1369
.pdfным возбудителем. Управление пуском и остановкой двигателя насоса С Д — дистанционное посредством переключателя УП1 со станции управления ПГА 7002—01А1, установленной в на сосном блоке; отключение возможно также и с пульта буриль щика переключателем УП2. Поворот рукоятки УП1 в правое положение вызывает (при наличии напряжения 6 кВ, контро лируемого реле РП2, и замкнутой цепи катушки реле РП2) включение реле РВ и контактора КВ. Контактор КВ замыкает
К трансформатору
-У"' |
УП1 |
|
|
упг |
лево 0 право |
|
лебо 0 право |
||
конт. |
— — |
|
конт. |
|
1-1 |
X 1-1 |
— - X |
||
Z-Z — - |
X 1-1 |
— X . — |
||
з-з |
- X |
X |
|
|
Рис. 34. Схема управления синхронным двигателем бурового насоса
цепь обмотки возбуждения ОВВ возбудителя В на его якорь к включает свою катушку на самопитание, а реле РВ замыкает цепь катушки контактора высокого напряжения К.
Этот контактор своими главными контактами подает пита ние на обмотку статора двигателя СД, а блок-контактом вклю чает свою катушку на самопитание. Начинается асинхронный пуск синхронного двигателя СД; напряжение возбудителя В по мере разгона двигателя нарастает, и, следовательно, нара стает его ток возбуждения; при достижении подсинхронной ча стоты вращения ротор двигателя под действием входного мо мента втягивается в синхронизм. Ток возбуждения двигателя регулируется реостатом ШР, установленным на пульте.
Для повышения устойчивости двигателя насоса при сниже ниях напряжения предусмотрено форсирование возбуждения
9Е
двигателя. Контроль за напряжением осуществляется с помо щью реле РФ, которое при снижении напряжения на 15 % и более отпускает якорь и закрывает свой контакт в цепи ка тушки контактора форсирования КФ. Последний своим замы кающим контактом закорачивает часть реостата ШР\ напря жение возбудителя поднимается, возрастает ток в обмотке воз буждения ОВСД двигателя, а следовательно, увеличивается его максимальный момент.
Форсирование возбуждения синхронных двигателей целесо образно также и потому, что оно способствует повышению устойчивости всей энергосистемы, так как при аварийных ре жимах перевозбужденные синхронные двигатели, работая как генераторы реактивной энергии, стремятся поддерживать на пряжение в сети. После восстановления напряжения сети до номинального значения реле РФ вновь включается и форси ровка автоматически снимается.
Для остановки двигателя необходимо повернуть либо руко ятку УП1 в левое положение, либо рукоятку УП2 в любое по ложение. Это приводит к одновременному разрыву цепей кату шек контактора КВ и реле РВ. Контактор КВ разрывает цепь обмотки возбуждения возбудителя, обеспечивая гашение поля двигателя СД. Реле РВ с выдержкой времени около 1,5 с раз рывает цепь катушки контактора К и отключает обмоткуста тора двигателя СД от сети. Такая последовательность операций при отключении двигателя снижает перенапряжения в обмотке статора и на контактах контактора К при его отключении.
Защита двигателя от перегрузок и от асинхронного режима осуществляется при помощи реле РТ1 и РТ2, которые с вы держкой времени закрывают свои контакты в цепи катушки реле РП2, отключающего контактор К. Реле РП1 (его катушка на схеме не показана) своим размыкающим контактом РП1 осуществляет блокировку, при помощи которой цепь управле ния двигателем СД отключается, если отсутствует напряжение 6 кВ цепи питания двигателя.
Для контроля за работой привода насоса в схеме предус мотрены приборы измерения напряжения и силы тока в цепях статора и обмотки возбуждения (вольтметры VI и V2, ампер метры А1 и А2). Чтобы исключить перемагничивание возбуди теля при пуске двигателя, в цепь обмотки ОВВ включен диод ВК.
Наличие в описанном приводе бурового насоса электромашинного возбудителя, имеющего щеточный контакт, а также колец и щеток для токоподвода к обмотке возбуждения двига теля приводит к снижению надежности привода. Кроме того, двигатели СДЗ, СДЗБ и СДБ не предназначены для работы в условиях холодного климата. Поэтому были разработаны бесщеточные синхронные двигатели типа СДБО-99/42-8 и СДБО- 99/49-8ХЛ2, предназначенные как для привода бурового насоса, так и для привода буровой лебедки (рис. 35).
