книги из ГПНТБ / Блантер С.Г. Электрооборудование для нефтяной промышленности учебник

ВВЕДЕНИЕ

За годы, прошедшие со времени Великой Октябрьской революции, наша страна прошла огромный путь в развитии электроэнергетики.

Из страны отсталой, в которой имелись несовершенные, мало­ мощные, работающие раздельно друг от друга электростанции, она превратилась в передовую энергетическую державу.

Построены и находятся в эксплуатации десятки крупных тепло­ вых электростанций мощностью до 2400 тыс. кВт каждая, десятки гидроэлектростанций, среди которых крупнейшая в мире Красно­ ярская мощностью 6 млн. кВт. Созданы энергосистемы, объединя­ ющие электростанции и сети крупных частей страны: Единая энерго­ система европейской части СССР и Урала, объединенная энерго­ система Центральной Сибири и др.

Если в 1913 г. выработка электроэнергии всеми электростан­ циями России составляла 1,9 млрд. кВт-ч, то в 1972 г. электростан­ ции СССР выработали 858 млрд. кВт • ч.

Директивами X X I V съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. предусматривается «...довести производство электроэнергии до 1030—1070 млрд. кило­ ватт-часов» г .

На высоком уровне находится электровооруженность нефтедобы­ вающей промышленности, в которой все основные производственные процессы осуществляются на основе использования электрической энергии.

Нефтяные промыслы СССР в настоящее время полностью электри­ фицированы, что позволило применить удобные, простые и эконо­ мически выгодные двигатели, уменьшить потребление топлива на промыслах, создать совершенный привод рабочих механизмов, поз­ воляющий осуществить комплексную автоматизацию производствен­ ных процессов.

Непрерывно совершенствуется электрооборудование механизмов бурения, погружных насосов для откачки нефти из скважин, насос­ ных для перекачки нефти и водонасосных станций для закачки воды в пласт, промысловых компрессорных и других установок.

Разрабатывается и внедряется регулируемый электропривод, ра­ ботающий с помощью преобразователей тока, построенных на базе новейшей полупроводниковой техники.

Глава 1

ПИТАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

§1. ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ, ТРЕБОВАНИЯ

КУСТРОЙСТВАМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Питание электрической энергией потребителей нефтедобывающей промышленности осуществляется от сетей энергосистем или от соб­ ственных местных электрических станций.

Энергетической системой называется совокупность электростан­ ций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связан­ ных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии.

Часть энергосистемы, содержащая только электрические устрой­ ства — генераторы, распределительные устройства, трансформа­ торные подстанции, линии электрической сети и присоединенные к энергосистеме приемники электроэнергии, называется электри­ ческой системой.

В состав электрических сетей, предназначенных для передачи электроэнергии от места ее производства до мест потребления, входят кабельные и воздушные линии различных напряжений, трансформа­ торные и распределительные подстанции.

Электрические сети различают (рис. 1.1): районные, предназна­ ченные для питания электроэнергией больших районов, связывающие электростанции электросистемы ЭС между собой и с центрами на­ грузок (напряжение 110 кВ и выше); местные — для питания не­ больших районов с радиусом действия до 15—20 км, например про­ мысловые напряжением до 35 кВ включительно.

Линии передачи напряжением 220—750 кВ переменного тока и 800 кВ постоянного тока, связывающие между собой электрические системы, принято называть межсистемными связями.

Потребители электроэнергии нефтедобывающей промышлен­ ности подключаются к районным или местным сетям электро­ системы (рис. 1.1).

Линии местных сетей присоединяются к распределительным устройствам генераторного напряжения электростанций (6—10 кВ)

или распределительным устройствам подстанций напряжением до 35 кВ, называемых центрами питания (ЦП). От ЦП электроэнергия подводится к распределительным пунктам (РП), от которых посту­ пает к электроустановкам потребителей без изменения величины напряжения или к трансформаторным подстанциям (ТП), понижа­ ющим напряжение перед распределением между отдельными потре­ бителями.

