Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности

110/10 кВ при напряжении 10 кВ, энергия подводится к рас­ пределительным устройствам 10 кВ НПС по линиям большого сечения. Каждая из этих линий выполняется из 4—6 кабелей площадью сечения 3x150 или 3x240 мм2 (при использовании кабелей), что осложняет монтаж и недостаточно надежно из-за использования значительного числа кабельных муфт. В послед-

лэп-покв

Рис. 11.19. Типовая принципиальная схема электрических соединений подстан­ ции 110/6(10) кВ

нее время для таких линий длиной до 2 км стали применять гибкие воздушные токопроводы из алюминиевых проводов с расщепленными фазами на 6,8 или 10 проводов, закреплен­ ных на металлических или бетонных опорах. Имеются также специальные кабели — токопроводы на 10 кВ площадью сече­ ния 1500—2000 мм2 длиной до 0,5 км. Наиболее распростра­ ненная подстанция 220(110)/6 (10) кВ — тупиковая.

Принципиальные схемы подстанций для НПС могут быть такими, как показаны на рис. 11.8 и на рис. 11.9. Разрабо­ таны типовые проекты двухтрансформаторных подстанций 35—110/6(10) кВ для НПС без выключателей на стороне выс­ шего напряжения с трансформаторами мощностью 4—63 МВ-А

411

для применения на всех нефтепроводах (кроме находящихся в районах Сибири). На стороне высшего напряжения иногда

•стороне 110 кВ. Каждый блок обеспечивает полностью мощ­ ность, необходимую для НПС. Каждый из главных трансфор­ маторов связан с питающей линией ПО кВ через отделитель. На стороне 6(10) кВ принята одинарная система шин, сек­ ционированная масляным выключателем. Для питания потре­ бителей собственных нужд понизительной подстанции (обдув трансформаторов, приводы выключателей, отделителей и короткозамыкателей, выпрямительные блоки питания оператив­ ных цепей защиты и автоматики, освещение, вентиляция РУ 6(10) кВ и др.) устанавливают два трансформатора 6(10)/0,4— 0,23 кВ. Каждый трансформатор мощностью 63 кВ-А присоеди­

щиту, максимальную токовую защиту от коротких замыканий, токовую защиту от перегрузок с действием на сигнал, газо­ вую защиту, температурную сигнализацию. Дифференциаль­ ная защита и отключающий контакт (вторая ступень) газо­ вого реле при срабатывании включают короткозамыкатель на стороне 110 кВ трансформатора, при этом отключается транс­ форматор отделителем на стороне ПО кВ в бестоковую паузу.

Секционные выключатели на стороне 6(10) кВ снабжают максимальной токовой защитой с выдержкой времени, превы­ шающей на одну ступень выдержку времени защиты на от­ ходящих линиях 6(10) кВ. Предусматривается автоматическое включение секционного выключателя при отключении одного из главных трансформаторов и при исчезновении напряжения на питающей линии ПО кВ, автоматическое включение пере­ мычки на стороне 110 кВ при отключении одной из линий ПО кВ, а также автоматическое включение резервного транс­ форматора собственных нужд. Схемой предусматривается воз­

412

и постоянный ток. На переменном токе действуют схемы уп­ равления силовых трансформаторов, секционного выключа­ теля, центральной сигнализации. Цепи защиты и управления отходящих линий 6(10) кВ питаются оперативным током, по­ лучаемым от специальных выпрямительных устройств, акку­ муляторов. Для отключения отделителей 110 кВ вводных и секционного выключателей 6(10) кВ как источник энергии иногда используют предварительно заряженные конденсаторы.

Питание потребителей напряжением 380/220 В осуществля­ ется от двухтрансформаторной комплектной трансформаторной подстанции (КТП) 6 (10)/0,4—0,23 кВ с секционированием сборных шин и АВР с секционными выключателями как на

ская станция, запускаемая автоматически при исчезновении напряжения на шинах 6(10) кВ подстанции. Мощность этой станции 250—500 кВт. К числу потребителей этой группы от­ носятся входная, выходная электрозадвижки и задвижки для работы нефтепровода при отключившейся насосной станции, противопожарный пенный насос и его задвижка, освещение насосной, противопожарная автоматика, системы автоматики и телемеханики насосной станции. Пожарные и пенные на­ сосы кроме электрического привода снабжаются и дизельным. Указанная мощность дизельной электростанции определяется без учета их нагрузок.

