книги / Электрооборудование нефтяной промышленности
..pdf~ 3 8 0 Ъ
Рис. 8.8. Блок-схема комплектных устройств ШГС-5802, ШГС-5803 и ШГС-5804
на отключение контактора 3. Предусмотрено запоминание ви да аварийного отключения и индикация срабатывания защиты с помощью блока 12 индикации.
Устройство 8 защиты по сопротивлению изоляции выполне но с применением прибора контроля сопротивления изоляции типа МКН-380М1 и осуществляет быстродействующую защиту при коротких замыканиях путем отключения автоматического выключателя 2. Устройство 9 токовой защиты в комплектном устройстве ШГС-5802 выполнено с применением токовых реле, которые позволяют осуществить ступенчатую защитную харак теристику. В комплектных устройствах ШГС-5804 сигнал пере грузки выдается индуктивным датчиком, встроенным в ампер метр типа Ц324К, что повышает точность и надежность сра батывания защиты. В комплектных устройствах ШГС-5803 устройство 9 токовой защиты содержит интегральные микро схемы и другие элементы повышенной надежности, что обеспе чивает плавную время-токовую защитную характеристику, на иболее приближающуюся к необходимым для погружных элек тродвигателей характеристикам.
280
Устройство 10 защиты от срыва подачи жидкости насосом выполнено в комплектных устройствах ШГС-5802 с применени ем реле минимального тока, которое контролирует снижение полного тока при срыве подачи жидкости. В комплектных уст ройствах ШГС-5804 этот узел был улучшен за счет получения сигнала на срабатывание защиты с индуктивного датчика ам перметра типа Ц324К. Существенное улучшение устройства 10 защиты от срыва подачи выполнено в комплектных устройствах ШГС-5803, в которых применено новое устройство защиты электродвигателя.
На рис. 8.8 представлены также основные функциональные связи блока управления и блока 12 индикации, с которым связаны устройства блока 13 защиты и аппараты 14 ручного управления и систем диспетчеризации и автоматизации про мысла. Устройство 15 автоматического повторного включения с индикатором 16 напряжения сети через блок 17 управления контактором 3 обеспечивает автоматический пуск установки после перерыва в электроснабжении. Блок 17 управляет отклю чением контактора 3 по сигналам устройства 9 токовой защиты, воздействующим при нормальном напряжении сети — через блок 18 запоминания аварии, а при отклонениях напряжения сети — непосредственно. Отключение фиксируется индикатором 19 срабатывания токовой защиты. Отключение двигателя 5 защитой 10 от срыва подачи жидкости фиксируется индикато ром 20. Уменьшение сопротивления изоляции токоведущих це пей погружного электродвигателя 5 контролируется с помощью прибора 21 типа МКН-380М1 и устройство 8 защиты выдает сигнал на отключение автоматического выключателя 2 и кон тактора 3. Сила тока статора погружного электродвигателя 5 контролируется по амперметру 22.
В комплектные устройства ШГС-5803 и ШГС-5804 по срав нению с устройством ШГС-5802 дополнительно введен узел 23 защиты при снижении давления в трубопроводе, например, при его разрывах, когда при автоматической работе установки нефтедобычи без наблюдения обслуживающего персонала не обходимо предотвратить засорение окружающей среды. Отклю чение выполняется по сигналу манометра 24 и фиксируется ин дикатором 25. В комплектное устройство ШГС-5803 введен узел 26 автоматического повторного включения после срыва подачи жидкости и узел 27 блокировки автоматического повторного включения при обратном потоке жидкости и вращении погруж ного электронасоса после отключения, когда нарушается рабо та обратного клапана. Этот режим фиксируется индикатором
28.
