книги из ГПНТБ / Блантер С.Г. Электрооборудование для нефтяной промышленности учебник

электробура нажимают кнопку «Стоп», разрывающую цепь катушки контактора Л.

В схеме предусмотрена мгновенная защита от коротких замы­ каний в токоподводе, осуществляемая реле 1РМ и 2РМ, которые срабатывают при токе, большем на 15%, чем пусковой ток двигателя электробура. Срабатывание реле 1РМ или 2РМ вызывает разрыв цепи катушки реле 2РП, которое своим замыкающим контактом раз­ рывает цепь катушки контактора Л, отключающего двигатель ЭБ. Одновременно включаются сигнальное реле IPC и промежуточное реле 1РП. Последнее открывает свой размыкающий контакт с руч­ ным возвратом в цепи катушки реле 2РП, препятствуя повторному включению контактора Л на короткое замыкание.

Для защиты от перегрузок служит реле РМП, а от заклинивания долота — реле РМЗ. Реле РМП срабатывает при токе 1,2 1Н, а реле РМЗ — при токе 1,6 / н . Сработав, эти реле разрывают цепи кату­ шек реле времени 1РВ и 2РВ соответственно, которые с выдержкой времени разрывают цепь питания катушки контактора Л. Выдержка времени реле 1РВ больше выдержки времени реле 2РВ, поэтому кратковременные перегрузки не вызывают отключения двигателя электробура.

Всхеме предусмотрена сигнализация положения контактора Л

ипричин его отключения. При отключенном контакторе Л горит зеленая лампа ЛЗ, при включенном — красная лампа ЛК. Если контактор отключен реле 1PM, 2РМ, РМП или РМЗ, загорается желтая лампа ЛЖ. Срабатывание этих реле вызывает также включе­ ние соответствующих сигнальных реле IPC, 2РС или ЗРС, поэтому обслуживающий персонал может узнать, какой защитой отключен электробур. Белая лампа ЛБ служит для освещения станции упра­ вления электробуром.

Токи всех трех фаз двигателя электробура измеряются ампер­ метрами ІА, 2А и ЗА, а напряжение вольтметром В. Возможно также включение ваттметра для измерения мощности, потребляемой электробуром (ваттметр в схеме не показан). Для определения вре­ мени работы двигателя электробура служит счетчик (в схеме не пока­ зан). Трансформаторы тока 1ТТ и 2ТТ служат для питания схемы автоматического регулятора подачи долота.

Всхеме предусмотрены блокировки безопасности, исключающие ошибочные действия персонала и его прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением.

Так, при открывании двери ячейки высокого напряжения стан­ ции управления дверной выключатель 1ВД отключает масляный выключатель в комплектном распредустройстве. Выключатель 2ВД отключает контактор Л, если открыта дверь камеры включения разъединителя Р. Предусмотрены механические блокировки, исклю­ чающие включение разъединителя Р при включенном контакторе Л

иоткрывание двери ячейки высокого напряжения при включенном разъединителе Р.

Вследствие низкой надежности погружного разъединителя на ка-

схеме один провод — труба с одножильным кабелем и одноконтакт­ ными соединениями, простейших по конструкции электровибробуров, а также электробуров на шлангокабеле.

§ 38. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ ПОДАЧИ ДОЛОТА

Под подачей долота понимают последовательное опускание верх­ ней точки бурильной колонны в процессе разрушения породы. В уста­ новившемся режиме скорость подачи долота должна быть равна скорости бурения породы. Если скорость подачи долота будет пре­ восходить скорость бурения породы, то нагрузка на забой будет расти, что может повлечь за собой искривление ствола скважины или поломку бурильных труб. Если скорость подачи долота будет ниже скорости бурения, нагрузка на забой будет уменьшаться, что приведет к уменьшению скорости бурения.

При ручной подаче бурильщик, руководствуясь показаниями приборов (амперметра в цепи статора бурового двигателя и инди­ катора веса), периодически растормаживает барабан лебедки, что приводит к подаче долота. Таким способом весьма трудно осущест­ вить плавную и равномерную подачу долота, что нередко приводит к осложнениям и снижению качественных и количественных показа­

характеризующих режим бурения, например давления на забой или тока бурового двигателя. В настоящее время существует несколько десятков различных конструкций автоматических регуляторов по­ дачи долота. В зависимости от места расположения автоматические регуляторы подачи бывают н а з е м н ы м и или г л у б и н н ы м и (погружными). Наземные автоматические регуляторы подачи по конструктивному признаку силового узла можно разделить на элек­ тромашинные, гидравлические и фрикционные. Конструкция сило­ вого узла позволяет только опускать бурильную колонну с различ­ ной скоростью (такие автоматические регуляторы называются п а с ­ с и в н ы м и ) или не только опускать, но и приподнимать колонну (такие регуляторы называются а к т и в н ы м и ) . Применение назем­ ных автоматических регуляторов подачи долота по сравнению с руч­ ной подачей обеспечивает увеличение механической скорости буре­ ния и проходки на долото на 5—15%, что окупает затраты на их изготовление и обслуживание.

