Электрооборудование нефтяной промышленности

и других переходных процессах. Управление возбуждением ВбС производится от сети собственных нужд буровой установ­ ки с помощью согласующего трансформатора Тр1 и статическо­ го управляемого однофазного выпрямителя с нулевым выводом

ПбС.

Для обеспечения необходимого пускового момента и защи­ ты от перенапряжений вентилей ПбВ и ротора двигателя в схеме предусмотрено пускозащитное устройство ПЗУ. В каче­ стве ПЗУ применен тиристор, подключенный встречно-парал­ лельно одному из вентилей ПбВ. Тиристор открывается под действием отрицательной полуволны э. д. с., наведенной в роторе полем статора двигателя с помощью стабилитронов, включен­ ных в цепь управляющего перехода тиристора. Последователь­ но с тиристором включен разрядный резистор, обеспечивающий быстрое гашение поля ротора и закрытие пускового тиристора по окончании пуска. Так как момент подачи возбуждения мо­ жет оказать существенное влияние только на синхронизации двигателей с большим моментом сопротивления и значительной инерционной электромеханической постоянной времени, то в схеме применено полупроводниковое реле времени РВП, обес­ печивающее подачу возбуждения в конце пуска или после вхождения двигателя в синхронизм. В схеме предусмотрена защита от коротких замыканий во вращающемся преобразова­ теле ЗКЗ. Защита реагирует на пульсации тока возбуждения возбудителя, которые в случае аварии во вращающемся преоб­ разователе достигают значительной величины, вызывает сра­ батывание сигнализации и отключение двигателя. Управление возбуждением возбудителя, а следовательно, и двигателя осу­ ществляется с помощью автоматического регулятора (ЛРВ} по заданному закону. Регулятор выполнен на принципе запо­ минания сигналов тока и напряжения статора в каждый пери­ од напряжения сети. Таким образом, с динамической точки зрения регулятор обладает характеристикой импульсного эле­ мента с периодом квантования 0,02 с, что обеспечивает его высокое быстродействие и малые пульсации выходного сиг­ нала.

В связи с расширением номенклатуры выпуска синхронных двигателей повышенной надежности как по мощности п напря­ жению, так и по климатическому исполнению, в последние го­ ды утвердилась тенденция замены асинхронных и синхронных двигателей типа СДЗ, СДЗБ, СДБ, СДБО-99/42-8, СДБО- 99/49-8ХЛ2 на синхронные двигатели типа СМБО-15-49-8УХЛ2, предназначенные как для нерегулируемого электропривода бу­ ровых насосов, так и для электропривода буровой лебедки. Этот же двигатель может быть использован в генераторном режиме для питания главных и вспомогательных электропри­ водов буровой установки (в случае автономного привода).

Т а б л и ц а 7.(

А синхронны е эл ек тр од ви гател и д л я б у р о вы х н асосов

Синхронная машина СМБО-15-49-8УХЛ2 снабжена бесще­ точной системой возбуждения, встроенной в корпус машины.

Как было показано ранее, регулируемый электропривод буровых насосов обладает более благоприятными характерис­ тиками, чем нерегулируемый. Поэтому во ВНИИЭлектропривод разработан регулируемый электропривод, в котором использо­ ваны асинхронные двигатели (табл. 7.7), включенные по схеме асинхронного вентильного каскада. Эта схема с управляемым инвертором в роторной цепи асинхронного двигателя позво­ ляет осуществить пуск электропривода до скорости, равной половине номинальной, при введенной в цепь ротора макси­ мальной противо-э. д. с. инвертора регулированием выпрямлен­ ного напряжения ротора. Схема реализована в комплектном устройстве ШДГ-6704, которое предназначено для пуска и ре­ гулирования скорости асинхронного электродвигателя АКСБ, мощностью 630, 800 и 1000 кВт для привода буровых насосов. В комплектном устройстве принят индивидуальный регулируе­ мый привод каждого бурового насоса, который обладает боль­ шой надежностью, широким диапазоном регулирования, высо­ кими технико-экономическими показателями.

