Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности

устойчивости оборудования к действию токов короткого замы­ кания. Все оборудование распредлительного устройства 10 кВ размещается в зданиях из металлических панелей. Четыре сек­ ции распределительного устройства 10 кВ, снабженные ввод­ ными выключателями, попарно соединены между собой секци­ онными выключателями.

Вводы 10 кВ снабжены максимальной токовой защитой с выдержкой времени, защитой минимального напряжения и за­ щитой от замыканий на землю. Для защиты питающих воздуш­ ных токопроводов 10 кВ, входящих в зону дифференциальной

защиты силовых трансформаторов, на вводе 10 кВ установлены комплекты трансформаторов тока. Секционные выключатели снабжены только устройствами АВР, включающими секцион­ ный выключатель после отключения выключателя ввода 10 кВ защитой минимального напряжения. Устройство АВР блокиру­ ется при срабатывании максимальной токовой защиты на вводе

10кВ.

Трансформаторы собственных нужд 10/0,4 кВ, мощность на­

грузки которых в зависимости от числа агрегатов компрессор­ ной станции составляет 1250—2250 кВт, снабжены максималь­ ной токовой защитой без выдержки времени, токовой отсечкой и защитой от замыканий на землю.

Синхронные двигатели 12 МВт, 10 кВ, 790 А, 1500 об/мин (для трех- и шестиагрегатных компрессорных станций) и 10 МВт, 10 кВ, 695 А, 1500 об/мин (для двухагрегатных компрессорных станций) имеют исполнение, продуваемое под избыточным дав­ лением воздуха, и бесщеточную систему возбуждения (рис. 90). Все элементы схемы возбуждения, за исключением обмотки воз-

223

буждения возбудителя, смонтированы на вращающихся частях возбудителя и двигателя. Синхронные двигатели 12 МВт допус­ кают прямой пуск от полного напряжения сети 10 кВ, причем кратность пускового тока двигателя при пуске от сети беско­ нечной мощности равна 5,2, кратность начального пускового мо­ мента— 1,57, а кратность входного момента— 0,71. Допуска­ ются два пуска двигателя в нагретом состоянии. Пуск двигателя 10 МВт — реакторный, причем допускаются два пуска двига­ теля в холодном состоянии и один — в нагретом состоянии. Кратность начального пускового момента этих двигателей—1,2; входного момента — 0,8.

Рис. 90. Схема возбуждения синхронного двигателя 12 МВт:

1 — обмотка возбуждения возбудителя; 2 — обмотка якоря возбудителя; 3 — диоды; 4 — тиристоры; 5 — модуль управления пусковым тиристором; 6 — модуль синхронизации п повторной синхронизации; 7 — блок резисторов; 8 — опоры для крепления диодов и ти­

ристоров; 9 — обмотка возбуждения синхронного двигателя

Синхронные двигатели оборудованы автоматическими регу­ ляторами возбуждения, настроенными на поддержание посто­ янства напряжения сети, максимальной токовой защитой от перегрузки, дифференциальной токовой защитой, защитой ми­ нимального напряжения, защитой от замыканий на землю, защитой от выпадания двигателя из синхронизма и от потери возбуждения, защитой от подпитки места короткого замыкания. Двигатели мощностью 10 МВт дополнительно защищены от по­ нижения частоты.

31. САМОЗАПУСК ДВИГАТЕЛЕЙ ПРОМЫСЛОВЫХ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ

На компрессорных станциях закачки газа в скважины на­ ряду с устройствами АПВ, повторно включающими электродви­ гатель после его отключения защитой минимального напряже­ ния, используется самозапуск двигателей. При нарушениях

224

электроснабжения компрессорной станции резко снижается или полностью исчезает напряжение на зажимах двигателей. Крат­ ковременные исчезновения напряжения могут иметь место при работе устройств АПВ и АВР на линиях и трансформаторах пи­ тающей электросистемы и продолжаются от 0,5 до 2 с [5].

