1387
.pdf1)от сети 6 кВ с промежуточной трансформацией напряже ния на скважине до 0,4 кВ, подводимого к автотрансформато рам или трансформаторам установки ЭЦН (двойная трансфор мация на скважине). Такая, схема питания в настоящее время является наиболее распространенной;
2)с подведением к скважинам напряжения 6 кВ и монта
жом на каждой скважине трансформатора, понижающего это
а
1 6кВ
Рис. 8.12. Комплектная трансформаторная подстанция типа КТППН:
а — общий вид: |
1 — РУ 6 кВ; 2 — трансформатор; 3 — РУ 0,4 кВ и станция управления |
ПЭД; 4 — рама; |
б — однолинейная схема |
напряжение до величины, необходимой для питания двигателя насоса с исключением из состава установки ЭЦН автотрансфор маторов или трансформаторов (аналогично схеме рис. 8.5, а);
Таблица 8.4
масляных трансформаторов
трансформаторов
ТМП-100/844 |
ТМП-100/1170 |
UW1-019100I |
ТМП-100/1980 |
ТМП-160,1007 |
ТМП-200/6 |
ТМПН-400 |
100 |
100 |
100 |
100 |
160 |
200 |
320 |
380 |
380 |
380 |
380 |
380 |
6000 |
6000 |
633—958 |
920-1170 |
1270—1610 |
1750—2210 |
756-1136 |
1900—2200 |
1898-2355 |
35—38 |
63 |
85 |
115 |
46 |
75 |
т о |
0,365 |
0,365 |
0,365 |
0,365 |
0,54 |
0,78 |
1,08 |
1,97 |
1,97 |
1,97 |
1.97 |
2,65 |
3,6 |
3,9 |
5,5 |
5,5 |
5,5 |
5,5 |
5,5 |
5,5 |
4,0 |
2,6 |
2,6 |
2,6 |
2,6 |
2,4 |
2,3 |
2,2 |
ТМПН-400
400
6000
1872-2500!
53-89
1,08
5,5
5,0
2,1
11 З а к а з № 2719 |
321 |
в этом случае на подстанции у каждой скважины должен быть предусмотрен еще и дополнительный трансформатор 6/0,4 кВ для питания цепей управления, сигнализации, освещения, подо грева и др. Можно обойтись и одним трехобмоточным трансфор матором, одно из вторичных напряжений которого соответст
вует необходимому напряжению двигателя. и ли, |
а |
второе — |
|
0,4 кВ |
(установки с питанием при напряжении 6 |
кВ |
без двой |
ной трансформации на скважине начинают внедряться); |
|||
3) |
от подстанции 6/0,4 кВ магистралями |
с |
напряжением |
0,38 кВ |
(аналогично схеме рис. 8.5,6). |
|
небольших |
Такие схемы питания иногда встречаются при |
удаленностях скважин от промысловых понижающих подстан ций 6/0,4 кВ и небольших мощностях двигателей ПЭД.
Для питания действующих установок по схеме (п. 1) при меняются комплектные трансформаторные подстанции общепро мышленного назначения.
Разработаны и изготовлены опытные образцы специальных подстанций типа КТППН (рис. 8.12) мощностью 63—400 кВ-А для питания одиночных скважин и кустов скважин по схемам п.п. 1) и 2).
Подстанция КТППН рассчитана на работу в условиях хо лодного климата (исполнение ХЛ1).
Аппаратура этих подстанций — общепромышленного назна чения, поэтому в кабинах, где она размещается предусмотрен электрический обогрев кабин.
§ 51. Станции управления погружными электродвигателями
Управление н защита электродвигателей погружных центро бежных насосов осуществляются с помощью комплекса аппара туры, смонтированной в станции управления.
Промышленностью СССР с 1968 по 1978 г. выпускались станции управления погружными электродвигателями серии ПГХ-5071 н ПГХ-5072.
Станции управления ПГХ-5071 применяются для комплекта ции установок с автотрансформаторами в цепи погружного дви гателя. Эти станции снабжаются защитой, мгновенно отклю чающей установки при появлении тока замыкания на землю 2 А н более в погружном электродвигателе, кабеле или авто трансформаторе. Станции управления ПГХ-5072 применяют для комплектации установок с трансформаторами в цепи погруж ного двигателя н вместо токовой защиты от замыканий на землю снабжены устройством непрерывного контроля состояния изо ляции погружного электродвигателя, кабеля н вторичной об мотки трансформатора с действием на отключение без выдержки времени при уменьшении сопротивления изоляции ниже ЗОкОм.
Схемы станций ПГХ-5071 и ПГХ-5072 аналогичны и отлича ются упомянутыми элементами защиты от замыканий на землю.