В последние годы в проектах предусматривают унифици­

новки, в том числе устройства электроснабжения, размеща­ ются на открытом воздухе с применением утепленных индиви­ дуальных укрытий для оборудования, требующего положи­ тельной температуры и защиты от непогоды.

Эти индивидуальные укрытия (блок-боксы) типа кожухов имеют небольшие размеры. Управление оборудованием мак­ симально автоматизируется.

В частности, для блочно-комплектной станции БКНС-12,5 предусматривается 40 блок-боксов и 26 комплектных соору-

413

жений и установок. В том числе для энергетического обору­ дования: восемь блок-боксов закрытых распределительных устройств 10 кВ, распределительных щитов и комплектных трансформаторных подстанций 2X630 кВ-А; два блок-бокса комплектных трансформаторных подстанций 2X400 кВ-А и распределительных щитов, десять комплектных установок и сооружений, два блока дизельной электростанции, один блок разъединителей и реакторов наружной установки и др.

Основные агрегаты имеют общее укрытие, разделенное пе­ регородкой на два помещения — для электродвигателей и на­ сосов.

Устанавливаются четыре насоса с синхронными двигате­ лями СТД-8000-2 по 8000 кВт на 10 кВ.

Электроснабжение станции БК.НС-12,5 осуществляется от открытой подстанции 110/10 кВ, имеющей схему по типу блок

110/10 кВ подводится к блок-боксам закрытого распредели­ тельного устройства 10 кВ по четырем воздушным токопроводам или кабелями-токопроводами площадью сечения 1500 мм2 на 10 кВ.

§ 75. Регулируемый электропривод центробежных нагнетателей КС и главных насосов перекачивающих насосных станций

Режим работы компрессорных станций на магистральных газопроводах переменный, т. е. изменяются количество пере­ качиваемого газа и давление его на приеме станции. Это определяется главным образом неравномерностью потребления газа. Кроме того, значительное влияние на изменение режима работы КС оказывают поэтапный ввод в эксплуатацию газо­ провода и соответствующее этому постепенное увеличение его мощности, а также изменение давления газа на приеме нагне­

характеристик. При этом количество газа, транспортируемого по газопроводу, соответствует производительности нагнетателя при данном давлении на приеме КС. Для обеспечения нор­ мальной совместной работы нагнетателя и газопровода необхо­ димо изменить характеристику нагнетателя в ту или другую сторону в зависимости от газопотребления. Это может быть осуществлено дросселированием (регулированием задвижкой) при работе нескольких последовательно включенных нагнета­ телей с постоянной частотой вращения вала, отключением последовательно или параллельно включенных нагнетателей, регулированием частоты вращения вала нагнетателей.

414

Система регулирования должна предусматривать регули­ рование как по графику потребления газа в течение года, так и в динамических режимах при текущих изменениях нагрузки газопровода.

На основании исследований, проведенных проектно-иссле­ довательскими организациями, допущены следующие выводы.

Регулирование дросселированием при постоянной частоте вращения вала связано со значительными потерями энергии и должно быть признано неэкономичным. Ступенчатое регули­ рование за счет изменения числа работающих нагнетателей не может обеспечить в общем случае их нормальной работы при переменном режиме работы газопровода. Этот способ регулиро­ вания, сочетаясь с плавным регулированием, позволяет со­ кратить необходимый диапазон регулирования. Меньший рас­ ход электроэнергии достигается изменением производитель­ ности нагнетателя за счет изменения частоты вращения вала приводного электродвигателя, достигаемого применением из­ вестных методов, оптимальных в отношении потерь энергии.

Вообще технико-экономическая целесообразность регулиро­ вания производительности центробежных нагнетателей изме­ нением частоты вращения вала определяется режимом газо­ провода, числом и мощностью нагнетателей и должна прове­ ряться для каждого конкретного случая. В основном такое регулирование экономически оправдывается.

Необходимый диапазон регулирования частоты вращения вала приводного электродвигателя при изменении производи­ тельности центробежного нагнетателя составляет 1—0,7 но­ минальной частоты вращения, т. е. привод для центробежных нагнетателей должен обеспечивать ее регулирование на 30% ниже номинальной.

