Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности

ных пунктов (КСП), где размещены также установки подго­ товки нефти и кустовые насосные станции. Электродвигатели насосных блоков получают питание по кабельным линиям 6 кВ от объединенного распределительного устройства, которое слу­ жит также для питания других потребителей.

На схеме электроснабжения КСП-6 Самотлорского место­ рождения (рис. 93) показано питание нефтенасосной станции, состоящей из шести блоков с электродвигателями мощностью по 320 кВт. Для повышения надежности электроснабжения нефтенасосной станции ее двигатели присоединены к первой и второй секциям шин РУ 6кВ, которые имеют устройство АВР. Эти секции шин отделены реакторами от третьей и четвертой секций шин питания синхронных двигателей по 4000 кВт кус­ товой насосной станции, что обеспечивает более стабильное на­ пряжение для питания нефтенасосной станции [14].

Другие потребители электроэнергии нефтенасосной станции питаются от трансформаторных подстанций 6/0,4 кВ мощностью 2x250—2X400 кВ*А посредством распределительных щитов и станций управления. Поскольку насосные блоки относятся к взрывоопасным помещениям класса В-Ia, электрооборудова­ ние устанавливают в отдельных электротехнических помеще­ ниях, имеющих легкие металлические утепленные ограждаю­ щие конструкции. Сигнализация о работе нефтенасосных агре­ гатов выводится на щит оператора КСП и передается по кана­ лам телемеханики на диспетчерские пункты.

33. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ВОДЯНЫХ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ

Насосные для законтурного и внутриконтурного заводнения являются весьма энергоемкими установками. В нефтяных рай­ онах СССР, где большое число скважин находится в режиме фонтанной эксплуатации, расход электроэнергии на закачку воды в пласт превышает 60 % общего расхода электроэнергии на добычу нефти.

Необходимость обеспечения непрерывной подачи воды при больших ее расходах и высоких требованиях к ее качеству требует создания специальных систем водоснабжения. Воду для закачки в пласт забирают из рек и озер, водохранилищ. Используются подземные воды, которым отдается предпочте­ ние, так как применение их возможно без очистки и химиче­ ской обработки. Забираемую из открытых водоемов воду пе­ ред подачей в магистрали системы водоснабжения очищают, с тем чтобы освободить ее от взвешенных частиц, железа и других примесей, которые могут засорить поры нефтеносного пласта.

Начальными звеньями системы водоснабжения в этих слу­ чаях являются насосные станции водозабора первого (и вто­ рого) подъема, от которых вода, пройдя через водоочиститель-

233

а насосы АП с подачей 7,2—100 м3/ч и напором 50—280 м — двигателями мощностью 2,5—147 кВт, 2950 об/мин.

Стационарная насосная станция первого подъема для Самотлорского месторождения с подачей воды 180 млн. м3/год уста­ новлена на шпунтовом основании в русле реки. Два каркасных здания насосной высотой 7 м с ограждающими конструкциями из утепленных металлических панелей имеют размеры в плане 30X9 м каждое. В здании насосной устанавливаются 24 насоса марки 24А-18Х1 с вертикальными асинхронными электродви­ гателями мощностью по 250 кВт, напряжением 6 кВ. Общая мощность этих электродвигателей составляет 6 МВт, вспомо­ гательного оборудования напряжением 0,4 кВ — 160 кВт.

Вспомогательное электрооборудование напряжением 0,4 кВ (электроотопление, электроосвещение, вентиляция и др.) пита­ ется от двухсекционного щита станций управления. Чтобы обеспечить требуемую надежность питания нагрузок 0,4 кВ, предусмотрены две трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ, установленные на эстакаде. Эстакада предназначена для связи насосной станции с берегом, для транспортировки оборудова­ ния, прокладки водоводов и других коммуникаций. В частности, по эстакаде проложены 66 силовых и контрольных кабелей на­ пряжением 6 и 0,4 кВ.

Электродвигатели мощностью 250 кВт питаются от объеди­ ненного распределительного устройства 6 кВ, размещенного на берегу, вблизи от насосной станции второго подъема.

Для водозаборов небольшой производительности применя­ ются плавучие насосные станции первого подъема. Плавучая насосная представляет собой металлический понтон с над­ стройкой из утепленных металлических панелей. В надстройке смонтированы три насосных агрегата с насосами 300Д90 и электродвигателями мощностью по 100 кВт, вспомогательное оборудование, распределительный щит напряжением 0,4 кВ, аппаратура автоматики типа АБН. Производительность такой насосной составляет 20 млн. м3/год. Плавучая насосная стан­ ция в собранном виде транспортируется по реке с завода-изго- товителя на место строительства водозабора [14].