322
С 1978 г. взамен станций серии ПГХ промышленность СССР
выпускает станции ШГС-5802. Станции ШГС рассчитаны на управление установкой, в которой погружной двигатель пита ется через масляный трансформатор ТМП.
Схема станции ШГС-5802 приведена на рис. 8.13. Эта стан ция, как н станция ПГХ-5702, дает возможность ручного и авто матического управления, управления с диспетчерского пункта, работы установки по программе.
~тв
Рис. 8.13. Схема станции управления типа ШГС-5802
В главной цепи до трансформатора установлен переключа тель П 1, обеспечивающий видимый разрыв цепи и заземление отключенного участка, автоматический выключатель В1 и кон тактор КЛ. Штепсельный разъем ШР1 (с пакетным выключате лем ВЗ) предназначен для подключения переносных токоприем ников с током фазы не более 60 А, а разъем ШР2 на 6 А, 220 В (с выключателем В4) предназначен для подключения геофизических приборов.
Обмотки всех реле управления и контактора питаются вы прямленным током, для чего в схему введены полупроводнико вые диоды. Аппараты, находящиеся, постоянно под напряже
11* |
323 |
нием выше 660 В, расположены внутри шкафа станции в от дельном высоковольтном отсеке.
Имеется механическая блокировка, предотвращающая доступ в этот отсек при включенном аппарате П1 и электрическая бло кировка, отключающая контактор КЛ при открывании двери шкафа (контакт В6).
При автоматическом пуске установки рукоятка переключа теля. В2 должна находиться в положении «Авт.», при котором его контактами замъгкается цепь между точками схемы 25—23 и 68—69, получает питание первичная обмотка трансформатора Тр и включается на питание обмотка реле РП1. Последнее сра батывает и замыкает свои контакты РП1-1 и РП1-2. Контакт РП1-2 возбуждает катушку реле времени РВ1, которое с вы держкой времени замыкает свои контакты РВ1-1 и РВ1-2 в це пях катушек РВ2 и РП2. После замыкания контакта РВ1-2 сра батывает реле РП2 и замыкает контакт РП2-1, подготавливая цепь самоблокировки.
Другой контакт этого реле РП2-2, замыкаясь, подготавли вает к включению катушку контактора КЛ, а контакт РП2-3, за мыкаясь, включает реле РПЗ и РП4. Контакт РП2-4, размы каясь, обесточивает цепь резистора R1. Далее реле РПЗ иРП4, получив питание, замыкают свои контакты РПЗ-1, РП4-1, РП4-2 в цепи катушки реле РВ2 и контакт РПЗ-2 в цепи катушки реле РП5. Последнее возбуждается, самоблокируется контактом РП5-1, замыкает контакт РП5-2 в цепи реле РВ2, размыкает
контакт РП5-3 в цепи |
независимого расцепителя выключателя |
В Г, и замыкает контакт |
РП5-4. Обмотка реле РПЗ обесточива |
ется, замыкая контакт РПЗ-З. Срабатывает реле РВ2, самоблокнруетея своим контактом РВ2-1 и размыкает контакт РВ2-2, чем предотвращается повторное включение реле РП2 после его отключения при срабатывании реле защиты от перегрузок РМ1, РМ2.
Замыкается контакт РВ2-3 в цепи катушки контактора КЛ, который своими главными контактами в силовой цепи включает на питание первичную обмотку трансформатора, питающего по гружной электродвигатель. Замыкается вспомогательный кон такт контактора КЛ-2 в цепи катушки реле РП2. Размыкаются КЛ-1, а также КЛ-3 в цепи катушки реле РВ1 и КЛ-4 в цепи катушки реле РВ2. Реле РВ1, обесточиваясь, размыкает свои контакты РВ1-1 и РВ1-2.
После окончания пуска электродвигателя реле минимальной нагрузки РМН остается включенным и его контакт РМН-1 ра зомкнут. Реле РМП, реагирующее на перегрузку двигателя, после окончания пуска разрывает свой контакт РМП-1. На этом заканчивается работа схемы при самозапуске. В этом режиме обеспечивается самозапуск установки после восстановления на пряжения вслед за его исчезновением. Установка запускается с выдержкой времени от 0,5 до 10 мин, создаваемой реле РВ1.