На блоке 17 комплектного устройства ШГС-5803 применено устройство для управления электромагнитным контактором, которое содержит трансформатор с обмоткой, подключенной к
281
сети питания, тиристоры, через которые обмотка контактора 3 подключена к обмоткам удерживающего и обмотке форсирую щего напряжение трансформатора, блок отключения, формиро
ватель времени форсировки на включение |
и |
формирователь |
||
единичного импульса для форсировки |
при |
отключении. |
||
В последние годы на нефтепромыслах получили распростра |
||||
нение погружные диафрагменные и |
винтовые |
электронасосы |
||
УТЭВНТ5-16-1200, УТЭВНТ5-25-1000 |
и |
УЭДН5-12,5-800. Для |
управления и защиты погружных электродвигателей мощностью 5,5 и 2,5 кВт этих новых насосов выпускают комплектные уст
ройства типа Ш5103-3277У1 на напряжение силовой |
цепи |
380 В переменного тока и номинальную силу тока 16 А. |
Уст |
ройство обеспечивает: включение и отключение двигателя; дис танционное управление двигателем с диспетчерского пункта и управление двигателем от программного устройства; работу двигателя насосной установки в режимах «ручной» и «автома тический»; автоматическое включение двигателя с регулируе мой выдержкой времени от (2,5±2) до (60±6) мин при подаче напряжения питания; запрещение включения двигателя при восстановлении напряжения питающей сети с нарушением по рядка чередования фаз; возможность запрещения включения двигателя при напряжении питающей сети выше 418 В; отклю чение двигателя при перегрузке любой из фаз с выбором мак симального тока фазы по время-токовой характеристике; от ключение двигателя при отклонении напряжения питающей се ти выше 10 или ниже 15% от номинального, если это откло нение приводит к недопустимой перегрузке по току, с автома тическим повторным включением двигателя после восстановле ния напряжения; отключение двигателя при недогрузке с вы держкой времени на срабатывание защиты не более 45 с; ав томатическое повторное включение двигателя после его отключення защитой от недогрузок с регулируемой выдержкой вре мени от (2 ± 1 ) до (1200± 120) мин; выбор режима работы с автоматическим повторным включением после срабатывания защиты от недогрузки или без автоматического повторного включения; выбор режима работы с защитой от турбинного вращения двигателя или без защиты; отключение двигателя в зависимости от давления в трубопроводе по сигналам контакт ного манометра; отключение двигателя при снижении напряже ния питающей сети ниже 0,8 UHOм; контроль тока двигателя и контроль напряжения сети; возможность регистрации тока двигателя регистрирующим амперметром; наружную световую
сигнализацию об аварийном отключении; |
подключение с |
по |
|
мощью штепсельного разъема переносных |
токоприемников |
с |
|
током фазы не более 60 А; подключение |
с помощью |
розетки |
|
на напряжение 220 В геофизических приборов с током |
до 6 |
А. |
282
8.6. Электроснабжение установок с ЭЦН и выбор электрооборудования бесштанговой насосной установки
Подвод электрической энергии к погружному электродвига телю осуществляется маслонефтестойким трехжильным кабелем с резиновой или полиэтиленовой изоляцией, прикрепляемым к на сосным трубам с помощью металлических поясов. Верхний ко нец кабеля намотан на барабан, служащий для транспортиров ки кабеля и его спуска и подъема. Кабельная линия в скважи не выполняется плоским кабелем марки КРБП (с резиновой изоляцией) или марки КПБП (с полиэтиленовой изоляцией) на конечном участке вдоль насоса и круглым кабелем марки КРБК (КПБК) — на остальной длине линии. При этом пло щадь сечения плоского кабеля берется на одну ступень ниже площади сечения круглого кабеля. Применение плоского кабе ля обусловлено необходимостью уменьшить поперечные разме ры погружного устройства. Выпускаются кабели площадью сечения 3X16, 3X25 и 3X35 мм2. Кабели с резиновой изоляци ей рассчитаны на номинальное напряжение 1100 В, работу при
температуре окружающей среды от +90 |
до —30 °С |
и давление |
до 10 МПа. Кабели с полиэтиленовой |
изоляцией |
рассчитаны |
на номинальное напряжение 2300 В, работу при температуре
окружающей среды от |
+ 9 0 до —55 °С, |
давление |
до |
20 МПа. |
Они обладают большей газостойкостью. |
|
на |
зажимах |
|
Для поддержания |
необходимого напряжения |
|||
погружного двигателя |
при изменениях |
потерь |
напряжения в |
кабеле и других элементах питающей сети, а также для воз можности питания двигателей ПЭД с различными номинальны ми напряжениями при стандартных напряжениях промысловых сетей применяются трансформаторы. Зажимы низшего напря жения (первичные) присоединяются к промысловой сети, а вто ричные— к кабелю КРБК (КПБК). Для питания погружных электронасосов электропромышленность СССР выпускает си ловые масляные трансформаторы типов ТМП и ТМПН мощ ностью от 40 до 400 кВ-А. Эти трансформаторы рассчитаны на эксплуатацию в районах с умеренным или холодным (исполне ние ХЛ) климатом (табл. 8.3).