Система местной автоматики насосной станции на базе ап­ паратуры АБН обеспечивает возможность автоматического пуска резервного насоса при аварийной остановке рабочего насоса, самозапуск рабочих насосов после кратковременного перерыва электроснабжения, автоматическое управление за­ движками во время пуска насосов, автоматическое управление

электроотоплением (рис. 94).

Водоводы от плавучей насосной имеют гибкие вставки, так как понтон с насосной станцией перемещается по вертикали в соответствии с колебаниями уровня воды в реке. Электро­ энергия подводится к насосной от трансформаторной подстан­ ции 6/0,4 кВ, устанавливаемой на берегу, гибкими кабелями в резиновой оболочке.

235

Плавучие насосные станции должны быть защищены от ле­ дохода и должны иметь направляющие свайные основания для вертикального перемещения. На них в зимнее время периоди­ чески нужно скалывать лед. От этих недостатков свободны на­ сосные станции со струйными насосами. Понтоны со струйными насосами укрепляют на дне реки на подготовленном основа-

1

нии. Струйные оголовки соединены водоводами с приводными насосами, которые расположены на незатопляемом берегу со­ вместно с насосами второго подъема. Приводные насосы на­ гнетают воду к струйным установкам, энергия потока воды пе­ редается воде, подсасываемой из реки.

Кинетическая энергия суммарного потока преобразуется в статический напор, необходимый для создания требуемого давления на приеме насосов второго подъема. Все электрообо­ рудование насосной со струйными установками располагается на берегу совместно с электрооборудованием насосной станции второго подъема вблизи от источника питания — объединенного

236

РУ 6 кВ. Насосные станции второго подъема, а также привод­ ные насосы для струйных установок применяются только в блочном исполнении. Насосные агрегаты на заводе-изготови- теле собирают в блоки, состоящие из рамы или понтона с ог­ раждающими конструкциями из утепленных металлических панелей. В одном блоке монтируется от одного до шести насос­ ных агрегатов в зависимости от типа насоса и электродвига­ теля. В насосных второго подъема применяются синхронные двигатели мощностью 2500 кВт и асинхронные двигатели мощ­ ностью 200—1600 кВт напряжением 6 кВ. На объединенном водозаборе со струйными установками для системы ППД Аганского, Ватинского и Северо-Покурского месторождений уста­ новлено 15 двигателей мощностью по 250 кВт, три двигателя мощностью по 1600 кВт и два двигателя мощностью по 500 кВт. Насосные агрегаты размещаются в семи отдельных блоках, что дает возможность строить водозабор отдельными очередями [14].

Общая установленная мощность потребителей электроэнер­ гии для этого водозабора составляет 9,9 МВт. Объединенное распределительное устройство водозабора обеспечивает пита­ ние 20 электродвигателей напряжением 6 кВ и двух трансфор­ маторных подстанций, от которых питаются все потребители напряжением 380/220 В (электроотопление, электроосвещение, вентиляция и др.). РУ 6 кВ получает питание от подстанции 35/6 кВ мощностью 2ХЮ МВ • А, расположенной на террито­ рии водозабора, вблизи от насосной станции второго подъема. Управление аварийной и исполнительной сигнализацией от ап­ паратуры АБН блочных насосных станций выведено на общий щит оператора, установленный в отдельном помещении. Реги­ страция показаний приборов замера количества перекачиваемой воды по каждому водоводу также предусмотрена на щите опе­ ратора. Возможна передача этих пока-заний, а также аварий­ ных сигналов по каналам телемеханики. Для всех насосных агрегатов предусмотрена единая система автоматического по­ очередного пуска при восстановлении электроснабжения после кратковременного перерыва [14].

Кустовые насосные станции располагаются на небольших расстояниях от нагнетательных скважин и оборудуются тре­ мя—пятью насосными агрегатами каждая. Здесь используются центробежные насосы, а иногда поршневые. Частота вращения рабочего вала у первых 3000 (иногда 1500) об/мин; у поршне­ вых 375 об/мин. На КНС, построенных в 60-е годы и ранее, используют синхронные двигатели 750—1000 кВт, 6 кВ и асин­ хронные короткозамкнутые 450—850 кВт 6 кВ на 3000 син­ хронных оборотов в минуту, монтируемые так же, как и на­ сосы в зданиях. В последние годы строятся и находятся в экс­ плуатации КНС в блочном исполнении. Эти станции (БКНС) изготовляются в заводских условиях и монтируются на место­ рождении в течение 3—4 мес. Типовыми проектами нормаль­

237

ного ряда БКНС предусмотрены станции производительностью 150, 300 и 450 м3/ч с давлениями на выходе 10—20 МПа. Число установленных агрегатов соответственно 2, 3 и 4, из которых один резервный. Насосы приводятся в действие синхронными двигателями СТД-1250-2,1250 кВт, 6 кВ, 3000 об/мин. БКНС содержит 2—4 насосных блока, блоки низковольтный и управ­ ления, блоки напорного коллектора и блок распределительного устройства 6 кВ.