92
В двигателе применена бесщеточная система возбуждения (рис. 36), которая состоит из синхронного возбудителя ВбС, вращающегося преобразователя ПбВ и устройства бесконтакт ного измерения тока ротора и обеспечивает генерацию энергии возбуждения, ее бесконтактный подвод к обмотке ротора и измерение. Устройство управления электродвигателя обеспечи вает его пуск и остановку, защиту от перенапряжений при пу ске и других переходных процессах. Управление возбуждением ВбС производится от сети собственных нужд буровой установки с помощью согласующего трансформатора Тр1 и статического управляемого однофазного выпрямителя с нулевым выво дом ПбС.
Для обеспечения необходимого пускового момента и защиты от перенапряжений вентилей ПбВ и ротора двигателя в схеме предусмотрено пускозащитное устройство ПЗУ. В качестве ПЗУ применен тиристор, подключенный встречно-параллельно одному из вентилей ПбВ. Тиристор открывается под действием
отрицательной полуволны э. д. с., |
наведенной |
в |
роторе полем |
||
статора |
двигателя, с |
помощью |
стабилитронов, |
включенных |
|
в цепь |
управляющего |
перехода |
тиристора. |
Последовательно |
с тиристором включен разрядный резистор, обеспечивающий быстрое гашение поля ротора и закрытие пускового тиристора по окончании пуска. Так как момент подачи возбуждения мо жет оказать существенное влияние только на синхронизацию двигателей с большим моментом сопротивления и значительной электромеханической постоянной времени, то в схеме приме нено полупроводниковое реле времени РВП, обеспечивающее подачу возбуждения в конце пуска или после вхождения дви гателя в синхронизм. В схеме предусмотрена защита от корот ких замыканий во вращающемся преобразователе КЗЗ. За щита реагирует на пульсации тока возбуждения возбудителя, которые в случае аварии во вращающемся преобразователе до стигают значительной величины, и вызывает срабатывание сигнализации и отключение двигателя. Управление возбужде нием возбудителя, а следовательно, и двигателя осуществля ется с помощью автоматического регулятора (АРВ) по задан ному закону.
Регулятор выполнен на принципе запоминания сигналов тока н напряжения статора в каждый период напряжения сети. Таким образом, с динамической точки зрения регулятор обла дает характеристикой импульсного элемента с периодом кван тования 0,02 с, что обеспечивает его высокое быстродействие н малые пульсации выходного сигнала.
Особенностью одновременной работы двух поршневых буро вых насосов с синхронным приводом является усиление коле баний расхода и давления промывочной жидкости и парамет ров сети электроснабжения при совпадении фазы движения кривошипов. Результаты экспериментальных исследований па раллельной работы буровых насосов и анализ колебательных
94
процессов показали возможность и целесообразность управле ния фазой работы насосов путем регулирования относительного положения роторов приводных синхронных двигателей. Метод управления заключается в переводе ротора одного из двигате лей в смежное полюсное деление, в сторону, противоположную направлению вращения, при изменении полярности возбуж дения.
Для реализации этого метода в Гипротюменнефтегазе раз работан автоматический регулятор параллельной работы буро
вых |
насосов |
с |
синхронным |
|
|
|
|||
приводом |
(рис. 37). |
|
|
|
|
|
|||
Регулятор |
предназначен |
|
|
|
|||||
для работы с релейно-контак |
|
|
|
||||||
торными |
станциями |
управле |
|
|
|
||||
ния |
синхронными |
двигате |
|
|
|
||||
лями, |
применяемыми |
на |
элек |
|
|
|
|||
трифицированных |
|
установ |
|
|
|
||||
ках. |
Он |
обеспечивает выпол |
|
|
|
||||
нение следующих |
операций: |
|
|
|
|||||
включение |
сразу |
же |
после |
|
|
|
|||
выхода обоих |
насосных |
агре |
|
|
|
||||
гатов |
на |
установившуюся ча |
Рис. 37. Структурная схема автома |
||||||
стоту |
вращения; |
|
|
|
|||||
|
конкрет |
тического |
регулятора |
параллельной |
|||||
выбор |
в каждом |
работы буровых насосов: |
|||||||
ном |
случае |
ведомого |
двига |
И — индикаторы положения кривошипов |
|||||
теля, т. е. двигателя, положе |
(герконы); F — формирователи импульсов |
||||||||
различно!! длительности; L — логические |
|||||||||
ние ротора которого |
в данной |
элементы: |
К — контакторы, |
коммутирую |
|||||
ситуации |
целесообразно |
регу |
щие цепи возбуждения |
||||||
|
|
|
лировать; регулирование фазы работы насосных агрегатов до задан
ного значения, при котором пульсации параметров мини мальны;
нормальный режим работы двигателей при заданном угло вом сдвиге кривошипов насосов;
постоянный контроль и при необходимости корректировку фазы работы насосов;
релейную форсировку возбуждения двигателей в процессе управления положением ротора;
необходимую выдержку времени между двумя последова тельными циклами изменения полярности возбуждения ведо мого двигателя;
отключение регулятора при остановке хотя бы одного на соса.