Здесь рассматриваются только активные электромашинные авто­ матические регуляторы подачи долота, применяемые в серийных буровых установках заводов «Уралмаш» и «Баррикады».

Автоматический регулятор типа РПДЭ-3, разработанный со­ вместно институтами ВНИИНефтемаш и ВНИИЭлектропривод, за­ водами «Уралмаш» и «Баррикады», предназначен для поддержания

режимов бурения скважин турбобуром и ротором. Этот регулятор входит в комплект серийных буровых установок «Уралмаш-125БД», «Уралмаш-125БЭ», БУ-80БрД и БУ-80БрЭ, а также вновь разраба­ тываемых установок.

Регулятор РПДЭ-3 обеспечивает следующие режимы работы: ре­ жим поддержания заданного значения нагрузки на долото (веса на крюке) — основной режим; режим поддержания • заданного зна-

Редуктоп

К SypoSoij лебедке

Рис. 8.7. Упрощенная электрическая схема регулятора РПДЭ-3.

чения скорости подачи или подъема инструмента — вспомогательный режим.

Упрощенная электрическая схема регулятора РПДЭ-3 показана на рис. 6.7. Регулятор состоит из следующих основных частей:

рессорный датчик веса типа ДВГ-26, устанавливаемый на непо­ движном конце талевого каната и служащий для измерения усилия на крюке; датчик состоит из рессор и сельсина СД;

узел уставки веса и скорости, состоящий из сельсина-прием­ ника СП уставки веса и задающего сельсина СЗ уставки скорости; оба сельсина связаны через зубчатую передачу с общей рукояткой управления, расположенной вместе с универсальным переключа­ телем УЛ на пульте управления регулятором;

станция управления с реверсивным магнитным усилителем СМУ, состоящим из двух магнитных усилителей 1МУ и 2МУ и служащим для усиления сигнала (усилитель питает обмотки возбуждения гене­ ратора ОВГП) и с предварительным полупроводниковым фазочувствительным -усилителем ППУ-1 для усиления управляющего сиг­ нала;

двигатель-генератор (двухмашинный агрегат), состоящий из при­ водного асинхронного двигателя АДГ и генератора постоянного тока ГП, который управляет двигателем ДП;

силовой узел, состоящий из червячно-цилиндрического редук­ тора, двигателя постоянного тока ДП с пристроенными вентилятором и тахогенератором и электромагнитного колодочного тормоза; редуктор соединяется цепной передачей с лебедкой буровой уста­ новки.

В основном режиме работы с помощью переключателя УП к ис­

зависит от угла рассогласования роторов сельсина СД и СП. При согласованном положении роторов это напряжение равно нулю, вследствие чего токи на выходе ППУ-1 и СМУ и напряжение на якоре генератора ГЛ равны нулю и вал двигателя ДП неподвижен.

Под действием веса колонны бурильных труб и неподвиж­ ного конца талевого каната ротор сельсина СД поворачивается на некоторый угол, зависящий от веса колонны.

Перед началом бурения, когда долото находится над забоем, с помощью рукоятки на пульте управления ротор сельсина СП ставится в согласованное положение с ротором сельсина СД, в ре­ зультате чего вал двигателя ДП будет неподвижным. Эта операция называется «взвешиванием» инструмента. Далее с помощью рукоятки устанавливают по шкале, находящейся на пульте управления, тре­ буемое значение нагрузки на долото (веса на крюке), т. е. ротор сель­ сина СП поворачивают на определенный угол. На зажимах обмотки возбуждения сельсина СП возникает напряжение такой величины и фазы, что вал двигателя ДП начнет вращаться в сторону подачи инструмента с частотой, зависящей от угла рассогласования рото­ ров сельсинов СД и СП. Как только долото коснется забоя, осевая нагрузка на долото начнет увеличиваться, а вес на крюке — умень­ шаться. При этом ротор сельсина-датчика будет поворачиваться в сторону уменьшения угла рассогласования ротора СД и СП. В ре­ зультате управляющий сигнал (напряжение на зажимах обмотки возбуждения сельсина СП) и частота вращения двигателя ДП будут уменьшаться до тех пор, пока нагрузка на долото не достигнет зна­ чения, близкого к заданному, и установится режим, при котором скорость подачи долота будет равна скорости бурения.

