Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности

режиме работы при возникновении аварийных ситуаций (об­ рыв фазы, обрыв ремней, перегрузка, неисправность насоса, по­ вышение или понижение давления жидкости в выкидном трубо­ проводе за заданные пределы); автоматическая блокировка защиты в переходном режиме для восстановления установивше­ гося режима; защитное отключение двигателя в переходном ре­ жиме работы станка-качалки при возникновении аварийных си­ туаций (максимальная перегрузка, обрыв полированного штока, заклинивание редуктора или плунжера насоса, обрыв ремней, повышение или понижение давления жидкости в выкидном трубопроводе за заданные пределы); запоминание аварийного отключения станка-качалки и запрет повторного включения без съема аварийного сигнала вручную.

В дистанционном режиме работы двигателя включаются и отключаются с командного пункта системы телемеханики, фор­ мируются релейные сигналы подтверждения пуска станка-ка­ чалки и аварийного отключения в систему телемеханики. В программном режиме осуществляются включение и отключе­ ние двигателя в соответствии с заданной программой. В этих двух режимах обеспечиваются также перечисленные выше функ­ ции защит и блокировок, а в дистанционном режиме — еще и самозапуск.

Во всех режимах работы предусмотрена возможность инди­ кации активной мощности, потребляемой двигателем, для конт­ роля степени уравновешенности станка-качалки, а также присо­ единения внешних устройств мощностью до 30 кВт к сети пере­ менного тока напряжением 380/220 В.

Структурная схема блока БУС-ЗМ (рис. 72) содержит сило­ вую часть 1, блоки управления 2, защиты 3 и питания 4. Сило­ вая часть состоит из устройства управления двигателем УУД (магнитный пускатель МП и кнопки управления), переключа­ теля режимов работы ПРР, трансформаторов тока ТТ и авто­ матического выключателя А, обеспечивающего защиту от токов короткого замыкания. В блоке управления 2 задаются сигналы времени задержки самозапуска и съема блокировки, времен ра­ боты и остановки; формируются сигналы на включение и от­ ключение двигателя Д, а также сигналы блокировки защиты. Эти сигналы поступают на имеющийся в блоке 2 усилитель мощности сигналов управления, от которого релейный сигнал подается на устройство управления двигателем УУД, включая или отключая двигатель Д. Усилитель мощности сигналов уп­ равления воспринимает также команды «Пуск» и «Стоп» с ко­ мандного пункта системы телемеханики 5. В состав блока за­ щиты 3 входят аналоговый преобразователь мощности АПМ и цифровой анализатор мощности ЦАМ.

В аналоговом преобразователе мощности АПМ из сигналов тока и напряжения сети, получаемых с трансформатора тока ТТ

171

цикла работы станка-качалки, путем выделения огибающей сиг­ нала мгновенной мощности. Цифровой анализатор мощности ЦАМ обеспечивает контроль отклонения активной мощности в течение каждого цикла станка-качалки, измеренного в нор­ мальном режиме его работы, и формирует сигнал аварийного отключения двигателя Д с выдержкой времени при изменениях мощности за пределы установки при перегрузке двигателя Д.

Рис. 72. Структурная схема блока БУС-ЗМ

Сигналы с ЦАМ после обработки в блоке защиты 3 преобра­ зовываются в релейные сигналы, поступающие в блок управле­ ния 2 и в систему телемеханики 5 (в случае необходимости отключать двигатель). Если же соблюдается нормальный ре­ жим работы, то сигналы на выходе блока защиты 3 отсутст­ вуют. Кроме перечисленных сигналов на вход блока защиты по­ ступает сигнал с первичного преобразователя 6 давления в трубопроводе. В схеме предусмотрено подтверждение пуска двигателя, которое передается с устройства управления двига­ телем УУД на командный пункт 5 системы телемеханики. Све­ товая индикация аварийного отключения, блокировки отключе­ ния и масштаба активной мощности осуществляется светодио­ дами.

Все блоки станции БУС-ЗМ построены на полупроводнико­ вых элементах.