Регулятор выполнен в виде трех взаимосвязанных узлов: индикаторов БИ заданного положения кривошипов, предназна ченных для контроля фазы насосных агрегатов; блока форми рования сигналов БФС управления, реализующего закон регу лирования взаимного положения роторов двигателей; блока контакторов БК, предназначенного для согласования блока
95
формирования сигналов с релейно-контакторными станциями управления двигателей.
На каждом буровом насосе размещаются по одному инди катору положения кривошипов, представляющему собой кон структивно постоянный магнит, закрепленный на кривошипном валу, и герметизированный магнитоуправляемый контакт (геркон), установленный на корпусе насоса. За один двойной ход насоса индикатор формирует один импульс. Сигналы с обоих индикаторов поступают на вход блока формирования, состоя щего из ряда формирователей импульсов различной длитель ности. Входные формирователи блока настроены таким обра зом, что при достижении кривошипами заданного взаимного по ложения формируемые ими импульсы синхронны. Несовпадение во времени импульсов с входных формирователей свидетель ствует о несоответствии фазы работы насосов заданному зна чению. Частота этих импульсов пропорциональна фазовому углу, а порядок их следования определяет выбор ведомого дви гателя. Собственно выбор осуществляется логическими элемен тами И — НЕТ, на которых сравнивается фазовый сдвиг сигна лов с входных формирователей импульсов с опорными импуль сами длительностью, равной половине времени двойного хода насоса.
Все переключения цепей возбуждения двигателей осущест вляются контакторами, которые управляются непосредственно блоком формирования. Полярность возбуждения ведомого дви гателя с электромашинным возбудителем целесообразно изме нять путем изменения полярности возбуждения возбудителей.
Обмотка возбуждения возбудителя ведомого двигателя че рез контакты реверсивных контакторов подключается к якорю возбудителя ведущего двигателя (рис. 38). При переключении реверсивных контакторов изменяется направление тока в об мотке возбудителя и, следовательно, в обмотке возбуждения ведомого двигателя. При достижении кривошипами насосов за данного взаимного положения обмотка возбуждения подключа
ется к своему возбудителю и двигатели продолжают |
работать |
|
в обычном режиме. |
|
|
Степень неравномерности давления при работе регулятора |
||
уменьшается более чем в 11 раз |
(рис. 39). |
базе вен |
Регулируемый электропривод |
бурового насоса на |
тильного двигателя (рис. 40) состоит из преобразователя ча стоты со звеном постоянного тока и серийной синхронной ма шины 5 и обеспечивает плавное и экономичное регулирование в диапазоне свыше 1 :20. Для управления инвертором исполь зуется бесконтактный датчик положения ротора в сочетании с датчиком напряжения на зажимах машины. Благодаря этому регулировочные свойства электропривода аналогичны свой ствам электропривода постоянного тока (выпрямленное напря жение через сглаживающий реактор. РФ подается на вход ин вертора 4). Тиристоры инвертора отпираются системой управ-
96
Рис. 38. Схема подключения ре |
БкВ |
бкВ |
|||
гулятора к синхронным |
двигате |
|
|
||
лям с |
электромашинным |
возбу |
|
|
|
|
дителем: |
|
|
|
|
СД — синхронные двигатели; |
В — элек- |
|
|
||
тромашинные возбудители; ОВВ — об |
|
|
|||
мотки |
возбуждения возбудителей; R — |
|
|
||
регулировочные реостаты; |
— доба |
|
|
||
вочные |
сопротивления; |
К — контакты |
|
|
|
контакторов регулятора; |
КФ— контакты |
|
|
||
контакторов форсировки |
возбуждения; |
|
|
.-1 — амперметры
р, МПа
Рис. 39. Диаграмма давления промывочной жидкости в манифольде при ра ботающем регуляторе (интервал глубины 765—790,5 м) и без регулятора (интервал глубины 740,5—765 м)
Рис. 40. Принципиальная схема вентильного двигателя:
1 — автоматический |
выключатель; |
2 — |
||
токоограничнвающне |
реакторы; |
3 — |
||
управляемый |
выпрямитель; |
4 — инвер |
||
тор; 5 — синхронный двигатель; |
б — |
|||
тиристорный |
возбудитель; |
7 — датчик |
положения ротора; 8 — тахогснератор;
9 — система |
импульсно-фазового уп |
|
равления выпрямителем; |
10 — система |
|
управления |
инвертором; |
11 — пулы |
|
управления |
|
4 Заказ № 2268
ления 10 в зависимости от сигналов датчика положения ротора 7. Ток возбуждения вентильного двигателя регулируется возбу дителем 6 в зависимости от нагрузки двигателя 5.
