления определяет ток и напряжение на зажимах двигателя, которые являются критерием возможности самозапуска.

Например, для асинхронного двигателя, нагруженного меха­

сор, равной 5 с). Для рассматриваемых компрессорных станций самозапуск асинхронных двигателей может обеспечиваться при длительности глубокого снижения или полного снятия напря­ жения, не превышающей 1,5 с.

Электродвигатели компрессорной станции для закачки рабо­ чего агента в скважины при числе агрегатов 10—16 разби­ ваются на три группы с приблизительно одинаковым числом их в каждой группе. Каждый двигатель снабжен защитой от сверх­ токов, обусловленных короткими замыканиями, и от сверхтоков перегрузки, появляющихся при самозапуске, осуществляемой с помощью токовых реле с ограниченно-зависимой характери­ стикой. Защита от перегрузки действует на отключение двига­ телей при токах, в 3—4 раза превышающих номинальный ток двигателя 7П, и с разными выдержками времени для каждой из трех групп двигателей: 3 с для первой группы, 5—6 с — для второй и 8—10 с — для третьей. Двигатели всех трех групп ос­ таются подключенными к сети при глубоком снижении или ис­ чезновении напряжения. После восстановления напряжения на­ чинают разгоняться все двигатели. В том случае, если за 3 с электродвигатели первой группы не успеют разогнаться так, чтобы пусковой ток их стал меньше (3—4) / н, они будут от­ ключены токовой защитой. Это приведет к снижению общего тока, поступающего к двигателям компрессорной станции, уменьшению потерь напряжения в питающей сети, увеличению напряжения на оставшихся подключенными двигателях и соз­ данию благоприятных условий для их разгона. Если в тече­

340