172

Рис. 74. Гидрозащита:

а — протектор; б,— схема защиты Г; в — компенсатор Г 51.020

ций), разделенных короткими пакетами 8 из немагнитного ма­ териала. Двухполюсная обмотка статора 3 выполнена общей для всех его секций. Ротор 7 также состоит из отдельных сек­ ций с длиной каждой секции, отвечающей магнитному пакету статора. Каждая секция ротора создает свою короткозамкну­ тую электрическую цепь (беличье колесо), не связанную с це­ пями других секций ротора, сидящих на общем валу. Между секциями ротора установлены промежуточные подшипники качения 1, опирающиеся на немагнитные пакеты 8 статора, предотвращающие касание ротора о статор, которое было бы неминуемым при длинном роторе и малых воздушных за­ зорах, не превышающих у этих машин 0,4 мм.

Ротор закрепляется в верхней части двигателя — подвешива­ ется на верхнем подпятнике — радиально-упорном подшипнике 6. Корпус двигателя заканчивается в верхней части головкой 5, которая закрывает лобовые части обмотки, содержит узел вы­ вода статорной обмотки 4 и обеспечивает присоединение про­ тектора. Нижние лобовые части обмотки закрываются основа­ нием двигателя 12, в котором размещаются масляный фильтр 11 и клапан 13.

Внутренняя полость двигателя заполнена маловязким мас­ лом, которое циркулирует внутри машины под действием турбинки 10, насаженной на вал ротора. Оно проходит по отвер­ стию внутри вала двигателя, по каналам между корпусом и внешней поверхностью статорных пакетов, попадает в фильтр 11. Благодаря циркуляции масла достигается более интенсивное охлаждение электродвигателя с выравниванием температур наиболее нагретых и менее нагретых частей машины. Полость двигателя заполняется маслом через клапан 13.

Для защиты погружного электродвигателя от попадания внутрь его корпуса пластовой жидкости применяется гидроза­ щита. Для двигателей, выпускавшихся до 1973 г., широко рас­ пространенных на промыслах, в качестве гидрозащиты приме­

175

заполненные соответственно густым и жидким маслом. Внутри протектора проходит вал, соединяющий двигатель с насосом. Вал отделяется от камер втулками 5 и И. Через отверстия 4

вкорпусе протектора поршню 8, находящемуся в камере 6, пе­ редается гидростатическое давление жидкости в скважине. Кроме этого давления, на поршень 8 действует также усилие пружины 9. Густое масло под избыточным давлением проходит

внижнюю камеру протектора 12 через зазор между валом, че­ рез втулку 5 и трубу отстойника 3. Жидкое масло проходит из

камеры 12 в полость электродвигателя через отверстие 2 в трубке 11. При возможных утечках масла через резьбовые и фланцевые соединения этим поддерживается заполнение поло­ сти двигателя жидким маслом под избыточным давлением, рав­ ным давлению жидкости в скважине, сложенному с давлением, создаваемым пружиной 9. Густое масло, как более тяжелое, на­ ходится на дне отстойника и не смешивается с жидким. Ка­ мера 12 протектора заполняется жидким маслом через клапан 1 или через нижний клапан двигателя. При этом должна быть вывинчена пробка 10 для выпуска воздуха.

Для повышения надежности работы насосного агрегата и увеличения продолжительности межремонтного периода были разработаны новые конструкции гидрозащиты (типов ГД и Г), которые могут быть применены к ранее изготовленным насосам и двигателям.

С 1977 г. погружные агрегаты выпускаются с гидрозащи­ той типа Г, имеющей только один вид масла (маловязкого) и не создающей в системе двигателя избыточное давление. Гидро­ защита состоит из двух узлов: компенсатора 17, присоединяе­ мого к нижней части электродвигателя 16, и разделительной камеры (протектора) 11, устанавливаемой между электродви­ гателем и насосом 7 (рис. 74, б). Компенсатор с гибким эла-

176

стичным элементом 1 предназначается для передачи давления в скважине маслу в электродвигателе. В корпусе протектора 11 размещена гибкая диафрагма 3, разделяющая его на две поло­ сти 14 и 12. В верхней части полости 14 имеется уплотнение 4, нижняя часть ее сообщается с полостью электродвигателя.

