Электрооборудование нефтяной промышленности

Для торможения подъемного вала буровой лебедки 2 в про­ цессе спуска инструмента используется вспомогательный, тор­ моз 3 (гидравлический или электромагнитный). Вспомогатель­ ные механизмы буровой установки — выбросита, кран-балка, водяной насос и др. — оснащают индивидуальным электропри­ водом. Для перемещения и расстановки свечей имеется_автомат спуско-подъема с электроприводами перемещения тележки и стрелы.

Аппаратура управления двигателями лебедки смонтирована в станциях управления 14, двигателями буровых насосов — в станциях 10, а дизель-электростанции, вспомогательных меха^ низмов и автоматического регулятора подачи долота — в стан­ циях 5, 6 и 9. Управляют буровой установкой с пульта буриль­ щика 17.

Внепосредственной близости от буровой установки уста­ навливают распределительное устройство (РУ) 6 кВ 7, в кото­ ром кроме ячеек могут быть установлены также понижающие тр ансфор маторы.

Электрооборудование буровой установки расположено на открытой площадке или в неотапливаемых помещениях времен­ ного типа (укрытиях), климатическое исполнение — У, ХЛ. Ка­ тегории размещения 1 и 2, исполнение по степени защиты (по ГОСТ 14254—80) не ниже: электрические машины IP23; стан­ ции управления и комплектные устройства IP41; пульты управ­ ления электрооборудования IP43.

ВСССР бурение скважин осуществляется вращательным способом, при котором долото приводится во вращение с по­ верхности ротором через колонну бурильных труб или с по­

мощью погружных двигателей, турбобуров или электробуров. В последнем случае комплект буровой установки дополняется понижающим трансформатором и станцией управления электро­ буром.

С точки зрения надежности электроснабжения, согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) электрифици­ рованные буровые установки при бурении на глубину более 3000 м и при бурении в сложных геологических условиях на меньшую глубину, а также буровые установки на море отно­ сятся к потребителям первой категории.

Буровые установки для бурения глубиной до 3000 м в не­ осложненных геологических условиях относятся к потребителям второй категории.

Для питания электрических нагрузок буровых—-установок строят воздушные линии электропередачи напряжением ПО, 35,6(10) кВ и понижающие трансформаторные подстанции 110/35/6, 110/6(10), 35/6(10) кВ с трансформаторами мощно­ стью 6,3; 4 или 2,5 МВ-А (рис. 7.2). От подстанций к буровым строят воздушные линии напряжением 6 кВ. На месторожде-

190

Рис. 7.2. Схема внешнего электро­ снабжения от энергосистемы буровых установок с электроприводом.

подстанции; 4 — шины 6 кВ буровой; 5 — буровая с двусторонним питанием; 6 — бу­ ровые с электроснабжением от внутрипро-

ниях Западной Сибири нашли широкое применение временные кабельные линии электропередачи, выполненные кабелем марок КШНГ-6 или АВПБ-6, которые прокладывают по поверхности земли (болот) в лотках. Отдельные отрезки кабеля соединяют в воздушных кабельных коробках, внутри которых осуществля­ ется «сухая» разделка кондов кабеля.

Схему электроснабжения буровой установки выбирают в за­ висимости от места расположения и мощности источника элек­ троэнергии, а также от типа буровой установки.

Буровые установки с неавтономным приводом основных ме­ ханизмов (БУ-75БрЭ, БУ-2500ЭУ и БУ-4Э-76), предназначенные для работы в электрифицированных районах, получают питание от одной линии напряжением 6 кВ, а буровые установки БУ-5000ЭУ и БУ-6500Э — от двух ЛЭП 6 кВ. Для распределе­ ния электроэнергии на этих установках используют унифициро­ ванные распределительные устройства высокого напряжения типа КРНБ-6М, состоящие из шести ячеек, и (пусковые устрой­ ства ПБГ-6 наружной установки. Для этой же цели служат комплектные распределительные устройства и ячейки типов КРНБ-6У1, ПБ-6У1, КРУБ-У2, УКРУБ-6ХЛ1 и КРУ2МБ-6Э.

Для отдельных буровых установок, имеющих установленную мощность электрооборудования более 3000 кВт, удаленных бо­ лее чем на 5—6 км от источника электроэнергии, целесообраз­ но применять схему глубокого ввода, т. е. подачу напряжения 35 кВ осуществлять непосредственно к буровой установке. При схеме глубокого ввода три буровой установке сооружают трансформаторную подстанцию 35/6 кВ; при этом возможно использование распределительного устройства буровой установ-

19.1

ки в качестве распределительного устройства понизительной подстанции.