В дальнейшем заданная нагрузка на долото поддерживается авто­ матически (с определенной точностью), независимо от твердости по­ роды, износа долота и пр. Например, при попадании долота из твер­ дой в более мягкую породу сначала нагрузка на долото несколько уменьшится, ротор сельсина СД повернется в направлении увеличе­ ния угла рассогласования роторов сельсина СД и СП, управляющий сигнал увеличится и скорость подачи долота возрастет до такой ве­ личины, при которой установится режим бурения с большей скоро­ стью при нагрузке на долото, близкой к заданной. При резком уве­ личении твердости породы может даже произойти кратковременный

приподъем инструмента, предотвращающий чрезмерное увеличение нагрузки на долото.

При бурении в породах с резко изменяющейся буримостью регу­ лятор РПДЭ-3 обеспечивает автоматическое поддержание заданной нагрузки на долото с точностью ±2тс.

Во вспомогательном режиме поддержания заданного значения скорости подачи или подъема инструмента переключателем УП питание подается на' обмотку возбуждения сельсина СЗ уставки скорости, а питание ППУ-1 и датчика веса отключается. Напряже­ ние с обмоток синхронизации сельсина СЗ поступает непосредственно на обмотки управления магнитных усилителей 1МУ и 2МУ, минуя ППУ-1. В среднем (нулевом) положении управления задающий сиг­ нал на входе СМУ равен нулю и вал двигателя ДП неподвижен. При повороте рукоятки в направлении «подъем» или «подача» на выходе

в случае отказа главного привода лебедки, при проработке скважины, при подъеме или опускании вышки с помощью силового узла РПДЭ-3, а также при бурении в случае выхода из строя датчика веса или ППУ-1. Поскольку в этом режиме эти элементы в работе не участ­ вуют, их можно отключить от схемы для проведения ремонта.

Для автоматизации подачи долота при бурении электробуром применяют регуляторы типа АВТ1 и АВТ2. В основу работы этих регуляторов, так же как и регулятора РПДЭ-3, положена система генератор — двигатель с регулированием частоты вращения двига­ теля постоянного тока в широких пределах.

В схеме регулятора АВТ1, входящего в комплект УЗЭБ-65, ре­ гулирование подачи долота осуществляется в функции нагрузки на долото и тока статора двигателя электробура, причем бурильщик может устанавливать два заданных значения уставки — осевой на­ грузки на долото и тока электробура. Однако при этом всегда будет поддерживаться близким к заданному только один из параметров: в малоэнергоемких породах — нагрузка на долото, а в более энерго­ емких — ток двигателя электробура. Второй параметр будет при этом всегда меньше заданного. Регулятор АВТ1 также может рабо­ тать в режиме поддержания постоянной скорости подачи или подъ­ ема инструмента. Параметры отдельных частей схемы подобраны так, что в установившемся режиме ошибка при поддержании тока электробура получается не более ± 5 % от номинального, а ошибка при поддержании веса не более 2тс. Основные узлы регулятора АВТ1 (датчик веса, силовой узел, двигатель — генератор) те же, что и в автоматическом регуляторе РПДЭ-3.

При бурении малоэнергоемких пород более целесообразно исполь­ зовать в качестве параметра регулирования активную составляющую

токаг двигателя электробура. Поэтому в регуляторе АВТ2 имеется узел, вводящий в схему сигнал, пропорциональный активной соста­ вляющей тока двигателя электробура. Принципиальная схема этого узла показана на рис. 6.8.

Для измерения активной составляющей тока применена схема двухполупериодного кольцевого демодулятора, выполненного на диодах. В качестве опорного (коммутирующего) напряжения исполь­ зуется напряжение средней фазы системы питания электробура на зажимах трансформаторов Тр4 и Тр5 (трансформаторы 1ТН и 2ТН на рис. 6.5). В качестве напряжения сигнала демодулятора исполь­ зуется напряжение на сопротивлении нагрузки 1С трансформатора тока ТТ1, пропорциональное току средней фазы. Оно вводится через трансформатор Tpl.

Рис. 6.8. Принципиаль­ ная схема узла регулиро­ вания по активной соста­ вляющей тока двигателя электробура регулятора

АВТ2 .