324
При ручном управлении рукоятка переключателя В2 уста навливается в положение «Ручн.», при котором цепь между точ ками схемы 68—69 оказывается разомкнутой, а между точками 23—25 — замкнутой. Первичная обмотка трансформатора Тр находится под напряжением, реле РП1 возбуждено, но реле РВ1 обесточено. Для пуска нажимается кнопка КП. Возбуждается реле РП2 и в дальнейшем операции пуска осуществляются ана логично описанному для автоматического управления, причем пуск осуществляется без выдержки времени, которая в режиме автоматического управления задается реле времени РВ1. От ключение установки производится, установкой рукоятки пере ключателя В2 в положение «Откл.». В режиме ручного управ ления при перерыве в снабжении электроэнергией самозапуск установки после восстановления питания не производится.
При управлении установкой с диспетчерского пункта по за данной программе, а также в зависимости от давления в выкид ном коллекторе рукоятка переключателя В2 должна устанав ливаться в положение «Авт.».
При управлении с диспетчерского пункта в схему станции между точками 64—65 включается контакт выходного реле те леуправления со снятием соединяющей их перемычки.
Для работы по заданной программе используется, моторное реле времени КЭП-12у, двигатель которого подключается между точками схемы 64—0, а контакт — между точками 64—65 со снятием перемычки.
Для автоматического включения и выключения установки в зависимости от давления в выкидном коллекторе скважины, осуществляемых с помощью электроконтактного манометра, должны быть сняты перемычки 65—66, 51—87 и 87—99. Кон такт ВД манометра при высоком давлении должен замыкать цепь между точками 87—98 и возбуждать реле РП6.
Контакт РП6-2 при этом размыкает цепь между точками 65—66 схемы, что приводит к выключению установки. При сни жении давления в выкидном коллекторе реле РП6 должно от ключиться и восстановить контактом РП6-2 цепь 65—66. Даль нейшее снижение давления приводит к замыканию контакта ИД низкого давления, соединяющего точки 87—99 схемы, воз буждению реле РП1 и пуску установки.
При срабатывании максимальной токовой защиты, комплек туемой из токовых реле РМ1 и РМ2, настраиваемых на ток сра батывания, равный (1,4—1,7)/ном с выдержкой времени около 1 с размыкаются, контакты РМ1-1, РМ2-1. Обесточивается ка тушка реле РП2. Контакт РП2-2 размыкает цепь катушки кон тактора КЛ, РП2-1 снимает самоблокировку, РП2-3 отключает реле РПЗ и РП4, контакт РП2-4 включает цепь греющего тока теплового реле РТН1. Последнее через 20 с размыкает свой контакт РТН1-1 с ручным возвратом, лишая питания все цепи управления и отключая установку без последующего самоза
325
пуска. При коротких замыканиях на участке от автоматического выключателя В1 до первичной обмотки силового трансформа тора цепь отключается, этим выключателем.
При перегрузках по току, составляющих (1,15 1,2)/ном>- а также при срыве подачи, когда ток снижается до 0,85/раб, соответственно срабатывают реле РМП или реле РМН. Кон такт РМП-1, шунтируя катушку реле РП4, включает цепь грею щего тока теплового реле РТН2.
Аналогично контакт РМН-1 включает на питание тепловоереле РТНЗ. Контакты РТН2-1 или РТНЗ-1 с ручным возвратом через 20 с размыкаются, что приводит к отключению уста новки без последующего самозапуска.
Если перегрузка или недогрузка двигателя длится менее 20 с, тепловые реле не срабатывают и установка не отключа ется.
Контроль сопротивления изоляции осуществляется, как и в станции ПГХ-5072, прибором УКИ, обеспечивающим измере ние сопротивления изоляции в системе кабель-электродвигатель
иотключение установки при уменьшении этого сопротивления ниже 30 кОм. В последнем случае контакт УКИ-1 размыкается
иобесточивает реле РП5. Контакт РП5-3 включает катушку не зависимого расцепителя выключателя В1, который без выдержки времени своим контактом В1-1 снимает питание с цепей управ ления, отключая двигатель.
Для контроля питающего напряжения и воздействия на цепи управления двигателем при отклонении напряжения на 10% выше и на 15% ниже номинального к сети 380 В через выклю чатель В5 и фильтр напряжения прямой последовательности включен контактный миллиамперметр КМА. При отклонении напряжения за допустимые пределы стрелка прибора КМА вы ходит за пределы рабочей зоны, один из контактов КМА-1 или КМА-2 шунтирует цепь реле РП1, контакт РП1-2 в цепи реле РВ1 размыкается, чем предотвращается автоматическое повтор ное включение электродвигателя. Контакт РП1-1, размыкаясь,,
подготавливает реле РВ2 к отключению при перегрузке или не догрузке двигателя по причине отклонения напряжения. Реле РВ2 питалось по цепи, замкнутой контактами РВ2-1, РПЗ-1, РП4-2, РП5-2 и реле РТН1. Если двигатель перегружается из-за отклонения напряжения, срабатывают реле РМН или РМП. Вслед за этим контакты РПЗ-1 или РП4-2, размыкаясь, обесто чивают реле РВ2, которое с выдержкой времени 10 с контактом РВ2-3 обесточивает катушку контактора КЛ, а контактом РВ2-4 размыкает цепь реле РП2. Контакт РП2-3 разрывает цепь греющего тока реле РТН2 и РТНЗ, что исключает разрыв цепей управления контактами РТН2-1 и РТНЗ-1 и позволяет осуществить самозапуск установки после восстановления нор мального напряжения.