В буровой установке «Уралмаш-15000» для электропривода насосов У8-7 служат двигатели постоянного тока П172-12к (950 кВт, 550 В, 750/900 об/мин). Каждый из трех двигателей насосов получает питание по системе Г—Д от одного из глав ных генераторов установки. Обмотка возбуждения двигателя питается от силового нереверсивного магнитного усилителя. Пуск двигателя осуществляется путем оперативного управления напряжением генератора с помощью переключателя, установ ленного на пульте управления насоса.
Сменой цилиндровых втулок и поршней обеспечивается из менение подачи насоса в четыре ступени. При неизменном диа метре втулки частота вращения двигателя и подача насоса из меняются автоматически вследствие нелинейной обратной связи по давлению (или по току двигателя), воздействующей на си стему возбуждения двигателя насоса, причем в определенном диапазоне мощность поддерживается постоянной.
Для регулируемого электропривода буровых насосов по схеме асинхронно-вентильного каскада (см. рис. 5, в) приме няют асинхронные двигатели с фазным ротором (см. табл. 13).
Глава 3
ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД БУРОВЫХ УСТАНОВОК И ЭНЕРГЕТИКА БУРЕНИЯ
9. ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД
Дизельный привод главных механизмов буровых установок обладает рядом существенных недостатков. Стремление улуч шить характеристики дизельного привода, упростить кинема тику и повысить производительность буровых установок,, уве личить срок службы дизеля и улучшить условия труда буровых бригад привело к созданию гидравлических и электромашинных передач от дизеля к исполнительным механизмам.
К. п. д. (в %) различных приводов буровых установок
Электрический переменного тока . . |
70—73 |
Дизель-электрический постоянного тока |
60—70 |
Турбоэлектрический переменного тока |
49 |
Дизельный ................ |
60—62 |
Дизель-гидравлический |
52—54 |
Введение гидравлических передач (турботрансформаторов) увеличивает перегрузочную способность привода по моменту, исключает ряд нежелательных явлений при совместной работе дизелей на общую трансмиссию, улучшает условия работы ди зелей, в ряде случаев увеличивает скорости подъема инстру мента.
Электромашинные передачи постоянного тока дают почти те же результаты и, кроме того, позволяют упростить кинема тическую схему установки и улучшить условия труда буровой бригады. Применение электромашинных передач переменноготока имеет те же цели, а также дает возможность упразднить вспомогательные дизель-электростанции и обеспечивает наибо лее благоприятные условия для унификации буровых установок, предназначенных для работы в электрифицированных и неэлектрифицированных районах. Однако во всех случаях применение электромашинных и особенно гидравлических передач связано с потерями мощности. Кроме того, в ряде случаев может ока заться, что электромашинные передачи усложняют обслужива ние привода, увеличивают его массу и снижают надежность. Поэтому применение дизель-электрического или дизель-гидрав- лического привода вместо чисто дизельного не всегда целесо образно. В каждом отдельном случае нужно сделать соответ
ствующий |
технико-экономический сопоставительный анализ |
с учетом |
конкретных условий работы установки: способа и |
4* |
99 |
времени проходки скважин, расстояния, на которое нужно пе ревозить установку; геологических условий проходки скважин; квалификации обслуживающего персонала, наличия электроремонтной базы и пр.
Наибольшее развитие дизель-электрический привод получил в зарубежных буровых установках. Согласно литературным данным, за рубежом определились следующие области эффек тивного применения буровых установок с дизель-электрическим приводом:
Рис. 41. Принципиальна* схема дизель-электрического
100