Электропривод с комплектным устройством ШДГ-6704 пред­ ставляет собой асинхронный вентильный каскад с промежуточ­ ным звеном постоянного тока и комбинированной схемой рео­ статного пуска (рис. 7.19). Такая схема асинхронного вентиль­ ного каскада отличается простотой и надежностью, хорошо

242

пусковой резистор; СИФУ — система импульсно-фазового управления; ДТ — датчик тока; НОСТ — нелинейная обратная связь по току; СКАР — сельсинный командоаппарат

унифицируется по составу оборудования с другими системами тиристорного электропривода, имеет сравнительно небольшое число вентилей. Схема обеспечивает двигательный режим рабо­ ты со скоростью ниже синхронной.

Комплектное устройство позволяет осуществить плавный регулируемый пуск электродвигателя с пусковым моментом, не превышающим номинальный момент двигателя, и регулиро­ вание частоты вращения двигателя вниз от синхронной в диа­ пазоне 1 :2. Комплектное устройство сотоит из четырех шка­ фов: выпрямителя, инвертора с контакторами и шкафа пуско­ вых резисторов, аналогичного шкафу в комплектном устройст­ ве ШД Г-6703.

Таким образом, для буровых установок с приводом перемен­ ного тока разработано пять унифицированных шкафов, с помо­ щью которых могут быть сформированы шесть электроприводов главных механизмов: три электропривода с асинхронными электродвигателями 320, 550, 630 кВт по схеме тиристорный регулятор скольжения для буровой лебедки и три привода с

Рмс. 1M. Пршщшшальная схема вентильного двигателя:

i —ЗАГСОДкатачеекий выключатель; 2—токоограшпивающие реакторы; 3—управляемый шшрппшц 4—инвертор; 5 —синхронный двигатель; 6—тиристорный возбудитель; ТЗ—датчик тешмкенаа ротора; в—тахогенератор; 9 —система управления инвертором; Ш—(агдаашвающий реактор; И—система управления выпрямителем; 12—пульт управдамй®а

двигателями 630, 800, 1000 кВт по схеме асинхронного венти­ льного каскада.

Схема на рис. 7.19 позволяет осуществить длительный плав­ ный пуск электропривода, полностью отвечающий технологиче­ ским требованиям к буровому электроприводу насоса при вос­ становлении циркуляции промывочной жидкости и ликвидации аварий. Схема с управляемым инвертором в роторе наибо­ лее предпочтительна н с точки зрения унификации.

Регулируемый электропривод бурового насоса на базе вен­ тильного двигателя показан на рис. 7.20. Электропривод сос­ тоит из преобразователя частоты со звеном постоянного тока и серийной синхронной машины и обеспечивает плавное и эко­ номичное регулирование в диапазоне свыше 1:20 . Для управ­ ления инвертором используется бесконтактный датчик положе­ ния ротора в сочетании с датчиком напряжения на зажимах машины. Благодаря этому регулировочные свойства электро­ привода аналогичны свойствам электропривода постоянного тока. Выпрямленное напряжение через сглаживающий реактор подается на вход инвертора. Тиристоры инвертора отпираются системой управления в зависимости от сигналов датчика по­ ложения ротора. Ток возбуждения вентильного двигателя регу­ лируется возбудителем в зависимости от нагрузки двигателя.

В буровых установках для бурения скважин глубиной 7— 10 км для электропривода насосов типа У8-7 служат двигате­ ли постоянного тока типа П172-12К (950 кВт, 550 В, 750/900

ш

Т а б л и ц а 7.8

Техн ически е дан ны е электри чески х м аш и н постоян н ого т о к а

об/мин). Каждый из трех двигателей насосов получает питание по системе тиристорный преобразователь — двигатель. Обмотка возбуждения двигателя питается от силового нереверсивного магнитного усилителя. Пуск двигателя осуществляется путем оперативного управления напряжением преобразователя.

Сменой цилиндровых втулок и поршней обеспечивается из­ менение подачи насоса в четыре ступени. При неизменном ди­ аметре втулки частота вращения двигателя и подача насоса изменяются автоматически вследствие нелинейной обратной связи по давлению (или по току двигателя), воздействующей на систему возбуждения двигателя насоса, причем в опреде­ ленном диапазоне мощность поддерживается постоянной. Дан­ ные двигателей постоянного тока для буровых установок* ис­ пользуемых для привода ротора, лебедки и насоса* ппршведшвл

втабл. 7.8.

