1369

мере износа насоса будет соответственно увеличиваться ча­ стота качаний станка-качалки.

В настоящее время скважину останавливают и насос из­ влекают из нее для ремонта при уменьшении коэффициента подачи насоса в 2 раза против начального значения. При регу­ лируемом электроприводе возможно увеличение межремонтного периода работы насоса и сокращение времени простоев сква­ жины, обусловленных необходимостью смены насоса.

В-третьих, имеются такие скважины, на которых необхо­ димо постепенно увеличивать частоту качаний после пуска скважины вследствие большого содержания песка в откачи­ ваемой жидкости.

Применяемая в настоящее время для изменения частоты качаний смена шкивов не дает возможности плавно изменять частоту качаний, вызывает простои скважины на время пере­ становки шкивов и может приводить к нежелательным изме­ нениям режима скважины. Поэтому актуально создание нового регулируемого электропривода станков-качалок [5].

Для регулирования частоты вращения двигателей можно использовать асинхронные каскады, двигатели постоянного тока, питаемые от регулируемых выпрямителей, многоскорост­ ные асинхронные двигатели или синхронные двигатели с ко­ робками передач и др. Возможно применение двигателей пе­ ременного тока с плавным регулированием их частоты враще­ ния, достигаемый за счет полупроводникового преобразователя частоты.

Исследования по созданию регулируемых приводов посто­ янного тока с двигателями, питаемыми через управляемые выпрямители, а также частотно-регулируемых приводов пере­ менного тока для станков-качалок ведутся в АзИННЕФТЕХИМЕ им. Азизбекова. АзНИЭТИ разработал короткоцикло­ вый электропривод станков-качалок на основе двухскоростного асинхронного двигателя на 750 и 1500 об/мин. Этот привод мо­ жет работать длительно на низшей скорости, циклически с че­ редованием двух скоростей либо длительно на высшей скоро­ сти.

Средняя частота качаний п за время цикла Т определяется

Частота качаний п может изменяться от П\ до п2 с измене­ нием времени /, и t2. Общая продолжительность цикла 10 мин.

23. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ СТАНКОВ-КАЧАЛОК

Остановка большей части глубиннонасосных установок при прекращении подачи электроэнергии связана только с потерей нефти, определяемой прекращением ее откачки из скважины,

ривать питание от двух независимых источников тока с авто­ матическим резервированием. Рассмотрим вопрос о том, необ­ ходимо ли строить резервные воздушные ЛЭП 6 кВ, которые могут быть использованы для электроснабжения потребителей в случае аварий на основных воздушных ЛЭП 6 кВ. Целесо­ образный вариант электроснабжения может быть выбран на основании сопоставления расчетных годовых затрат при на­ личии или отсутствии резерва.

Условия целесообразности создания резерва в схеме элект­

Расчетные годовые затраты на схему, не обеспечивающую бесперебойное электроснабжение (схема без резерва), можно определить из следующего выражения:

Если схема электроснабжения при наличии резерва обес­ печивает бесперебойное питание потребителей, то ущерб отсут­

и ремонт резервированной линии, руб.

Очевидно, что при некотором критическом значении годо­ вого дополнительного ущерба от перерыва электроснабжения годовые затраты на резервированные и нерезервированные ли­ нии будут равны, т. е.

где ра= 0,1 — коэффициент амортизационных отчислений.

Полагая, что капитальные вложения на сооружение основ­ ной и резервной линий в схеме электроснабжения равны, можно записать

Указанное равенство будет иметь место при некотором кри­ тическом среднем часовом дебите группы скважин, питаю­ щихся от данной линии:

тическое ожидание числа случаев перерыва электроснабжения вследствие выхода из строя каждой из линий; Тэ— математи­ ческое ожидание времени перерыва электроснабжения.

