Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности

ным возбудителем. Управление пуском и остановкой двигателя насоса С Д — дистанционное посредством переключателя УП1 со станции управления ПГА 7002—01А1, установленной в на­ сосном блоке; отключение возможно также и с пульта буриль­ щика переключателем УП2. Поворот рукоятки УП1 в правое положение вызывает (при наличии напряжения 6 кВ, контро­ лируемого реле РП2, и замкнутой цепи катушки реле РП2) включение реле РВ и контактора КВ. Контактор КВ замыкает

К трансформатору

Рис. 34. Схема управления синхронным двигателем бурового насоса

цепь обмотки возбуждения ОВВ возбудителя В на его якорь к включает свою катушку на самопитание, а реле РВ замыкает цепь катушки контактора высокого напряжения К.

Этот контактор своими главными контактами подает пита­ ние на обмотку статора двигателя СД, а блок-контактом вклю­ чает свою катушку на самопитание. Начинается асинхронный пуск синхронного двигателя СД; напряжение возбудителя В по мере разгона двигателя нарастает, и, следовательно, нара­ стает его ток возбуждения; при достижении подсинхронной ча­ стоты вращения ротор двигателя под действием входного мо­ мента втягивается в синхронизм. Ток возбуждения двигателя регулируется реостатом ШР, установленным на пульте.

Для повышения устойчивости двигателя насоса при сниже­ ниях напряжения предусмотрено форсирование возбуждения

9Е

двигателя. Контроль за напряжением осуществляется с помо­ щью реле РФ, которое при снижении напряжения на 15 % и более отпускает якорь и закрывает свой контакт в цепи ка­ тушки контактора форсирования КФ. Последний своим замы­ кающим контактом закорачивает часть реостата ШР\ напря­ жение возбудителя поднимается, возрастает ток в обмотке воз­ буждения ОВСД двигателя, а следовательно, увеличивается его максимальный момент.

Форсирование возбуждения синхронных двигателей целесо­ образно также и потому, что оно способствует повышению устойчивости всей энергосистемы, так как при аварийных ре­ жимах перевозбужденные синхронные двигатели, работая как генераторы реактивной энергии, стремятся поддерживать на­ пряжение в сети. После восстановления напряжения сети до номинального значения реле РФ вновь включается и форси­ ровка автоматически снимается.

Для остановки двигателя необходимо повернуть либо руко­ ятку УП1 в левое положение, либо рукоятку УП2 в любое по­ ложение. Это приводит к одновременному разрыву цепей кату­ шек контактора КВ и реле РВ. Контактор КВ разрывает цепь обмотки возбуждения возбудителя, обеспечивая гашение поля двигателя СД. Реле РВ с выдержкой времени около 1,5 с раз­ рывает цепь катушки контактора К и отключает обмоткуста­ тора двигателя СД от сети. Такая последовательность операций при отключении двигателя снижает перенапряжения в обмотке статора и на контактах контактора К при его отключении.

Защита двигателя от перегрузок и от асинхронного режима осуществляется при помощи реле РТ1 и РТ2, которые с вы­ держкой времени закрывают свои контакты в цепи катушки реле РП2, отключающего контактор К. Реле РП1 (его катушка на схеме не показана) своим размыкающим контактом РП1 осуществляет блокировку, при помощи которой цепь управле­ ния двигателем СД отключается, если отсутствует напряжение 6 кВ цепи питания двигателя.

Для контроля за работой привода насоса в схеме предус­ мотрены приборы измерения напряжения и силы тока в цепях статора и обмотки возбуждения (вольтметры VI и V2, ампер­ метры А1 и А2). Чтобы исключить перемагничивание возбуди­ теля при пуске двигателя, в цепь обмотки ОВВ включен диод ВК.