При реализации самозапуска на время исчезновения или снижения питающего напряжения двигатели не отключаются защитой, а продолжают работать в режиме выбега со сниже­ нием частоты вращения. После восстановления нормального напряжения они повышают свою частоту вращения и возвраща­ ются к нормальному режиму. Последнее оказывается возмож­ ным, если при появлении полного напряжения пусковые токи неотключенных двигателей, которые одновременно начинают раз­ гоняться, не превысят определенных значений. Не должны быть превышены значения тока, при которых произойдет отключе­ ние компрессорной, а потеря напряжения в питающей сети будет столь велика, что напряжение на зажимах двигателей окажется недостаточным для создания вращающих моментов, способных разогнать двигатели до номинальной частоты вра­ щения.

Чтобы обеспечить выполнение этого условия, часть двигате­ лей при исчезновении или резком снижении напряжения отклю­ чается, а затем автоматически включается местной системой АПВ. Самозапуск осуществляется для оставшихся включен­ ными остальных двигателей подачей напряжения АПВ питаю­ щей линии. При самозапуске двигатель работает в двух режи­ мах: выбега (после снижения или снятия напряжения) и пуска (после восстановления напряжения) [5].

Режим пуска начинается не при скольжении 5 = 1, а при не­ котором меньшем значении скольжения sn, которое зависит от длительности выбега и характеристик системы двигатель—ком­ прессор. В процессе самозапуска сопротивление двигателя за­ висит от величины 5 П, а не равно сопротивлению короткого за­ мыкания, которому соответствует обычный пуск, начинающийся с 5=1. Значения этого сопротивления определяют ток и напря­ жение на зажимах двигателя, которое является критерием воз­ можности самозапуска. Например, для асинхронного двигателя, нагруженного механизмом с постоянным или «вентиляторным»

скольжению, составляет 0,28 сопротивления г0 при холостом ходе (при механической постоянной времени агрегата двига­ тель— компрессор, равной 5 с). Для рассматриваемых ком­ прессорных станций самозапуск асинхронных двигателей может обеспечиваться при длительности глубокого снижения или пол­ ного снятия напряжения, не превышающей 1,5 с.

Электродвигатели компрессорной станции для закачки рабо­ чего агента в скважины при значительном числе агрегатов (10—16) разбиваются на три группы с приблизительно одина-

ковым числом их в каждой группе. Каждый двигатель снабжен защитой от токов короткого замыкания, от токов перегрузки, появляющихся при самозапуске, осуществляемой с помощью то­ ковых реле с ограниченно зависимой характеристикой. Защита

и с разными выдержками времени для каждой из трех групп двигателей: 3 с для первой группы, 5—6 с — для второй и 8— 10 с — для третьей. Двигатели всех трех групп остаются при­ соединенными к сети при глубоком снижении или исчезновении напряжения. После восстановления напряжения начинают раз­ гоняться все двигатели. В том случае, если за 3 с электродви­ гатели первой группы не успевают разогнаться так, чтобы пус­ ковой ток их стал меньше (3—4) / н, они будут отключены токовой защитой. Это приведет к снижению общего тока в пи­ тающей сети, уменьшению потери напряжения в ней, увеличению напряжения на зажимах оставшихся присоединенными двига­ телях и созданию благоприятных условий для их разгона. Если в течение 5—6 с не закончится самозапуск двигателей второй группы, то они будут отключены защитой и создадутся благо­ приятные условия для разгона двигателей третьей группы. И, наконец, если за 8—10 с не разгонятся двигатели третьей группы, то и они будут отключены. В систему самозапуска вво­ дятся и асинхронные двигатели для водяных насосов охлажде­ ния компрессоров, которые снабжаются защитой с выдержкой времени 8—10 с, как у третьей группы.

В том случае, когда длительность глубокого снижения или полного исчезновения напряжения превышает 1,5 с, а также если восстанавливающееся напряжение ниже номинального, то часть двигателей компрессоров снабжается защитой, отключаю­ щей пх от сети, и устройством для автоматического повторного включения после завершения самозапуска неотключаемых дви­ гателей. Отключаемые двигатели, выделяемые из состава трех групп, имеют защиту минимального напряжения с напряжением и временем срабатывания соответственно 0,6 UB и 0,5 с и токо­ вую защиту с выдержкой времени до 10 с. Обычно число таких двигателей при шестнадцати компрессорах составляет 3—4, они пускаются в ход системой АПВ при полной нагрузке компрес­ сора [5].