Это объясняется тем, что объем выпущенной продукции в нефтедобыче (объем добытой нефти) линейно связан с вре­ менем работы нефтепромысла. Поэтому зависимость дополни­ тельного ущерба потребителя от времени перерыва техноло­ гического процесса также имеет линейный характер. Следо­ вательно, среднее значение дополнительного ущерба можно определить, пользуясь не конкретными значениями времени перерыва технологического процесса, а их математическими ожиданиями. Таким образом, годовой дополнительный ущерб от перерыва электроснабжения на нефтепромысле для каждой ли­ нии, питающей группу скважин, составит

Очевидно, что если фактический дебит группы скважин, пи­ тающихся от данной линии, больше критического дебита, то есть смысл рассматривать вопрос о резервировании линии. В противном случае резервирование не имеет смысла. При про­ чих равных условиях средний критический часовой дебит группы скважин, питающихся от одной воздушной ЛЭП 6 кВ, зависит от математического ожидания числа случаев перерыва электроснабжения вследствие выхода из строя каждой из ли­ ний и от математического ожидания времени перерыва элект­ роснабжения. Рассмотрим эти зависимости, построенные для

нет необходимость в резервировании этих линий. Если умень­ шить среднюю повреждаемость воздушных ЛЭП 6 кВ до 11,2 повреждений на 100 км в один год для ЛЭП № 1 или до 13,1 повреждений на 100 км в один год для ЛЭП № 2, то исчезнет необходимость в строительстве резервных линий для этих

164

ЛЭП (рис. 68,6). Значения аВл. ср и Тэ обычно определяются на основании статистических данных об отказах воздушных ЛЭП и времени их восстановления.

Для повышения надежности электроснабжения скважин, оборудованных глубиннонасосными установками, следует стре­ миться к снижению авл. ср и Гэ. Это достигается применением АПВ линий, их кольцеванием по схеме разомкнутого кольца, повышением оперативности персонала, производящего ремонт в электрических сетях. Имеющиеся линии целесообразно ре­ конструировать таким образом, чтобы длина одного плеча воз­ душной ЛЭП 6 кВ не превышала 5—6 км. Это позволяет не только повысить качество электроэнергии на зажимах потребн­

ее

Ач, ™1Ч

70 Дч.факт=Б

телей, но и уменьшить количество нефти, теряемой вследствие отключения ЛЭП.

Если перерыв в электроснабжении влечет за собой пробкообразование и последующий ремонт скважины, то затраты, связанные с устранением этой аварии, должны быть учтены при определении ущерба.

Ранее в качестве комплектных трансформаторных подстан­ ций использовались главным образом подстанции, основное на­ значение которых — питание сельскохозяйственных и бытовых потребителей. В настоящее время имеются специальные под­ станции для питания станков-качалок (типа КТПНД) мощно­ стью от 25 до 250 кВ • А, рассчитанные на работу при темпе­

них применяется относительно несложная пусковая и защитная аппаратура.

Условия ее действия зависят от способа самозапуска дви­ гателей— индивидуального или группового (магистрального). При индивидуальном самозапуске после исчезновения или глу­ бокого снижения напряжения двигатель автоматически отклю­ чается от питающей сети и после восстановления нормального

165

напряжения вновь автоматически подключается к ней с задан­ ной выдержкой времени. При этом для включения разных групп двигателей, питаемых от одного источника, задаются разные выдержки времени. Этим предотвращается наложение пусковых токов большого числа одновременно пускаемых дви­ гателей, что привело бы к понижению напряжения и умень­ шению пусковых моментов двигателей.

ЛЭП ВкВ

Рис. 69. Комплектные транс­ форматорные подстанции типа КТПНД:

Обычно двигатели с индивидуальным самозапуском, питае­ мые от одной подстанции 6/0,38 кВ или от одной линии 6 кВ, разбиваются на несколько групп: в первой группе выдержка времени отсутствует, т. е. они запускаются непосредственно после восстановления напряжения; во второй, в третьей и т. д. группах двигатели включаются с выдержкой времени, возра­ стающей при переходе от группы к группе. Наибольшая вы­ держка времени зависит от типа реле времени, установленного в пусковой аппаратуре, и составляет 14 или 20 с.