Коэффициент мощности установок с погружными электро насосами, определяемый в основном coscp электродвигателя, значительно выше, чем коэффициент мощности установок со станками-качалками. Как видно из табл. 8.2, значения cosq) двигателей серии ПЭД лежат в пределах 0,7—0,85 при номи нальной нагрузке. Они могут снижаться до 0,6—0,75 при недо грузках.
Питание установок центробежных электронасосов (ЭЦН) производится:
от сети 6 кВ с промежуточной трансформацией напряжения
283
Данные двухобмоточных трехфазных масляных трансформаторов
|
|
Н |
63/611-ТМП |
63/856-ТМП |
100/736-ТМП |
100/844-ТМП |
100/1170-ТМП |
100/1610-ТМП |
|
|
СО |
|
|
|
|
|
|
|
|
UD |
|
|
|
|
|
|
|
|
-Г |
|
|
|
|
|
|
Параметры |
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
? |
|
|
|
|
|
|
Номинальная |
мощ |
40 |
63 |
63 |
100 |
100 |
100 |
100 |
ность, кВ-А |
|
|
|
|
|
|
|
|
О
СО
О)
о
о
с
£
н
100
ТМП-160/1007
160
Напряжение холосто |
370—495 |
391—675 657— 1023 475—736 |
633—958 920— 1170 |
1270—1610 |
1750—2210 |
756— 1136 |
||||||
го хода вторичной об |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
мотки, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ступень |
регулирова |
31 |
32 |
41 |
27—32 |
35—38 |
63 |
85 |
115 |
46 |
||
ния, |
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери |
холостого |
хо |
0,19 |
0,265 |
0,265 |
0,365 |
0,365 |
0,365 |
0,365 |
0,365 |
0,54 |
|
да, |
кВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери |
короткого |
за |
0,88 |
1,28 |
1,28 |
1,97 |
1,97 |
1,97 |
1,97 |
1,97 |
2,65 |
|
мыкания, кВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ток |
холостого хода, |
3 |
2,8 |
2,8 |
2,6 |
2,6 |
2,6 |
2,6 |
2,6 |
2,4 |
||
% номинального |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П р и м е ч а н и е . Номинальное напряжение первичной обмотки 380 В; напряжение короткого замыкания 5,5%.
на скважине до 0,4 кВ, подводимого к трансформаторам уста новки ЭЦН (двойная трансформация на скважине).
с подведением к скважинам напряжения 6 кВ и монтажом на каждой скважине трансформатора, понижающего это напря жение до величины, необходимой для питания двигателя насо са с исключением из состава установки ЭЦН трансформаторов 6/0,4 кВ (см. рис. 8.6, а); в этом случае на подстанции у каж дой скважины должен быть предусмотрен еще и дополнитель ный трансформатор 6/0,4 кВ для питания цепей управления, сигнализации, освещения, подогрева и др. Возможно обойтись и одним трехобмоточным трансформатором, одно из вторичных напряжений которого соответствует необходимому напряжению двигателя £/дв, а второе — 0,4 кВ;
от подстанции 6/0,4 кВ магистралями с напряжением 0,38 кВ (см. рис. 8.4,6). Такие схемы питания иногда встречаются при небольших удаленностях скважин от промысловых понижаю щих подстанций 6/0,4 кВ и небольших мощностях двигателей ЭЦН.
Для питания действующих установок по схеме с двойной трансформацией напряжения применяются комплектные транс форматорные подстанции общепромышленного назначения.
Разработаны и изготовлены специальные подстанции типа КТППН-82 мощностью 63—400 кВ-А для питания одиночных скважин и кустов скважин в условиях холодного климата (ис полнение ХЛ1). Аппаратура этих подстанций — общепромыш ленного назначения, вследствие чего применен электрический обогрев кабин, в которых она размещена (рис. 8.9).
Подстанция КТППН осуществляет прием и преобразование электрической энергии, управление и защиту электродвигателей ЭЦН мощностью от 14 до 180 кВт, а также питание двигателя механизма привода кабельного барабана и других потребителей электроэнергии при ремонте скважин с общей нагрузкой до 60 А. КТППН представляет собой комплект электрооборудова ния, состоящего из отсека РУ 6 кВ и утепленной кабины, ус тановленных на салазках. РУ 6 кВ представляет собой метал лический шкаф, состоящий из вводного отсека и отсека сило вого трансформатора. В шкафу размещены проходные изоля торы, вентильные разрядники, предохранители и масляный трехобмоточный трансформатор типа ТМТПН (табл. 8.4). Трансформаторы ТМТПН рассчитаны на одновременную отда чу номинальной мощности с обмотки среднего напряжения и 10% номинальной мощности с обмотки низшего напряжения. Напряжение регулируется после отключения трансформатора от сети путем переключения ответвлений обмотки среднего на пряжения с помощью переключателя, выведенного на стенку бака. Можно регулировать напряжение, не отключая трансфор матор от сети, но обязательно без нагрузки.