что двигатели с глухоподключенными возбудителями могут успешно разгоняться и входить в синхронизм после перерыва в питанпн от 0,6 с и более, если восстановившееся напряжение на зажимах двигателя будет не ниже 0,85 UB. Втягиванию в син­ хронизм способствует форсировка возбуждения, но только при подсинхронной скорости ротора. Во избежание бесполезной фор­ сировки возбуждения при больших скольжениях применяют устройство, блокирующее работу реле форсировки возбуждения

226

при таких режимах. В тех случаях, когда восстановившееся на­ пряжение на зажимах двигателя не превышает 0,82 Uн, двига­ тель не втягивается в синхронизм, а работает устойчиво в асин­ хронном режиме со скольжением около 0,16. Для повышения уровня восстанавливающегося напряжения при снижении или исчезновении напряжения часть синхронных двигателей целесо­ образно отключать защитой с последующим включением уст­ ройством АПВ после втягивания в синхронизм оставшихся неотключенными самозапускающихся двигателей. В частности, на станции с шестнадцатью двигателями пять из них снабжается защитой минимального напряжения, срабатывающей при 0,45 UH с выдержкой времени 0,5 с и устройством АПВ однократ­ ного действия, включающего двигатель при нагруженном ком­ прессоре. Неотключаемые синхронные двигатели разбиваются так же, как это ранее указывалось для асинхронных, на три группы с разными выдержками времени токовой защиты от пе­ регрузки при самозапуске.

Режим самозапуска рассчитывают в следующем по­ рядке [18].

1.По данным двигателя и приводного механизма опреде­ ляют частоту вращения, до которой затормозится агрегат за время перерыва электроснабжения.

2.По данным питающей энергосистемы и нагрузки, присое­ диненной к шинам, определяют остаточное напряжение на ши­ нах в первый момент начала самозапуска.

3.По полученному остаточному напряжению определяют асинхронный вращающий момент двигателя, пропорциональный квадрату напряжения, который сравнивают с моментом сопро­ тивления при данном скольжении. Если вращающий момент превышает момент сопротивления более чем на 10 %, двигатель после восстановления напряжения начнет разгоняться.

Если рассчитывают возможность самозапуска синхронных двигателей, то аналогичную проверку необходимо сделать на возможность вхождения двигателя в синхронизм при скольже­ нии s=0,05, т. е. убедиться в том, что входной момент двига­

теля не менее чем на 10 % больше момента сопротивления при s = 0,05. Для облегчения условий вхождения двигателя в синхро­ низм применяют форсировку возбуждения, ресинхронизацию, разгрузку механизма. Подробная методика расчета самоза­ пуска приведена в [18].

Обеспечить самозапуск всех электродвигателей иногда не­ возможно (недостаточная мощность трансформатора, большая протяженность или малое сечение проводов линии электропере­ дачи). В этих условиях необходимо выделить группу электро­ двигателей, самозапуск которых необходим для сохранения нор­ мального технологического процесса. Для определения неотключаемой мощности самозапускающихся электродвигателей необходимо знать графики изменения момента двигателя и мо­ мента сопротивления насоса в функции частоты вращения,

тые асинхронные двигатели во взрывонепроницаемом исполне­ нии на напряжения до 660 В. Эти двигатели используются для привода как центробежных, так и поршневых насосов. Для насосов, требующих мощности 250—630 кВт, применяются двига­ тели на напряжение 6 кВ во взрывонепроницаемом или в про­ дуваемом под избыточным давлением исполнении, короткозамк­ нутые асинхронные, а также синхронные двигатели в нормаль­ ном исполнении с установкой за пределами взрывоопасного помещения.

Электродвигатели мощностью 500 и 630 кВт, монтируемые в зоне холодного климата, имеют встроенные электронагрева­ тели, которые автоматически включаются при остановке на­ соса. Рассматриваемые насосные станции по требуемой надеж­ ности электроснабжения относятся ко 2-й категории, а если они расположены на морских промыслах или эксплуатируются

вособо ответственных условиях, их относят к 1-й категории. Управление асинхронными короткозамкнутыми двигателями

при напряжении до 660 В осуществляется с помощью магнит­ ных пускателей. При необходимости самозапуска катушка ли­ нейного контактора включается кнопкой без самовозврата либо универсальным переключателем.