Линия передачи, по которой передается электроэнергия от ЦП к РП или подстанции без распределения этой энергии по ее длине, называется питающей, а линия передачи, имеющая несколько мест отбора энергии по длине (несколько ТП или вводов к потребителям), называется распределительной.

Подст 110 кВ РП РП

Рис. 1.1. Районная и местные электрические сети энергетической системы.

Сети напряжением до 1000 В, прокладываемые непосредственно на территории (и в зданиях) потребителей, также подразделяют на питающие, отходящие от источника питания (подстанции) к груп­ повому распределительному пункту, и на распределительные, не­ посредственно питающие электроприемники. Электростанции энерго­ систем подразделяются на тепловые и гидроэлектрические. Тепловые электростанции вырабатывают электроэнергию за счет тепла, полу­ чаемого при сжигании топлива или при ядерных реакциях (атом­ ные).

Гидростанции вырабатывают электроэнергию за счет использо­ вания энергии водных потоков на реках. Существуют станции, работающие за счет энергии морских приливов (приливные).

Основным типом мощных тепловых станций энергосистем яв­ ляются паротурбинные, которые разделяются на конденсационные и теплофикационные станции (ТЭЦ).

Конденсационные электростанции работают на каменном угле, торфе, нефти, природном газе. Получаемый в результате сжигания топлива пар проходит через все ступени турбины и поступает в кон­ денсатор, где охлаждается проточной циркуляционной водой. Обра-

зованная в результате конденсации пара вода перекачивается в пита­ тельный бак, откуда после подогрева поступает в котел.

Около 26—30% энергии, выделяющейся при сжигании топлива, превращается в электрическую.

В теплофикационных станциях от промежуточных ступеней тур­ бины отводится часть пара для снабжения близлежащих предприятий и жилых массивов теплом. Часть отводимого пара используется непосредственно на производстве, другая часть — для подогрева воды, идущей в теплофикационную сеть. Ввиду уменьшения потерь на конденсацию получаемая от станции энергия, идущая на тепло­ фикацию и в электрическую сеть, здесь составляет около 60—70% энергии сжигаемого топлива. Мощность тепловых паротурбинных станций доходит до 2,4 млн. кВт.

Современные атомные станции работают на основе использования тепла, выделяемого в атомном реакторе в результате деления ядер урана под действием нейтронной бомбардировки, для получения пара, приводящего в действие паровые турбины, вращающие электри­ ческие генераторы. В Советском Союзе работают атомные станции мощностью в сотни тысяч киловатт.

Гидростанции на реках, использующие энергию массы воды, падающей с высоты, разделяются на деривационные и плотинные. В первых при относительно небольшом расходе воды за счет большой высоты падения может быть получена достаточно большая мощность (десятки тысяч киловатт). Деривационные станции имеются на гор­ ных реках (Кавказ, Алтай, Средняя Азия). Вода в них после плотины отводится к турбинам через водоводы в виде туннелей или трубо­ проводов. Более важную роль в энергетическом балансе страны играют плотинные гидростанции, мощность которых достигает 6 млн. кВт (Красноярская ГЭС). В плотинных ГЭС используется напор воды, создаваемый между нижним и верхним бьефами при помощи плотины. Большая мощность здесь получается за счет боль­ шого расхода воды при ее напоре, намного меньшем, чем в дерива­ ционных станциях.

Местные стационарные электростанции, обслуживающие пред­ приятия, расположенные в районах, где отсутствуют сети энерго­ систем или передвижные электростанции, питающие энергией стро­ ительные объекты, имеют сравнительно небольшую мощность: де­ сятки, сотни или тысячи киловатт. В качестве первичных двигателей здесь применяются дизели, газовые турбины, газовые поршневые двигатели, бензиновые автомобильные двигатели. Иногда приме­ няются собственные ТЭЦ (например, на Сахалинских промыслах).