В процессе перекачки нефти и нефтепродуктов условия работы трубопроводов изменяются, вследствие чего меняются давления на приеме и нагнетании перекачивающих насосных станций.

Если промежуточные насосные станции имеют промежуточ­ ные емкости, то расход и давление на каждом участке трубо­ провода определяются только работой насосной станции, рас­ положенной в начале участка. Если трубопровод работает в режиме «из насоса в насос», то при остановке какой-либо промежуточной насосной станции возрастает давление на вса­ сывании и нагнетании на предыдущих станциях и снижается на последующих. Соответственно, при вводе в работу такой станции повышается давление нагнетания на этой станции и последующих и понижается давление на всасывании этой стан­ ции и всех предыдущих.

При установленном постоянном режиме работы насосных станций в ходе последовательной перекачки нефтей или неф­ тепродуктов, имеющих различные плотности или вязкости, ме­

415

няются расход и давление по всему трубопроводу. Изменения происходят по мере засорения трубопровода, а также при образовании в нем воздушных мешков. Например, при после­ довательной перекачке нефтепродуктов с сильно отличающи­ мися плотностью и вязкостью изменения давления на границе раздела жидкостей, когда она находится в середине трубо­ провода, достигают 1,5 МПа, а при перекачке нефтей эти изменения доходят до 0,5—0,8 МПа.

Поэтому необходимо регулирование, обеспечивающее из­ менение давления на приеме и нагнетании, а также подача насосной станции в соответствии с режимом работы трубо­ проводов. Методы регулирования определяются в каждом конкретном случае в зависимости от назначения трубопровода и режима его работы. Иногда целесообразно вести ступенча­

за счет планового изменения заданной подачи при перекачке или изменения режима в связи с аварийным отключением на­ сосных или отдельных агрегатов.

Во многих случаях требуется плавное регулирование дав­ ления и подачи насосов. На рассматриваемых насосных с центробежными насосами это достигается дросселированием потока, а также может быть обеспечено применением регули­ руемого привода насосов.

Мощность, потребляемая насосом при регулировании дрос­ селированием, больше, чем при регулировании за счет изме­ нения частоты вращения. Однако часто время работы агре­ гата в режиме регулирования невелико (не превышает 10% от общего времени работы), а регулируемый электропривод требует значительного усложнения электрооборудования. По этой причине в трубопроводном транспорте СССР распростра­ нено регулирование дросселированием потока жидкости в на­ гнетательном трубопроводе.

При регулировании за счет изменения частоты вращения рабочих колес насосов привод должен быть рассчитан на ее снижении относительно номинальной ориентировочно на 30— 40%. Диапазон регулирования должен быть определен в зави­ симости от конкретных условий эксплуатации трубопровода.

Как мощности приводных двигателей, так и диапазоны плав­ ного регулирования частоты вращения у приводов центробеж­ ных нагнетателей КС и мощных насосных агрегатов перекачи­ вающих насосных близки друг к другу.

При применении асинхронных двигателей регулирование ча­ стоты вращения вала с мощностью двигателей несколько тысяч киловатт целесообразно осуществлять с возвратом энергии

416

(см. § 18), во втором — питание статора от преобразователя частоты либо питание статора от сети при частоте 50 Гц и вве­ дении в цепь ротора источника энергии переменной частоты (машина двойного хштания).

Так как синхронные двигатели имеют преимущественное распространение для привода центробежных нагнетателей КС

а

Рис. 11.20. Тиристорный преобразователь частоты:

и главных насосов НПС (во вновь сооружаемых станциях при­ меняются и будут применяться только синхронные двигатели), то наибольшее практическое значение приобретает регулирова­ ние частоты вращения таких машин.

Исследования, проведенные на кафедре электрооборудова­ ния и электрических машин МИНХ и ГП, показали целесооб­ разность регулирования частоты вращения синхронных двига­ телей за счет изменения частоты питающего напряжения с по­ мощью статического полупроводникового преобразователя час­ тоты с промежуточным звеном постоянного тока (рис. 11.20, а).