В насосном агрегате (рис. 91), если пусковая аппаратура размещена непосредственно у агрегата, ее выбирают во взры­ возащищенном исполнении (взрывонепроницаемом, маслона­ полненном). При местном управлении включение и выключение электродвигателей насосов, открытие и закрытие задвижек и т. п. осуществляются персоналом непосредственно на месте установки приводов, управляющих этим оборудованием. При дистанционном управлении эти операции осуществляются на расстоянии с пункта управления, а при автоматическом — си­ стемой автоматики при получении командного импульса от со­ ответствующего прибора (например, датчика уровня жидко­ сти) [5].

Неавтоматизированные насосные станции с мощными дви­ гателями на напряжение 6 кВ, кроме местного, снабжаются дистанционным управлением. Схемы местного и дистанцион­ ного управления такими двигателями аналогичны схемам для двигателей компрессорных станций.

В схеме электрических соединений устройства управления задвижкой (рис. 92), построенной на принципе реверсивного магнитного пускателя, задвижка может управляться непосред­ ственно у места ее установки и дистанционно — с диспетчер­ ского пункта. Местное управление осуществляется с помощью кнопок КО и КЗ. Нажатие первой из них приводит к возбуж­ дению катушки контактора открытия О, главные контакты ко­ торого О в цепи двигателя привода задвижки Д, замыкаясь, включают двигатель. Задвижка открывается, и контакт свя­ занного с ее валом конечного выключателя открытия ВКО-1 обесточивает катушку контактора О, что приводит к остановке

229

мыкает цепи управления электроприводом при ручном управ­ лении задвижкой с помощью маховика.

Дистанционное управление с диспетчерского пункта и сиг­ нализация о последнем положении задвижки осуществляются

диоды Д1 и Д5 возбуждает катушку контактора О, что приво­ дит к открытию задвижки. Соответственно при нажатии кнопки ДПЗ через жилу Л1 и диоды Д2 и Д6 включается цепь возбуждения катушки контактора 3, и задвижка закрывается.

Сигнальные лампы ЛО и ЛЗ на диспетчерском пункте вклю­ чаются контактами соответствующих конечных выключателей ВКО-2 и ВКЗ-2, замыкающих цепи этих ламп через жилу Л2 и соответственно диоды ДЗ—Д9 и Д4—Д10. Предусмотрена за­ щита двигателя от длительных перегрузок при помощи тепло­ вых реле РТ1 и РТ2. Защита от коротких замыканий, дейст­ вующая также на отключение, когда при закрытии задвижки конечный выключатель не отключит двигатель точно в момент, соответствующий окончанию ее закрытия, осуществляется ав­ томатическим выключателем В1. Кнопка КС позволяет остано­ вить двигатель Д при любом положении задвижки [5].

В настоящее время насосные станции для внутрипромысловой перекачки нефти строят с учетом их применения в герме­ тизированных высоконапорных системах сбора нефти (дожим­ ные, станции перекачки с установок подготовки на централь­ ные товарные парки). Эти станции сооружаются в блочном исполнении. Типовые дожимные блочные станции строятся на производительность 2000, 3000, 5000 т/сут. Такая станция на 5000 т/сут комплектуется из семи блоков, в числе которых блоки насосов с электродвигателями, и два блока комплект­ ных трансформаторных подстанций. Эта станция содержит три рабочих и один резервный агрегаты с асинхронными двигате­ лями мощностью 160 кВт на 2950 об/мин.

Для промыслов Западной Сибири блочные насосные ком­ плектуются из насосных блоков, каждый из которых содержит насос типа 8М-7 и асинхронный двигатель во взрывонепрони­ цаемом исполнении серии ВАО мощностью от 320 до 500 кВт на 6 кВ. Число насосных блоков определяется производитель­ ностью насосной станции.

К вспомогательному электрооборудованию этих насосных станций относятся электроприводы задвижек (7,5 кВт), воз­ душные компрессоры для пневмоавтоматики (10 кВт), насосы системы пожаротушения и проч. Общая расчетная нагрузка вспомогательного электрооборудования, питаемого при напря­ жении 380/220 В, составляет от 200 до 400 кВт.

На нефтяных месторождениях Западной Сибири нефтена­ сосные станции обычно не являются самостоятельными соору­ жениями, а всегда находятся на территории комплексных сбор-

231

Puc. 93. Схема электроснабжения КСП-6 Самотлорского месторождения