Примером передвижной комплектной трансформаторной под­ станции напряжением 35/6 кВ, предназначенной для электро­

2.16). На нефтяных промыслах применяют также двухтрансфор­ маторные подстанции типа ST-7.

Схема распределения электроэнергии на буровой установке приведена на рис. 7.3. От воздушной линии 6 кВ напряжение подводится, как правило, отдельными ответвлениями: к ячейке А§ 1 трансформатора Т1 вспомогательных приводов — непосред­ ственно от линии, к ячейке ввода А® 3 — через установленный на концевой опоре воздушной линии разъединитель. В ячейке Л® 1 установлены разъединитель и предохранители для вклю­ чения и защиты трансформатора Т1 питания электроприводов вспомогательных механизмов установки.

В ячейке М 2 установлены разъединитель, предохранители, измерительный трансформатор напряжения TV, контрольно-из­ мерительная аппаратура и вентильный разрядник FV. Защита трансформатора TV осуществляется предохранителями FU2, а включение — разъединителем.

Благодаря наличию разъединителя перед ячейкой М 3 ввода трансформатор Т1 и измерительные приборы могут получать питание при снятом с остальных ячеек напряжении, что создает удобство для обслуживания распределительного устройства и при ремонтных работах.

В ячейке М 3 установлены разъединитель и масляный или вакуумный выключатель QF ввода, через который подается напряжение на шины ячеек М 4 — М б питания двигателей ос­ новных механизмов. Ячейки М 4 и М 5, служащие для вклю-

192

чения синхронных двигателей M l и М2 буровых насосов, содер­ жат разъединители, а также нереверсивные вакуумные^ контак­ торы напряжением б кВ.

Вячейке М 6, предназначенной для включения приводного двигателя М3 буровой лебедки, установлены разъединитель и два вакуумных контактора напряжением 6 кВ, включенные по реверсивной схеме.

Вотличие от однодвигательного привода лебедки буровой установки БУ-75БрЭ на установках БУ-4Э-76 и БУ-5000ЭУ пре­

дусмотрено по два электродвигателя лебедки, в связи с чем для управления вторым двигателем в комплект электрооборудо­ вания включено пусковое устройство ПБГ-6, по схеме и конст­ рукции идентичное ячейке М 6 распределительного устройства КРНБ-6М. Питание на пусковое устройство подается воздушной перемычкой с ячейки М 6 распределительного устройства.

Распределительные устройства КРНБ-6М. для всех буровых установок с электроприводом идентичны по схеме и различают­ ся только параметрами защитных элементов. Все разъедините­ ли ячеек снабжены заземляющими ножами. Во всех ячейках, за исключением ячейки М 2, и в пусковых устройствах ПБГ-6 установлены трансформаторы тока, предназначенные для пита­ ния катушек реле максимального тока и электроизмерительных приборов.

Реле максимального тока, установленные во вводной ячей­ ке и в ячейках питания электродвигателей, настраивают таким образом, чтобы при перегрузке двигателей отключался соответ­ ствующий контактор, а при коротких замыканиях — выключатель ввода QF. Такая селективность действия защиты обеспечивает предотвращение разрыва токов короткого замыкания контак­ торами.

Технический учет активной и реактивной энергии осуществ­ ляется счетчиками, установленными в ячейках М 1 и М 3.

Поскольку буровая лебедка установки БУ-4Э-76 имеет двух­ двигательный привод, осуществляемый двигателями на напря­ жение 500 В, в этой установке применены понижающие транс­ форматоры, монтируемые на трансформаторной подстанции буровой установки вблизи от РУ 6 кВ. Трансформаторы под­ ключают к ячейке Лг° 6 распределительного устройства КРНБ6М и к пусковому устройству ПБГ-6 вместо приводных двига­ телей лебедки.

Технические данные трансформаторов для буровых устано­ вок приведены в табл. 7.2.

Установки для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения отличаются значительным разнообразием, связанным не только с глубиной бурения (только по этому параметру стандарты различают 11 классов), но и по виду энергоснабже­ ния, условиям транспортировки, степени автоматизации и т. п.

Т а б л и ц а 7.2

Ta — ua t данные трансформаторов для буровых установок

Тнп трансформаторов

Однако с точки зрения оптимальных технических решений и части электропривода многообразие структурных схем буровых установок может быть сведено к ограниченному числу типовых структур, применение которых на установках различных типоисшштений сводится к количественному изменению параметров ншадпьзуемоюо электрооборудования. Такая унифицированная структура для системы электропривода переменного тока в бу­ ровых установках с глубиной бурения до 5000 м£, предназна­ ченной для эксплуатации в электрифицированных районах, представлена на рис. 7.4. Система ориентирована на примене­ ние частично регулируемых электроприводов главных механиз­ мов на базе электродвигателей переменного тока. Например, индивидуальный электропривод ротора при необходимости можно выполнить глубоко регулируемым по системе ТП — Д.