В частности, на месторождениях Западной Сибири приме­ няются БКНС производительностью 450 м3/ч с насосами ЦНС-180-1422 и двигателями 1250 кВт и БКНС производитель­ ностью 2100 м3/ч с насосами ЦНС-50-1900 с двигателями 4000 кВт. Двигатели — синхронные марки СТД на 3000 об/мин 6(10) кВ с бесщеточной системой возбуждения [14].

Синхронные двигатели БКНС снабжены защитой от корот­ ких замыканий (для двигателей на 1250 кВт токовой отсечкой, а для двигателей на 4000 кВт — продольной дифференциаль­ ной токовой), перегрузки, минимального напряжения, замыка­ ний на землю, асинхронного хода. Кроме того, предусматрива­ ются защиты, действующие от технологических факторов: при падении давления нагнетания; при падении давления масла в подшипниках; при перегреве подшипников или масла в ко­ нечном участке системы смазки.

На промыслах еще применяют одноагрегатные насосные станции высокого давления. Эти станции располагаются вблизи нагнетательных скважин. Каждая станция закачивает воду под высоким давлением в одну скважину, обеспечивая оптималь­ ные условия воздействия на пласт.

В нефтедобывающих районах, содержащих мощные водя­ ные горизонты, для поддержания пластового давления иногда закачивают воду в пласт с помощью специальных погружных электронасосов. Такой насос откачивает пластовую воду из во­ дозаборной скважины и подает ее в напорный трубопровод и далее в нагнетательные скважины.

В частности, погружные насосы для поддержания пласто­ вого давления снабжаются погружными двигателями мощ­ ностью 125—700 кВт, питаемыми от сети 6—10 кВ через ком­ плектные устройства серии КУПНА 700 наружной установки

нужд 4 25 кВ-А, 6/0,4 или 10/0,4 кВ, комплектное устройство питания 5 и шкаф управления 6, смонтированные в утеплен­ ной кабине 7 контейнерного типа с электрическим обогревом. Конструктивно комплектное устройство КУПНА 700 имеет вы­ соковольтный отсек и коридор обслуживания, разделенные пе­ регородкой с сетчатой дверью.

^Напряжение 6 или 10 кВ подводится к комплектному уст­ ройству через разъединитель, установленный вне комплектного

238

устройства на ближайшей опоре воздушной линии электропе­ редачи. От разъединителя напряжение подается воздушным вводом на разрядники, предназначенные для защиты КУПНА от атмосферных перенапряжений, и в ячейку КРУ с масляным выключателем и трансформаторами тока. Последние служат для питания реле максимальной токовой защиты, токовых обмоток счетчиков технического учета активной и реактивной энергии, а также для включения амперметра, контролирующего силу тока нагрузки всей установки. После выключателя и высоко-

к силовому трансформатору 6(10)/£/раб, установленному вне комплектного устройства. С выводов низшего напряжения си­ лового трансформатора основная цепь питания проходит кабе­ лем вновь в ячейку КРУ на вторую пару трансформаторов тока, а затем кабелем на погружной электродвигатель. Вторая пара трансформаторов тока служит для питания реле защиты и амперметра, контролирующего нагрузку погружного электро­ двигателя.

От одной из фаз низшего напряжения силового трансфор­ матора через предохранитель, дроссель, пробивной предохра­ нитель, разрядник, конденсатор и резистор подается сигнал на прибор контроля изоляции системы «погружной двигатель — кабель». Все перечисленные элементы, за исключением рези­ стора, размещены в установке дросселя 2 (см. рис. 95).

С неподвижных контактов высоковольтных разъемов, рас­ положенных до масляного выключателя, напряжение 6(10) кВ через разъединитель и предохранители подается на трансфор-

239

маторы напряжения, предназначенные для питания обмоток напряжения счетчиков активной и реактивной энергии и вольт­

комплектное устройство питания привода масляного выключа­ теля и шкаф управления типа ШГС 9007. В шкафу ШГС 9007 размещается вся релейно-контактная аппаратура, выполняю­ щая логические функции по управлению погружным двигате­ лем и его защите. Выходные элементы шкафа ШГС 9007 вклю­ чены в цепи катушек электромагнита отключения масляного выключателя и контактора, управляющего электромагнитом включения масляного выключателя.