При групповом самозапуске в случае исчезновения или глу­ бокого снижения напряжения в сети каждый отдельный дви­

166

гатель станка-качалки не отключается от питающей его линии (магистрали). Отключаются сами магистрали на питающей подстанции. Самозапуск осуществляется включением магист­ ралей в определенной последовательности с разными выдерж­ ками времени. При включении магистрали начинается пуск всех присоединенных к ней двигателей [5].

При групповом самозапуске для электродвигателя станкакачалки в качестве пускового и защитного может быть при­ менено устройство (рис. 70), содержащее автоматический вы­ ключатель с электромагнитным расцепителем максимального тока и трехполюсный контактор КЛ с биметаллическими те­ пловыми реле РТ1 и РТ2. Выклю­

жен быть исключен, то в качестве пускового и защитного устройства может быть применен аппа­

рат, содержащий установочный автомат и обычный магнитный пускатель.

Промышленность СССР выпускает блоки управления элект­ роприводами станков-качалок серии БГШ (рис. 71,а), заменя­ ющие ранее выпускавшиеся блоки БУ. Блоки БГШ могут быть также использованы при групповом самозапуске и при отсут­

Конструктивно блок выполнен в виде навесного металличе­ ского шкафа водо- и пылезащищенного исполнения, предназ­ наченного для работы на открытом воздухе. В шкафу смон­ тирована вся аппаратура блока. Снаружи шкафа закреплен привод с рукояткой для включения автоматического выклю­ чателя А1.

На боковую стенку шкафа выведена рукоятка управления универсального кулачкового переключателя УЯ; здесь же рас­ положены штепсельный разъем, предназначенный для присо­ единения переносного электрифицированного инструмента, и рукоятка пакетного выключателя В1. Автоматический выклю­ чатель А1 с электромагнитным расцепителем служит для за­

167

щиты от токов короткого замыкания и отключения блока н двигателя от сети при осмотрах и ремонтах. Автоматический выключатель Л2 защищает от токов короткого замыкания в цепи питания переносного электрифицированного инстру­ мента.

Управление двигателем осуществляется при помощи пере­ ключателя УП, имеющего одно фиксированное (нулевое) по­ ложение рукоятки с самовозвратом в это положение. Для пуска двигателя от руки на месте установки блока после вклю-

Рис. 71. Схемы блока БГШ управ­ ления электродвигателем станка-ка­ чалки:

дят в правое положение, что приводит к замыканию его кон­ тактов 1— 1 и 2—2. Катушка контактора КЛ возбуждается без выдержки времени, главные контакты КЛ присоединяют двигатель к сети. При отпускании рукоятки переключатель УП возвращается в исходное положение, контакты 1— 1 размы­ каются, а контакты 2—2 замкнуты и двигатель продолжает работать.

ление напряжения приводит к возбуждению катушки реле времени РВ. Через установленное время замыкается контакт

168

РВ и получает питание катушка КЛ. Двигатель станка-ка­ чалки присоединяется к сети, осуществляется его самозапуск. Катушка реле РВ обесточивается размыкающим блок-контак­ том КЛ. Контакт РВ размыкается, однако в катушке КЛ ток продолжает протекать, так как цепь этого контакта шунтиро­ вана замыкающим блок-контактом КЛ.

Для отключения электродвигателя без последующего самозапуска рукоятку переключателя переводят в левое положе­

переключатель УП также переводится в левое положение, а уп­ равление электродвигателем производится при помощи кон­ такта ДУ аппарата, находящегося на диспетчерском пункте Самозапуск не осуществляется.

При аварийном состоянии скважин (обрыв штанг, штока, заклинивание плунжера и т. д.) замыкается контакт инерциононного магнитного выключателя ИМВ. Возбуждается и самоблокируется своим замыкающим контактом реле Р2. Размыка­ ющий контакт Р2 обесточивает катушку контактора КЛ, что приводит к отключению двигателя. После ликвидации аварии реле Р2 приводится в исходное положение путем отключения автоматического выключателя А1. Замыкается контакт реле Р2 в цепи катушки КЛ, и возможен пуск двигателя.