Часто при освоении новых нефтяных и газовых месторождений, расположенных далеко от сетей энергосистем, при разведочных работах и в начальный период эксплуатации для временного электро­ снабжения применяются местные дизельные и газотурбинные элек­ тростанции мощностью порядка нескольких тысяч киловатт, энерго­ поезда с тепловыми электростанциями, которые после сооружения сетей энергосистемы перевозят в другое место.

На рис. 1.2 представлен вариант схемы электроснабжения потре­ бителей нефтяных и газовых промыслов при питании от энерго­ системы. От районной электрической сети энергосистемы при помощи линий 110 кВ получает питание ЦП. От последнего электроэнергия при напряжении 35 кВ подается на промысловые подстанции 35/6 кВ.

1/Окв

тели насосов внешней перекачки нефти; 2 — двигатели компрессоров; з — двигатель индиви­

При напряжении 6 кВ энергия подается к буровым установкам, компрессорным станциям, насосным перекачки нефти, водяным насосным системы поддержания пластового давления, трансформа­ торным подстанциям 6/0,4 кВ, питающим электрооборудование сква­ жин насосной эксплуатации.

На буровых установках напряжение питания основных двига­ телей (ротора, лебедки, буровых насосов) 6 кВ, а двигатели вспомо­ гательных механизмов питаются при напряжении 0,38 кВ через понижающие трансформаторы 6/0,4 кВ. На некоторых буровых установках двигатели ротора и лебедки получают электроэнергию при напряжении 500 В от бурового трансформатора 6/0,5 кВ.

Двигатели станков-качалок и установки погружных центробеж­ ных электронасосов получают питание напряжением 380 В от уста-

навливаемых на скважинах понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ или (на промыслах, обустроенных 3—5 лет назад и ранее) от про­ мысловых подстанций 6/0,4 кВ, от которых питаются и другие по­ требители с двигателями мощностью, не превышающей 150 кВт (насосы артскважин, внутрипромысловая перекачка нефти и др.). В последнее время все более начинает внедряться система глубокого ввода, при которой более высокое напряжение подводится непосред­ ственно к узлам потребителей. В частности, на буровые установки при этом непосредственно заводятся линии электропередачи 35 кВ или 110 кВ.

По степени необходимой бесперебойности электроснабжения элек­ троприемники согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) делятся на три категории — первую, вторую, третью, начиная с наиболее ответственных.

П е р в а я к а т е г о р и я — электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб, связанный с повреждением оборудования, массовым браком продукции или длительным рас­ стройством технологического процесса (компрессорные станции для закачки газа или воздуха в нефтяные скважины; насосные пожарного водоснабжения, центрального водоснабжения; глубиннонасосные установки нефтеносных районов с осложненными условиями экс­ плуатации; буровые при бурении на глубину более 3000 м и при бурении в сложных геологических условиях на меньшую глубину, буровые установки на море, электроснабжение промысла в целом).

В т о р а я к а т е г о р и я — электроприемники, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском про­ дукции, простоем работников, механизмов и промышленного транс­ порта (глубиннонасосные установки, прекращение работы которых не приводит к осложнениям в дальнейшей их эксплуатации, а вызы­ вает прекращение подачи нефти лишь на время перерыва в электро­ снабжении; буровые глубиной до 3000 м с проходкой скважин в неосложненных геологических условиях, насосные, не отнесенные к первой категории, ремонтные заводы, крупные ремонтные мастер­ ские).

Т р е т ь я к а т е г о р и я — все остальные электроприемники, не подходящие под определения первой и второй категорий, напри­ мер приемники вспомогательных цехов, цехов несерийного произ­ водства и т. п. (мелкие мастерские, гаражи, вспомогательные цехи, склады, жилпоселки, дома обходчиков и другие линейные сооруже­ ния нефте- и газопроводов).

Установки первой категории должны получать питание от двух независимых источников электроэнергии с автоматическим резер­ вированием. При этом независимым источником считается такой, который может обеспечить питание рассматриваемых потребителей при исчезновении напряжения на других источниках. •

Питание нагрузок первой категории при любой аварии или ремонтных работах не должно прерываться или должно быть немед-