После восстановления последнего и размыкания контактов
326
КМА-1 и КМА-2 возбуждается реле РП1, что приводит к самозапуску установки.
При ручном управлении схема позволяет включить уста новку кнопкой КП при отклонении напряжения ниже 0,85 Un и выше 1,1 Uu, возбудив реле РВ1 по цепи, содержащей контакт
КП-4.
§ 52. Выбор электрооборудования бесштанговой насосной установки
При выборе электрооборудования для. бесштанговой насос ной установки в первую очередь определяют мощность погруж ного электродвигателя, которая должна соответствовать пара метрам выбранного насоса.
Номинальные подача и напор, развиваемые насосом, должны соответствовать оптимальному дебиту скважины и полному на пору, необходимому для подъема жидкости.
Мощность на валу центробежного насоса |
|
|||
Р = _0Яр9181_ 10_3^ |
|
|
(8.15) |
|
|
^нас |
|
|
|
где |
Q — подача насоса, |
м3/с; Н — напор, |
развиваемый насо |
|
сом, |
м; р — плотность |
жидкости, |
кг/м3; |
rjHac — КПД насоса. |
Величины Q и Н определяются |
точкой |
пересечения, харак |
теристик насоса и скважины. В каталоге насосов указывается и соответствующий данному типу насоса электродвигатель. Например, насосу 1ЭЦН6-500-450 с номинальной подачей 500 м3/сут и номинальным напором Я = 445 м соответствует дви гатель ПЭД-46-123 номинальной мощностью Рв= 46 кВт. Обычно насос выбирают так, чтобы подача Q соответствовала оптималь ному дебиту скважины. Если при этом напор Я равен полному напору, необходимому для подъема жидкости Яс, то скважина и насос будут работать в оптимальном режиме. Если ЯС>*Я, то насос будет работать с подачей, меньшей оптимального дебита
СКВаЖИНЫ, И С НИЗКИМ Г|цас-
Если Я>>Яс, то насос будет работать с подачей, превышаю щей оптимальный дебит скважины. При этом КПД насоса бу дет снижен, а большой приток жидкости в скважину может ухудшить условия ее эксплуатации.
Площадь сечения кабеля КРБК (КПБК) выбирают с учетом потери напряжения в нем AUK) определяемой по формуле (1.17). При этом индуктивное сопротивление кабеля может быть при нято равным
*К« Ы 0 - 4 Ом, |
(8.16) |
здесь L — длина кабеля, м, |
|
а активное сопротивление |
|
г = (164,5+ 0,70)— Ю-4 Ом, |
(8.17) |
Я |
|
327
где 0 — средняя температура кабеля по всей длине, включая участки в скважине и на барабане; q — площадь сечения, жилы кабеля, мм2.
Потери напряжения (и мощности) в кабеле желательно сде лать возможно меньшими, но при этом увеличение сечения ка беля ограничено поперечными размерами установки, допусти мыми для примененной в скважине обсадной колонны. Напри мер, для питания двигателей ПЭД-10-103 и ПЭД-20-103 при глубине подвески агрегата, которой соответствует развиваемый насосом напор Я до 780 м, часто применяется кабель марки
КРБК с площадью сечения 3X16 мм2, |
а при напоре Я до |
1500 м — с площадью сечения 3X25 |
мм2. Для двигателей |
ПЭД-46-123 при Я до 875 м сечение кабеля 3x25 мм2, а при Я до 1315 м оно равно 3x35 мм2.
Трансформатор выбирается из расчета, чтобы номинальный ток его вторичной обмотки был не менее рабочего тока двига теля, а ее напряжение при холостом ходе равнялось номиналь ному напряжению двигателя, сложенному с потерей напряже ния в кабеле и в трансформаторе.
Расход электроэнергии на откачку жидкости из скважины при насосной эксплуатации определяется из следующих сообра жений.