Наличие в описанном приводе бурового насоса электромашинного возбудителя, имеющего щеточный контакт, а также колец и щеток для токоподвода к обмотке возбуждения двига­ теля приводит к снижению надежности привода. Кроме того, двигатели СДЗ, СДЗБ и СДБ не предназначены для работы в условиях холодного климата. Поэтому были разработаны бесщеточные синхронные двигатели типа СДБО-99/42-8 и СДБО- 99/49-8ХЛ2, предназначенные как для привода бурового насоса, так и для привода буровой лебедки (рис. 35).

92

В двигателе применена бесщеточная система возбуждения (рис. 36), которая состоит из синхронного возбудителя ВбС, вращающегося преобразователя ПбВ и устройства бесконтакт­ ного измерения тока ротора и обеспечивает генерацию энергии возбуждения, ее бесконтактный подвод к обмотке ротора и измерение. Устройство управления электродвигателя обеспечи­ вает его пуск и остановку, защиту от перенапряжений при пу­ ске и других переходных процессах. Управление возбуждением ВбС производится от сети собственных нужд буровой установки с помощью согласующего трансформатора Тр1 и статического управляемого однофазного выпрямителя с нулевым выво­ дом ПбС.

Для обеспечения необходимого пускового момента и защиты от перенапряжений вентилей ПбВ и ротора двигателя в схеме предусмотрено пускозащитное устройство ПЗУ. В качестве ПЗУ применен тиристор, подключенный встречно-параллельно одному из вентилей ПбВ. Тиристор открывается под действием

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 синхронизацию двигателей с большим моментом сопротивления и значительной электромеханической постоянной времени, то в схеме приме­ нено полупроводниковое реле времени РВП, обеспечивающее подачу возбуждения в конце пуска или после вхождения дви­ гателя в синхронизм. В схеме предусмотрена защита от корот­ ких замыканий во вращающемся преобразователе КЗЗ. За­ щита реагирует на пульсации тока возбуждения возбудителя, которые в случае аварии во вращающемся преобразователе до­ стигают значительной величины, и вызывает срабатывание сигнализации и отключение двигателя. Управление возбужде­ нием возбудителя, а следовательно, и двигателя осуществля­ ется с помощью автоматического регулятора (АРВ) по задан­ ному закону.

Регулятор выполнен на принципе запоминания сигналов тока н напряжения статора в каждый период напряжения сети. Таким образом, с динамической точки зрения регулятор обла­ дает характеристикой импульсного элемента с периодом кван­ тования 0,02 с, что обеспечивает его высокое быстродействие н малые пульсации выходного сигнала.

Особенностью одновременной работы двух поршневых буро­ вых насосов с синхронным приводом является усиление коле­ баний расхода и давления промывочной жидкости и парамет­ ров сети электроснабжения при совпадении фазы движения кривошипов. Результаты экспериментальных исследований па­ раллельной работы буровых насосов и анализ колебательных

94

процессов показали возможность и целесообразность управле­ ния фазой работы насосов путем регулирования относительного положения роторов приводных синхронных двигателей. Метод управления заключается в переводе ротора одного из двигате­ лей в смежное полюсное деление, в сторону, противоположную направлению вращения, при изменении полярности возбуж­ дения.

Для реализации этого метода в Гипротюменнефтегазе раз­ работан автоматический регулятор параллельной работы буро­

лировать; регулирование фазы работы насосных агрегатов до задан­

ного значения, при котором пульсации параметров мини­ мальны;

нормальный режим работы двигателей при заданном угло­ вом сдвиге кривошипов насосов;

постоянный контроль и при необходимости корректировку фазы работы насосов;

релейную форсировку возбуждения двигателей в процессе управления положением ротора;

необходимую выдержку времени между двумя последова­ тельными циклами изменения полярности возбуждения ведо­ мого двигателя;

отключение регулятора при остановке хотя бы одного на­ соса.

Регулятор выполнен в виде трех взаимосвязанных узлов: индикаторов БИ заданного положения кривошипов, предназна­ ченных для контроля фазы насосных агрегатов; блока форми­ рования сигналов БФС управления, реализующего закон регу­ лирования взаимного положения роторов двигателей; блока контакторов БК, предназначенного для согласования блока

95

формирования сигналов с релейно-контакторными станциями управления двигателей.