Комплектное устройство КУПНА 700 обеспечивает ручное и автоматическое включение и отключение электронасосной ус­ тановки, а также управление ею с диспетчерского пункта или по программе; автоматическое повторное включение электронасосной установки после восстановления напряжения сети, если срабатывание защиты вызвано отклонением напряжения питания за пределы рабочей зоны (0,85—1,1) С/цОМ; самозапуск электронасосной установки с регулируемой выдержкой времени от 0,5 до 10 мин при восстановлении напряжения после его исчезновения; быстродействующую защиту, отключающую ус­ тановку при перегрузке электродвигателя током более чем на (40—70) % /ном, с выдержкой времени 1,5—2 с; отключение установки с выдержкой времени 18—28 с при перегрузке элек­ тродвигателя током более чем на 20 % /нОМ; отключение уста­ новки с выдержкой времени 18—28 с при срыве подачи жидко­ сти насосом и снижении нагрузки по току электродвигателя более чем на 15 % от установившегося рабочего значения; не­ возможность повторного включения установки при срабатыва­ нии любого вида защиты, кроме случая срабатывания защиты, вызванного отклонением напряжения за пределы рабочей зоны; грозозащиту установки.

В схеме предусмотрены световая сигнализация, указываю­ щая на включенное состояние электродвигателя и состояние готовности к включению электродвигателя; наружная световая сигнализация контроля работы установки; непрерывный конт­ роль сопротивления изоляции системы кабель — погружной двигатель с отключением установки при снижении сопротивле­ ния изоляции ниже заданного уровня; контроль напряжения сети, силы тока погружного двигателя и всей установки, техни­ ческий учет активной и реактивной энергии, потребляемой установкой. В шкафу управления ШГС 9007 имеются трехфаз­ ный штепсельный разъем на 30 А для подключения передвиж­ ных токоприемников на напряжение 380 В и штепсельная ро­ зетка 220 В для подключения геофизических приборов.

240

34. Э Л Е К Т Р О С Н А Б Ж Е Н И Е П РО М Ы С Л О В Ы Х

НАСОСН Ы Х СТА Н Ц И Й

Основная особенность объектов электроснабжения нефте­ промыслов Западной Сибири — высокая концентрация электри­ ческих нагрузок в узлах распределительной сети 6 кВ при вы­ сокой насыщенности их синхронными двигателями. Мощность узлов нагрузки составляет десятки МВ-А, а удельная мощ­ ность электроприемников до 4 МВ • А с большим числом эф­ фективных электроприемников; при этом суммарная установ­ ленная мощность электроприемников кустовых (КНС) и до­ жимных (ДНС) насосных станций, как правило, совмещенных на одной технологической площадке (КСП), составляет соответ­ ственно 60 и 20 % общей установленной мощности и в решаю­ щей степени формирует графики электропотребления и потока активной реактивной мощностей нефтепромысла в целом.

Анализом множества графиков электрических нагрузок (рис. 96) определены коэффициенты использования, максимума и спроса, которые необходимы для определения мощности трансформаторов, площади сечения приводов питающих линий и других параметров (табл. 25). Значения коэффициентов мак-

симума и спроса в зависимости от эффективного числа элек­ троприемников и коэффициента загрузки определяются извест­ ными методами

При пуске двигателей мощностью 1250—4000 кВт, установ­ ленных на КНС, напряжение на шинах 6 кВ питающей под­ станции кратковременно снижается. Пуск этих двигателей

241

75 % от номинального, то необходимо применять реакторы для обешеченжя требуемого значения остаточного напряжения, как это показано на рис. 93.

При пуске двигателей мощностью 1250 кВт от трансформа­ торов 35|6 кВ мощностью 4—6,3 МВ-А получаются различные уровни остаточного напряжения в зависимости от конкретных условий, причем в ряде случаев применение реакторов не дает желаемого результата, поэтому, если при питании КНС от подстанции 35^5 кВ остаточное напряжение не соответствует нормам, п р и х о д и т с я ма площадке КНС устанавливать две под­ ставили 35//6 кВ. Одна из них служит только для питания дви­ гателей КНС и к ней не подключаются никакие другие потре­ бители. Вторая подстанция предназначается для питания к у ­ стов экстлуатацшошшх скважин, электроснабжения ДНС п питания трансформаторов 6Д),4кВ КНС. Схема электроснабже­ ния, вшЕолиенмая по такому принципу, приведена на рис. 97 [14].

Объем автоматизации КНС позволяет почта полностью от­ казаться от обслуживающего персонала, который требуется только для первоначального пуска станции, в случае аварии и

М 2