285
A -А
Рис. 8.9. Комплектная трансформаторная под станция типа КТППН:
а — общий вид; 1 — РУ 6 кВ) 2 — трансформатор; 8 — РУ 0,4 кВ и станция унравле* ния ПЭД; б — электрическая схема; Р — разъединитель; Пр1—ПрЗ — предохранители; Рр1—Рр4 — разрядники; Тр —
трансформатор; |
КЛ — ввод |
ной вакумный |
контактор; |
КСА — блок-контакты разъ единителя; С — конденсатор; Др — дроссель; ЭН — элект ронагреватели
Т а б л и ц а |
8.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Технические данные трехобмоточных, трехфазных масляных трансформаторов |
|
|
|
|||||||||
Параметры |
|
|
ТМТПН1-160 |
ТМТПН2-160 |
ТМТПНЗ-160 |
ТМТПН1-250 |
ТМТПН2-250 |
ТМТПН1-400 |
ТМТПН2-400 |
|||
Номинальная |
мощность, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
кВ-А: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трансформатора |
|
|
87 |
84 |
|
78 |
146 |
153 |
190 |
201 |
||
обмотки |
среднего |
напря- |
84 |
81 |
|
74,8 |
142,5 |
150 |
187 |
198 |
||
жения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номинальное |
напряжение |
861 |
1179 |
|
1588 |
1115 |
2245 |
1206 |
2218 |
|||
обмотки среднего напряже |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ния, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Напряжение |
ступеней |
регу- |
534—861 |
788— 1179 |
1229— 1588 |
755— 1115 |
1805—2245 |
900— 1206 |
1700—2218 |
|||
лирования, |
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ступень регулирования, В |
33—41 |
41—48 |
33— 45 |
35— 40 |
45—50 |
30—35 |
57—60 |
|||||
Потери холостого хода, Вт |
|
|
|
750 |
900 |
1C)50 |
||||||
Ток холостого хода, % от |
|
|
|
8 |
3,8 |
2,8 |
||||||
номинального |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери короткого замыка |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ния пары обмоток, Вт: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
высшего — среднего |
на- |
1550 |
1400 |
|
1250 |
2400 |
2600 |
2650 |
2900 |
|||
пряжения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
высшего — низшего напря |
|
190 |
|
|
2 Ю |
|
230 |
|||||
жения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П р и м е ч а н и я . |
1. Номинальное напряжение обмотки |
высшего напряжения 6 кВ. низшего напряжения — 0,4 кВ; мощность обмотки |
||||||||||
низшего напряжения |
25 |
кВ-А. |
2. Напряжение |
короткого |
замыкания обмоток |
высшего — среднего напряжения — 4,5%, |
высшего — низ- |
|||||
□0 шего напряжения— 1,2%. |
|
|
|
___________ ___________________________________________ |
||||||||
" I _____ ; |
|
|
|
|
|
|
Утепленная камера представляет собой конструкцию, вы полненную из наружной и внутренней металлической обшивок с теплоизоляцией между ними. В камере располагаются стан ции управления, трансформаторы тока, вакуумный контактор, токоограничивающий реактор L (для трансформаторов ТМТПН250 и ТМТПН-400).
Силовой трансформатор Тр (см. рис. 8.9,6) питается от ЛЭП 6 кВ через линейный разъединитель Р наружной уста новки, монтируемый на опоре рядом с КТППН. Разъединитель отключает токи холостого хода силового трансформатора и соз дает видимый разрыв при ремонте КТППН. Предохранители Пр1—ПрЗ служат для защиты трансформатора Тр и шин от токов короткого замыкания. Вентильные разрядники Рр1— РрЗ защищают силовой трансформатор от атмосферных пере напряжений.
От обмотки низшего напряжения трансформатора Тр напря жение 0,4 кВ подается на станцию управления ШГС 5804-23А1 и на станцию управления обогревом ШГС 5005-03А2 с нагре вательными элементами, а также для внутреннего освещения.