7.5.Дизель-электрический привод и электрооборудованию вспомогательных механизмов

7.5.1. Дизель-электрический привод

Дизельный привод главных механизмов буровых уепзийййж обладает рядом существенных недостатков. Стрешюш^ ушучьшить характеристики дизельного привода* упросиш» ШйШйгтику и повысить производительность буровых устайкмюйь, у д ­ линить срок службы дизеля и улучшить условия труда

Ш

вых бригад привело к созданию гидравлических и электрома' шинных передач от дизеля к исполнительным механизмам.

Введение гидравлических передач (турботрансформаторов) увеличивает перегрузочную способность привода по моменту, исключает ряд нежелательных явлений при совместной работе дизелей на общую трансмиссию, улучшает условия работы ди­ зелей, в ряде случаев увеличивает скорости подъема инстру­ мента.

Электромашинные передачи постоянного тока дают почти те же результаты и, кроме того, позволяют упростить кинема­ тическую схему установки, улучшить условия труда буровой бригады и унифицировать электрооборудование буровых уста­ новок с питанием от сети и с дизельным приводом. Применение электромашинных передач переменного тока имеет те же цели, а также дает возможность упразднить вспомогательные ди­ зель-электростанции, осуществив питание двигателей вспомо­ гательных механизмов от генераторов электромашинной пере­

в электрифицированных и неэлектрифицированных районах. Однако во всех случаях применение электромашинных, осо­

бенно гидравлических, передач связано с потерями мощности. Кроме того, в ряде случаев может оказаться, что электрома­ шинные передачи усложняют обслуживание привода, увеличи­ вают его массу и снижают надежность. Поэтому применение дизель-электрического или дизель-гидравлического привода вместо чисто дизельного не всегда целесообразно. В каждом отдельном случае нужно сделать соответствующий технико-эко­ номический сопоставительный анализ с учетом конкретных ус­ ловий работы установки: способа и времени проходки скважин, расстояния, на которое нужно перевозить установку; геологи­ ческих условий проходки скважин; квалификации обслуживаю­ щего персонала; наличия электроремонтной базы и пр.

Наибольшее развитие дизель-электрический привод получил в зарубежных буровых установках. Согласно литературным данным, за рубежом определились следующие области эффек­ тивного применения буровых установок с дизель-электрическим приводом:

эксплуатационное и разведочное бурение глубоких и сверх­ глубоких нефтяных и газовых скважин;

246

передвижные и полупередвижные наземные установки {глубина бурения 2000—3500 м);

все виды бурения во внешних и внутренних водоемах (мор­ ские и озерные баржи, плавучие основания, платформы и пр.); бурение на пересеченной местности и в густонаселенных

районах.

В СССР дизель-электрический привод распространен толь­

с полупогружных платформ, с затопляемых оснований, а так­ же с буровых судов, ведущих бурение на плаву. В случае бу­ рения с морских эстакад применяются серийные буровые уста­ новки с электроприводом. Электроснабжение таких установок осуществляется кабельными линиями 35 и 6 кВ, проложенными по эстакадам, а комплект электрооборудования такой же, как

идля установок для бурения на суше.

Вслучае бурения с индивидуальных морских оснований находят применение буровые установки с автономным приво­ дом (чаще всего дизельным). Электродвигатели привода вспо­ могательных механизмов получают питание от дизель-генерато­ ров напряжением 0,4 кВ, расположенных на основании.

Плавучие и полупогружные буровые установки (платфор­ мы, баржи, суда), как правило, снабжаются дизель-электри- ческим приводом переменно-постоянного тока.

На плавучих буровых установках и буровых судах приме­ нен дизель-электрический привод, в котором дизели вращают главные генераторы переменного тока, работающие на общие секционированные главные шины 6 кВ. Генераторы имеют ти­ ристорные возбудители. Вспомогательные генераторы, также вращаемые дизелями, питают шины 0,4 кВ переменного тока, которые через трансформаторы связаны с главными шинами 6 кВ. Большое число выключателей обеспечивают возможность присоединения любого из генераторов к любой секции главных шин.

Электродвигатели буровой лебедки, буровых и цементиро­ вочных насосов и ротора получают питание от реверсивных и нереверсивных тиристорных преобразователей. Таким обра­ зом, привод основных механизмов буровой установки осуще­ ствляется на постоянном токе. Двигатели гребных винтов и

один из главных генераторов. Такая схема пуска позволяет из­ бежать влияния пусковых токов на работу остальной системы привода.