Глава 12

Электрооборудование механизмов для сооружения магистральных трубопроводов

§ 76. Общие положения

Строительство трубопроводов осуществляется в различных климатических зонах нашей страны — от пустынь Средней Азии и до районов Крайнего Севера. Поэтому к оборудованию и ма­ шинам для строительства трубопроводов, в том числе и к элек­ трооборудованию, в целях повышения его надежности и дол­ говечности предъявляются повышенные технические требования.

Машины для строительства трубопроводов приводятся в дви­ жение двигателями внутреннего сгорания через механические трансмиссии или электродвигателями. Выбор типа двигателя зависит от условий работы и характера нагрузки машины. При­ менение электропривода в машинах для строительства трубо­ проводов обусловлено его известными преимуществами: воз­ можностью упрощения и исключения механических трансмис­ сий путем замены группового привода индивидуальным; возможностью подключения механизмов к действующим элек­ тросетям; высоким КПД (до 90%); надежностью и долговеч­ ностью; надежной автоматической защитой машин от пере­ грузки и токов короткого замыкания; удобством дистанцион­ ного кнопочного управления с автоматическими выключениями или переключениями при достижении рабочим органом край­ них положений; простотой и удобством управления и регулиро­ вания; уменьшением габаритных размеров и снижением массы машин с повышением надежности и производительности; улуч­ шением условий и гигиены труда применением электрического обогрева, вентиляции, снижением уровня шумов и вибрации.

Недостатками электропривода, особенно для дизель-элект- рических машин, являются относительно высокая стоимость электрооборудования и сложность технического ухода.

Электрифицированные машины, применяемые на строитель­ ных трассах, разделяются на следующие основные группы.

1. Самоходные и передвижные дизель-электрические или электрические (траншейные экскаваторы, передвижные элект­ ростанции, трубоочистные и трубоизоляционные машины, би­ тумные котлы и пр.).

2. Разборные дизель-электрические или электрические ма­ шины, работающие в полевых условиях и подвергаемые перио­ дическим перебазировкам (земснаряды, трубосварочные линии, трубогибочные машины и др.).

3. Электрифицированные установки, работающие сезонно во временных производственных помещениях или под навесом.

4. Электросварочные агрегаты и различные походные лабо­ ратории, бурильные машины и мастерские, снабжаемые дизельгенераторами переменного тока малой мощности.

Большинство работающих машин оснащено асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором напряжением 220/ 380 В. Исполнение этих двигателей, а также синхронных гене­ раторов различных дизель-электростанций — защищенное или закрытое обдуваемое.

Для работы в условиях отдаленных от материально-техни­ ческих и ремонтных баз электроаппаратура управления должна обладать повышенной износоустойчивостью. Схемы же релейно­ контакторной аппаратуры управления для автоматического ре­ гулирования и управления синхронными генераторами и асин­ хронными двигателями находят применение бесконтактные эле­ менты управления, обладающие высокой надежностью: полупроводниковые неуправляемые и управляемые вентили и магнитные усилители.

Защита двигателей от перегрузки и токов короткого замыка­ ния осуществляется тепловыми или электромагнитными реле, плавкими предохранителями и автоматическими выключателями.

Для защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током осветительные приборы и переносные кнопки управления включены в цепи напряжением 24 В. При питании от электрических сетей корпуса электрооборудования надежно присоединяют к существующей системе защитного за­ земления, а в самоходных электроустановках безопасность обслуживания обеспечивается защитным автоматическим от­ ключением.

Следует отметить перспективность применения электродви­ гателей повышенной частоты тока в автономных системах для самоходных машин, поскольку они отличаются меньшими мас­ сой и габаритными размерами.

§ 77. Электрооборудование передвижных электростанций

Передвижные электростанции служат для питания электро­ энергией асинхронных двигателей, установленных на различ­ ных механизмах, применяемых на трассе строительства трубо­ провода. Агрегаты передвижных электростанций обычно мон­ тируют на транспортных средствах. Они могут быть установ­ лены также на самоходных машинах для строительства трубопроводов. В последнем случае они служат для питания нагрузок только данной машины.

Агрегаты передвижных электростанций состоят из первич­ ного двигателя (бензинового или дизельного), синхронного ге­ нератора трехфазного переменного тока и распределительного

420