Для контроля состояния изоляции системы «кабель — ПЭД» используется цепочка, состоящая из конденсатора С и дросселя Др, которые присоединены к нулевой точке обмотки среднего
напряжения силового |
трансформатора |
через |
разрядник Рр4. |
|
В КТППН предусмотрены блокировки, предотвращающие: |
||||
открывание отсеков ввода 6 кВ |
и силового |
трансформатора, |
||
снятие ограждения вакуумного |
контактора |
без отключения |
||
главных и включения |
заземляющих |
ножей |
разъединителя; |
включение главных ножей разъединителя при включенных за земляющих; отключение (включение) главных ножей разъеди нителя под нагрузкой; включение (отключение) штепсельного разъема при наличии напряжения; переключение ответвлений трансформатора под нагрузкой.
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, долж ны соответствовать оптимальному дебиту скважины и полному напору, необходимому для подъема жидкости.
Мощность на валу центробежного насоса |
|
Р = Qtfp.9,81-10-3/riHac кВт, |
(8.15) |
где Q — подача насоса, м3/с; Я — напор, развиваемый |
насо |
сом, м; р — плотность жидкости, кг/м3; т]нас — к. п. д. насоса. Величины Q и Я определяются точкой пересечения характе
ристики насоса и скважины. В каталоге насосов указывается и соответствующий данному типу насоса электродвигатель. На
288
пример, насосу 1ЭЦН6-500-450 |
с номинальной |
подачей |
Q= |
= 500 м3/сут и номинальным |
напором Я-445 м |
соответствует |
|
двигатель ПЭД-46-123 номинальной мощностью |
Рн = 46 кВт. |
||
Обычно насос выбирают таким образом, чтобы Q соответство |
|||
вала оптимальному дебиту скважины. Если при этом Я |
равен |
||
полному напору, необходимому |
для подъема жидкости |
Я с, то |
скважина и насос будут работать в оптимальном режиме. Если Я С> Я , то насос будет работать с подачей, меньшей оптималь ного дебита скважины, и с низким т]нас. Если Я превосходит
Я с, то насос будет работать с |
подачей, превышающей |
опти |
мальный дебит скважины. При |
этом к. п. д. насоса будет |
сни |
жен, а большой приток жидкости в скважину может ухудшить условия ее эксплуатации.
Площадь сечения кабеля |
КРБК (КПБК) выбирают с уче |
|||||
том потери напряжения в нем AUK. При этом индуктивное со |
||||||
противление (в |
Ом) кабеля |
может быть |
принято |
равным |
||
|
|
хк = |
L -10-4, |
|
|
(8.16) |
где L — длина |
кабеля |
в м, а активное |
сопротивление |
|||
|
г = |
(164 + |
0,70) L • 10-4/^, |
(8.17) |
||
где 0 — средняя температура |
(°С) кабеля по всей длине, вклю |
|||||
чая участки в скважине и на барабане; |
|
q — площадь сечения |
||||
жилы кабеля, мм2. |
(и мощности) |
в |
кабеле |
желательно |
||
Потери напряжения |
сделать возможно меньшими, но при этом увеличение площади сечения кабеля ограничено поперечными размерами установ ки, допустимыми для примененной в скважине обсадной колон ны. Например, для питания двигателей ПЭД-10-103 и ПЭД-20- 103 при глубине подвески агрегата, которой соответствует раз
виваемый насосом напор Я до 780 м, |
применяется часто ка |
||||
бель марки КРБК площадью сечения 3X16 мм2, а при |
Я |
до |
|||
1500 |
м — 3x25 |
мм2. Для двигателей |
ПЭД-46-123 при |
Я |
до |
875 |
м площадь |
сечения кабеля 3 x25 |
мм2, а при Я до |
1315 |
м |
оно равно 3 x35 |
мм2. |
|
|
|
|
Трансформатор выбирается таким образом, чтобы номиналь |
|||||
ный |
ток его вторичной обмотки был |
не менее рабочего |
тока |
двигателя, а ее напряжение при холостом ходе равнялось номи нальному напряжению двигателя, сложенному с потерей на пряжения в кабеле и в трансформаторе.
8.7. Энергетические показатели насосной нефтедобычи
Расход электроэнергии на откачку жидкости из скважины при насосной эксплуатации определяется из следующих сооб ражений.
19—234 |
289 |