247

Наличие двигателей постоянного и переменного тока при­

шить установленную мощность генераторов переменного тока. Управление главными электроприводами осуществляется в цепях управления тиристорных преобразователей; релейно-кон­ такторная аппаратура используется только для подготовки схемы к работе и обеспечения требуемых защит и блокировок. В зависимости от условий — глубины бурения и глубины мо­ ря — число силовых агрегатов, их мощность, число и мощность

приводных электродвигателей основных и вспомогательных механизмов могут быть различными. Однако техническое ре­ шение, согласно которому для привода основных механизмов применяют двигатели постоянного тока, а для привода вспомо­ гательных механизмов — асинхронные двигатели с короткозам­ кнутым ротором, неизменно как в плавучих буровых установ­ ках типа «Бакы» и «Шельф», так и в буровых установках за­ рубежных фирм.

Применение тиристорных преобразователей переменного тока в постоянный вместо генераторов постоянного тока повы­ шает надежность привода. Следует учитывать еще ряд преиму­

ших моделей. Создается возможность полностью унифициро­ вать конструкцию установок, предназначенных для питания от автономных электростанций и от энергосистем при переводе,

бурения во внешних и внутренних водоемах. Для перемещения опор используются приводные узлы с асинхронными короткозамкнутыми двигателями 18,5 кВт, 1440 об/мин фланцевого ис­ полнения. Двигатель рассчитан на работу при повышенной: влажности с высоким содержанием солей в атмосфере. Для обогрева в двигатель встроены нагревательные элементы. Электродвигатель комплектуется электромагнитным дисковым: тормозом.

Управление электроприводами перемещения опор осущест­ вляется с центрального пульта, питание групп приводов каж­ дой опоры — от отдельного присоединения.

Электромашинная передача переменно-постоянного тока с тиристорными преобразователями и двигателями постоянного^ тока для привода основных механизмов впервые в отечествен­

248

ной практике применена на морской плавучей буровой установ­ ке самоподъемного типа ПБУ-6000/60.

Источником питания буровой является дизель-электростан­ ция с четырьмя синхронными генераторами мощностью по 1000 кВт каждый, работающими на общие сборные шины на­ пряжением 380 В. Для повышения качества напряжения на сборных шинах переменного тока к ним подключены конденса­ торные батареи.

Питание электродвигателей постоянного тока осуществля­ ется от нереверсивных тиристорных преобразователей, к одно­ му преобразователю одновременно можно подключать только один двигатель. Путем переключений на главном распредели­ тельном щите к каждому тиристорному преобразователю мож­ но подключать разные электродвигатели основных механизмов. Для обеспечения всех технологических режимов работы буро­ вой установки предусмотрено четыре тиристорных преобразо­ вателя, из которых при работе двух двигателей лебедки ис­ пользуются два. Возможность оперативного переключения преобразователей на схему резервного питания обусловливает надежное электроснабжение привода буровой лебедки.

Принятая система обеспечивает, кроме того, электроснаб­ жение всего электрооборудования переменного тока, присоеди­

торно-кратковременном режиме работы буровой лебедки, вклю­ чать в работу необходимое число дизель-генераторов в зави­ симости от потребляемой мощности при подъеме бурильной ко­ лонны и тем самым обеспечивать оптимальный режим эксплуа­ тации дизелей.

В приводе подъемной лебедки установлено два электродви­ гателя постоянного тока мощностью по 630 кВт каждый. Учи­ тывая повторно-кратковременный режим работы лебедки при подъеме, коэффициент перегрузки по току в установившемся движении принят равным четырем. Исходя из того, что вес бурильной колонны изменяется в широких пределах, предус­ мотрены однодвигательный и двухдвигательный варианты его работы. Система управления электроприводом лебедки, пост­ роенная по принципу подчиненного регулирования на базе элементов УБСР, предусматривает двухзонное регулирование частоты вращения электродвигателей.

На зарубежных самоходных плавучих буровых установках применяют судовые винты с поворотными и фиксированными лопастями. В первом случае регулирование винта обеспечива­ ется изменением угла наклона лопастей, для привода исполь­ зуются асинхронные двухскоростные двигатели 270/630 кВт, 585/1185 об/мин, 6 кВ, 60 Гц, а для привода стабилизационных винтов — двигатели 175/405 кВт, 580/1180 об/мин.

249