Обратный клапан 2 при его открытии пропускает в полость 12 пластовую жидкость, а трубка 13 соединяет верхнюю и ниж­ нюю части этой полости, когда диафрагма прилегает к стенкам корпуса (показана в этом положении пунктиром). Осевая опора вала насоса помещена в протекторе и выполнена в виде двусторонней пяты 5. На валу 10 предусмотрено еще одно тор­ цевое уплотнение 6, что позволяет обойтись без создания избы­ точного давления в системе «электродвигатель — компенсатор». Валы двигателя 15, протектора 10 и насоса 8 соединяются ме­ жду собой шлицевыми муфтами. Обе полости 14 и 12, как и двигатель, залиты жидким маслом.

После включения двигателя в работу находящееся в его корпусе масло нагревается, увеличивается в объеме, что приво­ дит к увеличению объема гибкого элемента компенсатора 17 Вследствие давления столба жидкости в скважине на гибкий элемент компенсатора 1 объем внутренней полости 14 протек­ тора будет заполняться маслом из двигателя, а масло из поло­ сти 12 будет выходить в зону над уплотнением 4 к пяте 5 и тор­ цевому уплотнению 6. Масло из полости 12 расходуется более интенсивно, чем поступает из двигателя через торцевое уплот­ нение 4. Диафрагма 3 будет постепенно расширяться и переме­ щаться к стенкам корпуса 11.

После того как из полости 14 израсходуется все масло, в полость 12 начнет поступать через клапан 2 скважинная жид­ кость. Нефть всплывает вверх и поступает к пяте 5, смазывая

177

часть полости 12 с верхней, способствует поступлению скважин­ ной жидкости в верхнюю часть этой полости, после того как диафрагма 3 прижмется к внутренней стенке корпуса 11 протек­ тора.

Если в скважине окажется вода, то она будет в полости 12 скапливаться внизу под маслом, а пята 5 будет смазываться находящимся над водой маслом. С расходом масла из полости 1 4 ее объем будет уменьшаться; гибкая диафрагма 3 будет со­ кращаться по диаметру, и в полость 12 начнет проникать сква­ жинная жидкость через клапан 2. При периодических пусках и остановках погружного агрегата масло соответственно будет на­ греваться и остывать и в основном будет работать компенсатор. Клапан 2 откроется лишь тогда, когда все масло уйдет из по­ лости 12 и давление в ней будет меньше давления жидкости в скважине. Полость над уплотнением 6 соединена с простран­ ством скважины при помощи отверстия 9, что обеспечивает вы­ равнивание давлений.

Компенсатор типа Г 51.020 (рис. 74, в) состоит из каркаса 1 , резиновой диафрагмы 4 , которые образуют камеру 5 запол­ ненную трансформаторным маслом, и корпуса 3, предохраняю­ щего диафрагму от повреждения. Полость снаружи резиновой диафрагмы сообщается постоянно с затрубным пространством через отверстия 2 и 6.

Погружные электродвигатели для привода центробежных на­ сосов могут длительно работать с мощностью, отличающейся от Ршпри температуре окружающей среды, отличной от указан­ ной в табл. 22. Например, двигатель ПЭД 55-123 с Я„ = 55 кВт при 8 о . с = 70 °С можно нагружать до 61 кВт при 0О.с<60 °С и

Э Л Е К Т Р О Д В И ГА Т Е Л Я М И

Электрическая энергия подводится к погружному электро­ двигателю маслонефтестойким трехжильным кабелем с резино­ вой или полиэтиленовой изоляцией, прикрепляемым к насос­ ным трубам с помощью металлических поясов. Верхний конец кабеля намотан на барабан, служащий для транспортировки кабеля и его спуска и подъема. Кабельная линия в скважине выполняется плоским кабелем марки КРБП (с резиновой изоля­ цией) или марки КПБП (с полиэтиленовой изоляцией) на ко­ нечном участке вдоль насоса и круглым кабелем марки КРБК (КПБК)— на остальной длине линии. При этом площадь сече­ ния плоского кабеля берется на одну ступень ниже площади се­ чения круглого кабеля. Применение плоского кабеля обуслов­ лено необходимостью уменьшить поперечные размеры погруж­ ного устройства. Выпускаются кабели площадью сечения З х Х16„ 3x25 и 3x35 мм2. Кабели с резиновой изоляцией рассчи-

1 7 8

таны на номинальное напряжение 1100 В, на работу при темпе­ ратуре окружающей среды от +90 до —30 °С и давлении до 10 МПа. Кабели с полиэтиленовой изоляцией рассчитаны на но­ минальное напряжение 2300 В, на работу при температуре ок­ ружающей среды от +90 до — 55 °С и давлении до 20 МПа. Они обладают большей газостойкостью.

