Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности

Введение

В учебнике рассматривается электрооборудование, приме­ няемое при добыче и транспорте нефти и газа, а также при строительстве магистральных нефте- и газопроводов. Здесь име­ ется в виду силовое электрооборудование, непосредственно свя­ занное с приведением в действие технологических установок (электропривод, электронагрев, электрическая деэмульсация нефти и др.), и электрооборудование, устанавливаемое в устрой­ ствах электроснабжения этих установок (устройства электро­ снабжения представляют собой систему, предназначенную для производства, передачи и распределения электрической энер­ гии). Даются также основные сведения об устройстве электри­ ческого освещения технологических установок нефтяных и газо­ вых промыслов.

Рассматриваемое электрооборудование, как правило, рабо­ тает на переменном токе стандартной частоты 50 Гц при стан­ дартных напряжениях. Согласно ГОСТ 721—77 для приемников электрической энергии установлены стандартные напряжения трехфазного переменного тока: 36, 220, 380, 660 В и 3, 6, 10, 20, 35, ПО, 220, 330, 500, 750 кВ. Для однофазного тока предусмот­ рены также стандартные напряжения 12, 24 и 127 В. Напряже­ ния у источников питания, в частности у генераторов и вторич­ ных обмоток трансформаторов, устанавливаются на 5% выше, чем у приемников, например 230, 400, 690 В, 6, 3, 10,5 кВ и т. д.

Рассматриваемое здесь силовое электрооборудование пита­ ется током напряжением от 220 до 10 000 В, осветительные при­ боры— напряжением от 12 до 220 В, а в устройствах электро­ снабжения нефтяной и газовой промышленности используются напряжения ПО—220 кВ.

В тех случаях, когда необходим постоянный ток, его полу­ чают путем выпрямления переменного тока и в редких слу­ чаях— от генераторов постоянного тока местных электро­

станций.

Электрооборудование, применяемое в рассматриваемых уста­ новках, достаточно подробно описано в соответствующих главах

книги.

Нефтяные промыслы СССР в настоящее время полностью электрифицированы, что позволило применить удобные, про­ стые и экономически выгодные двигатели, уменьшить потребле­ ние топлива на промыслах, создать совершенный привод рабо­ чих механизмов, допускающий комплексную автоматизацию производственных процессов.

Глава 1

Источники электрической энергии и ее распределение на предприятиях нефтяной и газовой промышленности

§ 1. Источники энергии, требования к устройствам электроснабжения

Питание потребителей нефтяной и газовой промышленности электрической энергией осуществляется от сетей энергосистем или от собственных местных электрических станций.

Установки с большой установленной мощностью электрифи­ цированных механизмов, например компрессорные станции ма­ гистральных газопроводов, перекачивающие насосные станции магистральных трубопроводов, комплекс установок нефтяных и газовых промыслов,— как правило, питаются от энергосистем.

Энергетической системой называется совокупность электро­ станций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепло­ вой энергии.

Часть энергосистемы, содержащая только электрические ус­ тройства— генераторы, распределительные устройства, транс­ форматорные подстанции, линии электрической сети и присоеди­ ненные к энергосистеме приемники электроэнергии,— называ­ ется электрической системой.

В состав электрических сетей, предназначенных для пере­ дачи электроэнергии от места ее производства до мест потребле­ ния, входят кабельные и воздушные линии различных напря­ жений, трансформаторные и распределительные подстанции.

Районные сети, предназначенные для питания электроэнер­ гией больших районов, связывают электростанции электроси­ стемы (ЭС) между собой и с центрами нагрузок и имеют напря­

жение 110 кВ и выше (рис. 1.1).

Местные сети предназначены для питания небольших райо­ нов с радиусом действия до 15—20 км (например, промысло­ вые) и напряжением до 35 кВ включительно.

Линии передачи напряжением 220—750 кВ переменного и 800 кВ постоянного тока, связывающие между собой электри­ ческие системы, принято называть межсистемными связями.

Потребители электроэнергии нефтяной и газовой промыш­ ленности подключаются на питание к районным или местным сетям электросистемы.

5

26—30% энергии, выделяющейся при сжигании топлива, пре­ вращается в электрическую.

В теплофикационных станциях от промежуточных ступеней турбины отводится часть пара для снабжения близлежащих предприятий и жилых массивов теплом. Часть отводимого пара используется непосредственно на производстве, другая часть — для подогрева воды, идущей в теплофикационную сеть. Вслед­ ствие уменьшения потерь на конденсацию получаемая от стан­ ции энергия, идущая на теплофикацию и в электрическую сеть, здесь составляет около 60—70% от энергии сжигаемого топ­ лива. Мощность тепловых паротурбинных станций доходит до 3 млн. кВт и более.

Современные атомные станции работают на основе исполь­ зования тепла, выделяемого в атомном реакторе в результате деления ядер урана под действием нейтронной бомбардировки, для получения пара, приводящего в действие паровые турбины, вращающие электрические генераторы. В СССР работают атом­ ные станции мощностью 2 млн. кВт, строятся и более мощные.