На каждом буровом насосе размещаются по одному инди­ катору положения кривошипов, представляющему собой кон­ структивно постоянный магнит, закрепленный на кривошипном валу, и герметизированный магнитоуправляемый контакт (геркон), установленный на корпусе насоса. За один двойной ход насоса индикатор формирует один импульс. Сигналы с обоих индикаторов поступают на вход блока формирования, состоя­ щего из ряда формирователей импульсов различной длитель­ ности. Входные формирователи блока настроены таким обра­ зом, что при достижении кривошипами заданного взаимного по­ ложения формируемые ими импульсы синхронны. Несовпадение во времени импульсов с входных формирователей свидетель­ ствует о несоответствии фазы работы насосов заданному зна­ чению. Частота этих импульсов пропорциональна фазовому углу, а порядок их следования определяет выбор ведомого дви­ гателя. Собственно выбор осуществляется логическими элемен­ тами И — НЕТ, на которых сравнивается фазовый сдвиг сигна­ лов с входных формирователей импульсов с опорными импуль­ сами длительностью, равной половине времени двойного хода насоса.

Все переключения цепей возбуждения двигателей осущест­ вляются контакторами, которые управляются непосредственно блоком формирования. Полярность возбуждения ведомого дви­ гателя с электромашинным возбудителем целесообразно изме­ нять путем изменения полярности возбуждения возбудителей.

Обмотка возбуждения возбудителя ведомого двигателя че­ рез контакты реверсивных контакторов подключается к якорю возбудителя ведущего двигателя (рис. 38). При переключении реверсивных контакторов изменяется направление тока в об­ мотке возбудителя и, следовательно, в обмотке возбуждения ведомого двигателя. При достижении кривошипами насосов за­ данного взаимного положения обмотка возбуждения подключа­

тильного двигателя (рис. 40) состоит из преобразователя ча­ стоты со звеном постоянного тока и серийной синхронной ма­ шины 5 и обеспечивает плавное и экономичное регулирование в диапазоне свыше 1 :20. Для управления инвертором исполь­ зуется бесконтактный датчик положения ротора в сочетании с датчиком напряжения на зажимах машины. Благодаря этому регулировочные свойства электропривода аналогичны свой­ ствам электропривода постоянного тока (выпрямленное напря­ жение через сглаживающий реактор. РФ подается на вход ин­ вертора 4). Тиристоры инвертора отпираются системой управ-

96

Глава 3

ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД БУРОВЫХ УСТАНОВОК И ЭНЕРГЕТИКА БУРЕНИЯ

9. ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Дизельный привод главных механизмов буровых установок обладает рядом существенных недостатков. Стремление улуч­ шить характеристики дизельного привода, упростить кинема­ тику и повысить производительность буровых установок,, уве­ личить срок службы дизеля и улучшить условия труда буровых бригад привело к созданию гидравлических и электромашинных передач от дизеля к исполнительным механизмам.

К. п. д. (в %) различных приводов буровых установок

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 и улучшить условия труда буровой бригады. Применение электромашинных передач переменноготока имеет те же цели, а также дает возможность упразднить вспомогательные дизель-электростанции и обеспечивает наибо­ лее благоприятные условия для унификации буровых установок, предназначенных для работы в электрифицированных и неэлектрифицированных районах. Однако во всех случаях применение электромашинных и особенно гидравлических передач связано с потерями мощности. Кроме того, в ряде случаев может ока­ заться, что электромашинные передачи усложняют обслужива­ ние привода, увеличивают его массу и снижают надежность. Поэтому применение дизель-электрического или дизель-гидрав- лического привода вместо чисто дизельного не всегда целесо­ образно. В каждом отдельном случае нужно сделать соответ­

времени проходки скважин, расстояния, на которое нужно пе­ ревозить установку; геологических условий проходки скважин; квалификации обслуживающего 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:

Рис. 41. Принципиальна* схема дизель-электрического

100