Для поддержания необходимого напряжения на зажимах погружного двигателя при изменениях потерь напряжения в ка­ беле и других элементах питающей сети, а также для возмож­ ности питания двигателей типа ПЭД с различными номиналь­ ными напряжениями при стандартных напряжениях промысло­ вых сетей применяются трансформаторы. Зажимы низшего напряжения (первичные) присоединяются к промысловой сети, а вторичные — к кабелю КРБК (КПБК). На промыслах эксплуатируются трансформаторы выпусков прошлых лет, су­ хие, трехфазные с шестью выводами у каждой фазной обмотки на стороне вторичного напряжения.

Для питания погружных электронасосов промышленность

СССР выпускает силовые масляные трансформаторы типов ТМП и ТМИН мощностью от 40 до 400 кВ-А. Эти трансфор­ маторы рассчитаны на эксплуатацию в районах с умеренным

или холодным (исполнение ХЛ) климатом (табл. 23). Коэффициент мощности установок с погружными электро­

насосами, определяемый в основном cos ср электродвигателя, значительно выше, чем коэффициент мощности установок со станками-качалками. Как видно из табл. 22, значения cos ср дви­ гателей серии ПЭД лежат в пределах 0,7—0,85 при номиналь­ ной нагрузке. Они могут снижаться до 0,6—0,75 при недо­ грузках.

Установки центробежных электронасосов (ЭЦН) могут по­ лучать питание от различных источников:

от сети 6 кВ с промежуточной трансформацией напряжения на скважине до 0,4 кВ, подводимого к автотрансформаторам или трансформаторам установки ЭЦН (двойная трансформа­ ция на скважине);

с подведением к скважинам напряжения 6 кВ и монтажом на каждой скважине трансформатора, понижающего это напря­ жение до величины, необходимой для питания двигателя на­ соса (аналогично схеме на рис. 67, а); в этом случае на под­ станции у каждой скважины должен быть предусмотрен еще и дополнительный трансформатор 6/0,4 кВ для питания цепей управления, сигнализации, освещения, подогрева и др.; можно обойтись и одним трехобмоточным трансформатором, одно из вторичных напряжений которого соответствует необходимому напряжению двигателя UaB, а второе — 0,4 кВ;

179

промысловых понизительных подстанций 6/0,4 кВ и небольших мощностях двигателей ЭЦН.

Для питания действующих установок по схеме с двой­ ной трансформацией напряжения применяются комплектные трансформаторные подстанции общепромышленного назначе­ ния [5].

Разработаны и изготовлены специальные подстанции типа КТППН мощностью 63—400 кВ*А (рис. 75) для питания оди­ ночных скважин в условиях холодного климата (исполнение ХЛ1). Аппаратура этих подстанций — общепромышленного наз­ начения, применен электрический обогрев кабин, в которых она размещается. Подстанции обеспечивают прием и преобразова­ ние электрической энергии, управление и защиту электродвига-

Данные двухобмоточных трехфазных

телей ЭЦН мощностью от 14 до 180 кВт, а также питание дви­ гателя механизма привода кабельного барабана и других по­ требителей электроэнергии при ремонте скважин с общей на­ грузкой до 60 А.

Подстанция типа КТППН представляет собой комплект электрооборудования, состоящего из отсека РУ 6 кВ и утеплен­ ной кабины, установленных на салазках. РУ 6кВ представляет собой металлический шкаф, состоящий из вводного отсека и отсека силового трансформатора. В шкафу размещены проход­ ные изоляторы, вентильные разрядники, предохранители и мас­ ляный трехобмоточный трансформатор типа ТМТПН (табл. 24).

Трансформаторы типа ТМТПН рассчитаны на одновремен­ ную отдачу номинальной мощности с обмотки среднего напря­ жения и 10 % от номинальной мощности с обмотки низшего напряжения. Напряжение регулируется после отключения трансформатора от сети путем переключения ответвлений об­ мотки среднего напряжения с помощью переключателя, выве­ денного на стенку бака. Можно регулировать напряжение и без отключения трансформатора от сети, но обязательно без на­ грузки [5].

180