Буровая установка питается от промышленной сети 6 кВ через комплектное высоковольтное распределительное устрой­ ство (КРУ)- Для привода буровой лебедки используют один асинхронный электродвигатель (МЛ) е тиристорным регуля­ тором скольжения, для привода каждого из двух буровых на­ сосов— одни асинхронный электродвигатель (АДО), регулируе­ мый по системе вентильного каскада. Торможение лебедки осу­ ществляют от электромагнитного тормоза индукционного или ферропорошкового типа, причем в последнем случае тормоз

191

•6кВ

Вспомогательные электроприводы

Рис. 7.4. Типовая однолинейная схема электротехнического комплекса буровой установки с электроприводом переменного тока:

ВР — тиристорные возбудители; А — шкаф управления электроприводами вспомогательных механизмов

можно использовать в качестве пассивного регулятора подачи долота на забой. Активный регулятор подачи выполняют по сис­ теме ТП — Д. Вспомогательные электроприводы питаются от силового трансформатора 6/0,4 кВ через шкафы управления электроприводами.

Электротехнические комплексы буровых установок различ­ ных классов отличаются единичной мощностью электроприводов,

числом ячеек КРУ, типом электромагнитного тормоза, наличием активного или пассивного регулятора подачи долота, числом и единичной мощностью вспомогательных электроприводов.

Для бурения на море выпускаются шкафы серии КРУБ, мон­ тируемые в виде комплектного блока, исполнения M l, с об­ щей крышей и коридором обслуживания. Электрическая схема блока обеспечивает ввод электроэнергии от двух ЛЭП 6 кВ и взаимное резервирование ячеек. Питание от каждой линии по­ дается на свою секцию распределительного устройства. При нормальной работе питание подается по обеим линиям, рабо­ тающим раздельно или параллельно. При неисправности одной из линий питание на обе секции подается от другой линии. В этом случае могут включаться в работу любые потребители энергии, но их общая мощность ограничена мощностью одной линии. Для упрощения схемы автоматического включения ре­ зерва (АВР) не предусмотрено, а необходимые переключения осуществляются вручную.

Вслучае неисправности одной из секций распределительного устройства эта секция и соответствующая линия отключаются для проведения ремонта. Установка может работать с частичной производительностью, так как от любой секции можно питать один двигатель лебедки, один двигатель насоса и один транс­ форматор питания вспомогательных механизмов.

Всвязи с ростом мощностей двигателей основных механиз­

мов, а также вследствие перевода нефтепромысловых сетей на напряжение 10 кВ в новых районах бурения питают буровые установки по ЛЭП 10 кВ с трансформаторами на буровой 10/6 кВ.

Двигатели и трансформаторы к ячейкам распределительного устройства присоединяют шланговыми кабёлят^. Аналогично выполняют и соединения между остальными элементами элект­ рооборудования.

Для бурения разведочных скважин, как правило, применя­ ются буровые установки с приводом от дизелей. Однако их эксплуатация требует значительных капитальных и эксплуата­ ционных затрат. Поэтому в связи с выпуском мобильных газо­ турбинных электростанций типа ПАЭС появилась возможность электроснабжения буровых установок от автономных источни­ ков электроэнергии.

Буровые предприятия, расположенные на Крайнем Севере» успешно эксплуатируют газотурбинные электростанции, рабо­ тающие на природном или попутном газе. После сдачи в экс­ плуатацию первых разведочных скважин, пробуренных станка­ ми на дизельном приводе, на промысле устанавливают газотур­ бинные электростанции, причем их число зависит от числа одновременно работающих буровых установок и мощности их электроприводов. В этих электростанциях применены шестипо­

196

люсные синхронные трехфазные генераторы переменного тока 50 Гц, 6300 В. Оборудование ПАЭС размещено в двух фургонах. В первом фургоне находятся газотурбинный двигатель, генера­ тор и блок маслотопливных коммуникаций. Во втором — рас­ пределительное устройство 6 кВ с пятью ячейками, которые имеют трансформаторы собственных нужд, аппаратуру отходя­ щего фидера и ввода, трансформатор напряжения и разрядник, пульт управления и топливной бак.

Значительный рост установленных мощностей исполнитель­ ных механизмов делает этот путь электрификации буровых ра­ бот -мало перспективным. За рубежом проблема решается при­ менением дизель-электрического привода постоянного тока.

Типовая структура электропривода постоянного тока харак­ терна для буровых установок всех классов с централизованным и автономным энергоснабжением. Система ориентирована на применение глубоко регулируемых электроприводов главных механизмов на базе электродвигателей постоянного тока и си­ ловых тиристорных преобразователей.