Гидростанции на реках, использующие энергию массы воды, падающей с высоты, разделяются на деривационные и плотин­ ные. В первых при относительно небольшом расходе воды за счет большой высоты падения может быть получена достаточно большая мощность (десятки тысяч киловатт). Деривационные станции имеются на горных реках (Кавказ, Алтай, Средняя Азия). Вода в них после плотины отводится к турбинам через водоводы в виде туннелей или трубопроводов. Более важную роль в энергетическом балансе страны играют плотинные гидро­ станции, мощность которых достигает 6,5 млн. кВт (Саяно-Шу­ шенская ГЭС). В плотинных ГЭС используется напор воды, со­ здаваемый между нижним и верхним бьефами при помощи пло­ тины. Большая мощность здесь получается за счет большого расхода воды при ее напоре, намного меньшем, чем в дерива­ ционных станциях.

Местные стационарные электростанции, обслуживающие предприятия, расположенные в районах, где отсутствуют сети энергосистем, или передвижные электростанции, питающие энер­ гией строительные объекты (см. гл. 12, § 78), имеют сравни­ тельно небольшую мощность (десятки, сотни или тысячи кило­ ватт). В качестве первичных двигателей здесь применяются дизели, газовые турбины, газовые поршневые двигатели, бен­ зиновые автомобильные двигатели. Очень редко применяются собственные ТЭЦ.

Часто при освоении новых нефтяных и газовых месторожде­ ний, расположенных далеко от сетей энергосистем, при разве­ дочных работах и в начальный период эксплуатации для вре­ менного электроснабжения применяются местные дизельные и газотурбинные электростанции мощностью несколько тысяч ки­ ловатт, энергопоезда с тепловыми электростанциями, которые

7

госистемы). От районной электрической сети энергосистемы при помощи линий 110—220 кВ получает питание ЦП. От послед-

низмы; 11 — ротор и лебедка

него электроэнергия при напряжении 35 кВ подается на про­ мысловые подстанции 35/6 кВ.

При напряжении 6 кВ энергия подается к буровым установ­ кам, компрессорным станциям, насосным перекачки нефти, во­ дяным насосным системы поддержания пластового давления, трансформаторным подстанциям 6/0,4 кВ, питающим электро­ оборудование скважин насосной эксплуатации.

На буровых установках напряжение питания основных дви­ гателей (ротор, лебедка, буровые насосы) 6 кВ, а двигатели вспомогательных механизмов питаются при напряжении 0,38 кВ через понижающие трансформаторы 6/0,4 кВ. На некоторых бу­ ровых установках двигатели ротора и лебедки получают элек­

8

троэнергию при напряжении 500 В от бурового трансформатора 6/0,525 кВ.

Двигатели станков-качалок и установки погружных центро­ бежных электронасосов получают питание напряжением 380 В от устанавливаемых на скважинах понижающих трансформато­ ров 6/0,4 кВ или (на промыслах, обустроенных 8—9 лет назад и ранее) от промысловых подстанций 6/0,4 кВ, от которых пита­ ются и другие потребители с двигателями мощностью, не превы­ шающей 150 кВт (насосы артезианских скважин, внутрипромысловая перекачка нефти и др.). В последнее время внедряется система глубокого ввода, при которой более высокое напряже­ ние подводится непосредственно к узлам потребителей. В част­ ности, на буровые установки, а чаще на кустовые насосные стан­ ции закачки воды в пласт (см. рис. 1,2); при этом непосред­ ственно заводятся линии электропередачи 35 кВ или ПО кВ.

Схемы электроснабжения нефтепромысловых объектов За­ падной Сибири отличаются своими особенностями. Технологиче­ ские объекты по добыче нефти Самотлорского месторождения, покрытого озерами и болотами, располагаются на насыпных площадках. Здесь на небольшой площади концентрируются на­ грузки, достигающие 50 000 кВт. Каждая площадка оборудуется подстанцией глубокого ввода 110/6 или 110/35/6 кВ.

Компрессорные станции магистральных газопроводов и пере­ качивающие насосные станции магистральных трубопроводов получают электроэнергию от внутрисистемных районных рас­

нижающими подстанциями ПО—220/6 кВ, содержащими также ступени вторичной трансформации (6/0,4 кВ, см. § 70 и 75).

Электрифицированные машины для строительства трубопро­ водов и вспомогательные устройства получают питание от соб­ ственных передвижных электростанций, смонтированных на ав­ топлощадках.

По степени обеспечения надежности электроснабжения элек­ троприемники согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) делятся на три категории — 1-ю, 2-ю, 3-ю,— начиная с наиболее ответственных. При этом понятие «электроприемник» относится к установке, агрегату и т. п., имеющему резервные элементы. Таким образом, отдельный двигатель, трансформатор и т. п. не могут быть приемниками 1-й и 2-й категорий, так как повреждение самого приемника приводит к остановке агрегата, машины и т. п. и обеспечение бесперебойности питания здесь не имеет смысла.

К 1-й категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб, связанный с поврежде­ нием оборудования, массовым браком продукции или длитель­ ным расстройством технологического процесса.

9