Полезная мощность, затрачиваемая на подъем жидкости из
скважин, |
|
|
|
Рп = (2Япр9,81 |
10-3 кВт, |
где |
Яп — высота, |
на которую подается жидкость, м; а осталь |
ные обозначения те же, что в формуле (8.15). |
||
Pi |
Если активная мощность, потребляемая двигателем из сети |
|
(в кВт), то отношение |
||
|
4 = - ^ - |
(8.18) |
|
“1 |
|
представляет собой полный коэффициент полезного действия на сосной установки.
Удельный расход энергии на откачку жидкости |
|
|||
Рг1о-3 |
Рп Ю 3 |
9,81 |
|
|
WУД — РQH |
ipQ# |
Л |
Дж/кг-м. |
(8.19) |
Для установок с погружными центробежными электронасо
сами общий КПД установки |
|
Л = ЛгЛнасЛдЛкабЛт» |
(8.20) |
где т)г— КПД, учитывающий гидравлические потери на трение, связанные с движением жидкости в напорной системе, зависит от расхода жидкости и диаметра насосных труб (при отсутст вии дросселирования равен 0,94—0,98); т^ас — КПД насоса, рав ный при номинальной производительности 0,34—0,58; Т1д — КПД
328
погружных электродвигателей, равный при номинальной на грузке 0,7—0,84 и при недогрузках 0,65—0,78; т]Каб — КПД, учи тывающий потери в кабельном токоподводе, принимающий зна чения от 0,8 до 0,95; т]т — КПД трансформатора (автотрансфор матора), равный 0,97—0,98.
Общий КПД установки находится в пределах 0,16—0,40.
Для |
установок |
же с |
глубинными плунжерными |
насосами |
||
Л = |
Лп. зЛс кЛц. |
|
|
|
( 8 .2 1 ) |
|
где |
т|п. з — КПД подземной части установки, |
учитывающий по |
||||
тери |
в подземной |
части |
(гидравлические потери при движении |
|||
жидкости, механические |
потери на трение), |
равный |
0,73—0,89; |
т]с. к — КПД станка-качалки, равный 0,7—0,9; т]ц— КПД дви гателя при циклической нагрузке, принимающей значения от 0,65 до 0,88.
КПД |
глубиннонасосных установок г\ может изменяться |
в весьма |
широких пределах — от 0,20 до 0,7. Он зависит от ре |
жима работы насоса и резко уменьшается при его износе. Чем меньше диаметр, тем меньше КПД установки в целом.
Удельный расход электроэнергии при добыче нефти центро бежными погружными электронасосами выше, чем при добыче глубинными штанговыми, что определяется в основном более низким КПД самого центробежного насоса.
Глава 9
Электрооборудование промысловых компрессорных и насосных станций,
установок подготовки нефти
§ 53. Компрессорные, насосные и установки комплексной подготовки нефти в системах сбора нефти и газа
На нефтяных промыслах, введенных в эксплуатацию еще до недавнего времени (1965—1970 гг.), применялось несколько си стем сбора нефти, в частности самотечная, система Бароняна и Везирова и др. В последнее время площади нефтяных место рождений обустраивают с применением вьгсоконапорных гер метизированных систем сбора. В этих системах поддержива ется давление 1,5—2 МПа; в них исключается потеря легких фракций. Относительно простыми средствами обеспечивается комплексная автоматизация.
В состав систем сбора нефти и попутного газа входят ком прессорные установки для сжатия попутного газа, выделяюще гося в сепараторах подаваемого потребителям вне промысла
(газобензиновые заводы и др.), и |
для |
подачи газа |
в скважины |
|||
в |
качестве рабочего агента — на |
промыслах, где |
применяется |
|||
компрессорная |
эксплуатация скважин (газлифт). |
закачки газа |
||||
в |
Существуют |
также компрессорные |
станции |
|||
пласт для поддержания пластового |
давления. |
|
В некоторых |
случаях для закачки в скважину используют воздух (эрлифтные скважины), что определяет сооружение воздушных ком прессорных станций. Последние не следует рассматривать как элемент системы сбора нефти и газа.
На газовых промыслах используются газовые компрессорные станции для повышения давления газа, поступающего из сква жин и направляемого в магистральные газопроводы. Эти стан
ции, |
как и |
промежуточные компрессорные станции для пере |
качки |
газа |
на магистральных газопроводах, рассматриваются |
в гл. |
11. |
|
Для внутрипромысловой перекачки нефти от пунктов ее сбора до установок подготовки и товарных парков применяются до жимные насосные станции. На установках подготовки нефти применяются насосы для нефти, подачи жидких химических реагентов и др. Располагающиеся на площадях нефтяных место рождений головные нефтеперекачивающие насосные станции» закачивающие товарную нефть в магистральные нефтепроводы»
330