Типовая структурная схема для централизованного и авто­ номного электроснабжения на базе тиристорного электроприво­ да постоянного тока главных механизмов приведена на рис. 7.5.

Для обеспечения широкой унификации комплектов электро­ оборудования буровых установок при проектировании принята соответствующая стратегия, заключающаяся в выделении объ­ ектов унификации и их классификация по трем уровням.

На первом уровне электрооборудование унифицируется на основе выбора унифицированной системы электроснабжения. Такой подход имеет особое значение, когда по мере освоения разведанных месторождений осуществляются электрификации отдельных районов и перевод электроснабжения буровых уста­ новок с автономного на централизованное.[Буровая установка питается от промышленной сети 6 кВ или группы дизель-гене­ раторов переменного тока, число которых определяется единич­ ной мощностью дизель-генераторов и суммарной единовремен­ ной мощностью исполнительных механизмов при наличии необ­ ходимого резерва. В последние годы получили распространение высоковольтные схемы автономного электроснабжения с гене­ раторами 6 кВ. В этом случае, как и при питании от сети, меж­ ду общими шинами и преобразователем устанавливается пони­ жающий трансформатор. В случае централизованного элект­ роснабжения уровень первичного напряжения не имеет принципиального значения, поскольку может быть легко осу­ ществлен переход на напряжение 10 или 35 кВ.

Мощность дизель-генераторов суммируется на общих шинах распределительного устройства. Здесь же установлены выклю­ чатели для подсоединения тиристорных преобразователей глав­ ных электроприводов и вспомогательных энергопотребителей.

197

J^ n r v . |jorv-w j-^iory^

mm

Р ш а 7 J L Типовая однолинейная схемз ашешгротежнячосввдв жпмишитвса буровой устаиовки с электроприво­

дом постоянного токз*

Я — .Bgwmr. G — гевкрящ р шедшневвого трое» ; ФЮР — ф илт-

■щуатоматаии|ууиш|.№ ytigratanm ; КРУ —ввеооновашьтеое воя-

ш ш еигш ж дмкпир^jnди TIдягА плм пг TTV1— TW4 — J шип и т » шиыииг» ми » .

т и с тржшпфздмва'годш; ТИП—ТШЗ— етшташле ишдаиицршыа iy t -

Набор переключателей или контакторов, обеспечивающих раз­ личные рабочие варианты схемы подключения главных электро­ потребителей к тиристорным преобразователям на стороне по­ стоянного тока, обычно представляет собой отдельное комплект­ ное устройство. Для любого электродвигателя главных приводов система электроснабжения предусматривает наличие резервно­ го тиристорного источника питания.

Конкретные проработки принципиальных схем силовых це­ пей главных электроприводов для установок с автономным и централизованным энергоснабжением проведены во ВНИИэлектроприводе применительно к наземным буровым установкам БУ2500 и БУ6500.

На втором уровне унифицируется элементная база: силовые блоки управления и отдельные узлы комплектных устройств. Унификация на этом уровне охватывает все разрабатываемые комплектные устройства и обеспечивается сформированным ограниченным перечнем комплектующей аппаратуры, позво­ ляющим обеспечить единый подход при проектировании раз­ личных систем электроприводов. Так, во всех комплектных устройствах для управления приводами постоянного и перемен­ ного тока применяется единый унифицированный силовой ти­ ристорный блок, построенный на базе тиристора Т235-800 (дио­ да В-800) 24-го или 28-го класса, а в качестве основного блока управления системы электропривода постоянного тока исполь­ зуются унифицированные блоки регулирования и управления тиристорными преобразователями.

Третий уровень унификации заключается в разработке огра­ ниченного набора шкафов управления, из которых без дополни­ тельного перемонтажа путем простой замены отдельных блоков можно составить комплектные устройства для различных систем электропривода.

Схема унификации электроснабжения, показанная на рис. 7.5, позволяет осуществить переход на централизованное элек­ троснабжение без каких-либо изменений основного комплекта оборудования буровой установки. Однако такое решение связано с некоторой избыточностью электрооборудования.

На рис. 7.6 представлен другой вариант унификации, осно­ ванный на применении низковольтных дизель-генераторов (400 или 690 В). В этом случае установка должна иметь энергети­ ческий блок в двух вариантах: в неэлектрифицированных райо­ нах это набор низковольтных дизель-генераторов, а в электри­ фицированных— трансформаторов, понижающих напряжение сети до необходимого уровня. При этом нет необходимости в неэлектрифицированном районе иметь высоковольтное комп­ лектное распредустройство, сокращаются масса и габариты оборудования, упрощается обслуживание.

199