0 на Вход <г ппу лвтг

Датчик активного тока автоматически учитывает потерю напря­ жения в токоподводе электробура. Потеря напряжения в токопод­ воде, пропорциональная фазному току, выделяется на сопротивле­ нии нагрузки 2С трансформатора тока ТТ2 и трансформатора ТрЗ и вычитается из опорного напряжения, уставка которого произво­ дится переключением отводов обмотки трансформатора ТрЗ. Таким образом, датчик активного тока измеряет величину произведения тока фазы на коэффициент мощности. Эта величина в виде постоян­ ного напряжения между средними точками вторичных обмоток транс­ форматоров Tpl и Тр2 подается на вход полупроводникового промежуточного усилителя ППУ. Выходное напряжение этого усили­ теля подается на вход усилителя регулятора РПДЭ-3, который в дан­ ном случае обеспечивает режимы управления подачей долота, анало­

передачи до двух при наличии электропривода с ограниченным

и стоимость лебедки, но уменьшаются сложность и стоимость при­ вода. Технико-экономические расчеты показывают, что чем больше грузоподъемность лебедки, тем эффективнее применение регулируе­ мого электропривода.

Характеристика привода с четырехскоростной лебедкой (рис. 6.9) имеет вид ломаной линии, ступени которой соответствуют скоростям

дежными средствами плавный разгон, ре­ версирование и снижение скорости привода. Применение специальных механизмов для вспомогательных операций при спуске и подъеме инст­ румента значительно упрощает требования, предъявляемые к приводу лебедки (сокращение частоты включений, устранение необходимости

вснижении частоты вращения и реверсирования двигателей). Поэтому

вновейших и проектируемых буровых установках для привода лебедки оказалось возможным использовать в сочетании с электро­ магнитными муфтами синхронные двигатели, работающие в режиме постоянного вращения.

Двигатель лебедки должен обладать достаточно большим макси­ мальным моментом для получения больших ускорений при разгоне труб на высших передачах лебедки, а также для освобождения бу­ рильной колонны в случае прихвата ее породой. Кратность макси­ мального момента К = 2,5 -f- 2,8 можно считать достаточной.

Электропривод лебедки при отсутствии механизма аварийного подъема должен быть двухдвигательным, что способствует повыше­ нию его надежности. В установках, комплектуемых регуляторами

подачи долота, способными обеспечить аварийный подъем инстру­ мента максимального веса, наряду с двухдвигательными приме­ няются и однодвигательные электроприводы.

Двигатели лебедки мощностью до 200—250 кВт целесообразно выбирать на напряжение 380, 500 или 660 В, так как для управле­ ния цепями статора этих двигателей можно применить нормальную контакторную аппаратуру низкого напряжения. При мощности дви­ гателей более 250 кВт целесообразно выбирать их на напряжение 6000 В, что позволяет устранить промежуточную трансформацию напряжения.

В результате технико-экономического сравнения вариантов элек­ тропривода буровой лебедки может оказаться, что наиболее целесо­ образным является электропривод постоянного тока. Этот электро­ привод выгоднее всего делать безредукторным. Применение безредукторного привода позволяет существенно упростить конструкцию лебедки и устранить ряд звеньев (цепные передачи, подшипники, шинно-пневматические муфты), более всего подверженных износу. Связь приводного двигателя непосредственно с барабаном лебедки позволяет использовать двигатель и в качестве электротормоза.

Точно определить мощность Рд п двигателей лебедки трудно, поскольку эти двигатели при спуско-подъемных операциях работают в повторно-кратковременном режиме с переменной продолжитель­ ностью цикла и переменным моментом статического сопротивления на валу. Поэтому сначала по основным параметрам буровой лебедки, пользуясь приближенными формулами, ориентировочно определяют Рд п , а затем, выбрав двигатель и рассчитав его действительную на­ грузочную диаграмму с учетом выполнения вспомогательных опера­ ций, производят проверочный расчет мощности методом эквивалент­ ного тока или момента.

Наиболее простой для предварительного определения потреб­ ной мощности двигателя является формула

минальной нагрузкой, соответствующая оптимальному значению мощности; г|п у — к. п. д. подъемной установки от вала двигателя до крюка при номинальной грузоподъемности 0,7—0,8; Я — коэф­ фициент возможной перегрузки двигателей 1,3—1,45.

При двухдвигательном приводе лебедки каждый двигатель бе­ рется половинной мощности с обязательной проверкой возможности подъема одним двигателем инструмента максимальной массы на пер­ вой передаче лебедки.

Выбрав предварительно двигатель по известной мощности [фор­ мула (6.3)] и частоте вращения, определяемой по заданной скорости подъема и передаточному числу трансмиссии, можно построить дей­ ствительную нагрузочную диаграмму двигателя и вычислить его