Реле РЗ обеспечивает защиту от обрыва фаз. В случае исчезновения напряжения между фазами оно размыкает свой контакт РЗ в цепи реле Р1 и обесточивает последнее. Контакт Р1, размыкаясь, лишает питания катушку контактора КЛ. В том случае, когда применяется групповой самозапуск или блоки управления при индивидуальном самозапуске устанав­ ливаются в группе двигателей, запускаемых после восстанов­

Кроме описанной схемы блока существуют еще три ее мо­ дификации. В первой из них (рис. 71, б) предусматривается уп­ равление двигателем станка-качалки в зависимости от давления в выкидном коллекторе. При отсечении скважины на приеме групповой установки происходит резкое увеличение давления в выкидном коллекторе и замыкается контакт ВЦ электроконтактного манометра. Реле Р5 возбуждается и самоблокируется своим контактом, другой контакт этого реле Р5 разрывает цепь катушки КЛ, что приводит к отключению двигателя. Когда дав­ ление достигает нормального значения, замыкается контакт НД манометра, возбуждается катушка реле Р4, обесточивается реле Р5 и контакт последнего восстанавливает цепь питания катушки КЛ и реле времени РВ, в результате чего осуществляется само­ запуск установки.

169

Во второй модификации (рис. 71, в) предусматривается уп­ равление двигателем в режиме периодической эксплуатации скважины. Для этой цели применяется реле времени Р4, кото­ рое своим контактом по заданной программе попеременно за­ мыкает и размыкает цепь катушки КЛ, чем определяется про­ должительность включенного и отключенного состояний двига­ теля. Промежуточное реле Р5 служит для возврата реле Р4 в исходное положение. Периодическая эксплуатация необхо­ дима в тех случаях, когда приток нефти настолько мал, что не обеспечивает нормального заполнения насоса при непрерывной откачке насосами малого диаметра с минимальным числом ка­ чаний в минуту [5].

Третья модификация схемы предусматривает управление двухскоростным двигателем короткоциклового электропривода.

Для работы в условиях Крайнего Севера блоки управления БГШ на номинальную силу тока 40, 63 и 100 А выпускаются также и в исполнении ХЛ1. Аппаратура управления монтиру­ ется в навесном шкафу, снабженном двойной оболочкой с теп­ лоизоляционным наполнителем для защиты аппаратуры от воз­ действия низких температур [5].

В блоке установлен электронагреватель с датчиком темпера­ туры, обеспечивающим автоматически необходимый температур­ ный режим работы аппаратуры управления в условиях низких температур снаружи блока. Между задней стенкой корпуса и панелью с аппаратурой управления предусмотрены вентиляци­ онный канал и жалюзи для отвода тепла из рабочей полости при повышенной температуре внутри блока.

Хотя блоки управления БГШ достаточно просты и надежны, они не удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к сов­ ременным устройствам управления двигателями станков-кача­ лок. Поэтому для управления, контроля и защиты асинхронных электроприводов станков-качалок мощностью 1,7—55 кВт вы­ пускаются блоки управления БУС-ЗМ, имеющие в зависимости от мощности управляемого двигателя семь исполнений. Клима­ тическое исполнение блоков У, категория размещения 1. Конст­ руктивно блок БУС-ЗМ выполнен в виде шкафа напольного типа на ножках высотой 1370 мм, шириной 940 мм и глубиной 330 мм. Масса блока — 140 кг. Блок БУС-ЗМ обеспечивает ручное, автоматическое, программное и дистанционное управ­ ление электроприводом станка-качалки. При ручном управле­ нии возможно включение и отключение двигателя станка-ка­ чалки кнопками управления, расположенными в блоке.

В автоматическом режиме работы обеспечиваются: самозапуск двигателя станка-качалки с регулируемой выдержкой вре­ мени при восстановлении напряжения сети после перерыва электроснабжения; включение и отключение двигателя кноп­ ками управления, расположенными в блоке; защитное отключе­ ние двигателя станка-качалки с выдержкой времени в зависи­ мости от степени перегрузки или недогрузки в установившемся

170