книги / Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности
..pdfво вращающемся преобразователе (КЗЗ). Защита реагирует на пульсации тока возбуждения возбудителя, которые в случае ава рии во вращающемся преобразователе достигают значительной величины, и вызывает срабатывание сигнализации и отключение двигателя. Управление возбуждением возбудителя, а следова тельно, и двигателя осуществляется с помощью автоматиче ского регулятора (АРВ) по заданному закону.
Регулятор выполнен по принципу запоминания сигналов тока и напряжения статора в каждый период напряжения сети. Та ким образом, с динамиче
ской |
точки |
|
зрения регу |
|
|
|
|
|
||||
лятор |
обладает |
характе |
|
|
|
|
|
|||||
ристикой |
|
импульсного |
|
|
|
|
|
|||||
элемента |
|
с |
периодом |
|
|
|
|
|
||||
квантования |
0,02 с, |
что |
|
|
|
|
|
|||||
обеспечивает |
его высокое |
|
|
|
|
|
||||||
быстродействие |
и малые |
|
|
|
|
|
||||||
пульсации выходного сиг |
|
|
|
|
|
|||||||
нала. |
|
|
|
|
элек |
|
|
|
|
|
||
Регулируемый |
|
|
|
|
|
|||||||
тропривод |
бурового |
на |
|
|
|
|
|
|||||
соса |
на |
базе |
вентильного |
|
|
|
|
|
||||
двигателя |
(рис. |
7.18) |
со |
|
|
|
|
|
||||
стоит из преобразователя |
Рис. 7.18. Принципиальная схема вентиль |
|||||||||||
частоты |
со звеном посто |
ного двигателя: |
|
|
|
|
||||||
янного |
тока |
и |
серийной |
/ — автоматический выключатель; 2 — токоограии- |
||||||||
чивающие реакторы; |
3 — регулируемый выпрями |
|||||||||||
синхронной |
|
машины |
5 |
и |
тель; 4 — инвертор; |
5 — синхронный |
двигатель; |
|||||
обеспечивает |
плавное |
и |
6 — тиристорный |
возбудитель; |
7 — датчик поло |
|||||||
жения ротора; |
8 — тахогенератор; |
9 — система |
||||||||||
экономичное |
|
регулиро |
импульсно-фазового |
управления |
выпрямителем; |
|||||||
|
10 — система управления инвертора; |
// — пульт |
||||||||||
вание в диапазоне свыше |
управления |
|
|
|
|
|||||||
1 20. |
Для |
управления |
|
|
|
|
|
инвертором используется бесконтактный датчик положения ро тора в сочетании с датчиком напряжения на зажимах машины. Благодаря этому регулировочные свойства электропривода ана логичны свойствам электропривода постоянного тока. Выпрям ленное напряжение через сглаживающий реактор РФ подается на вход инвертора 4. Тиристоры инвертора отпираются системой управления 10 в зависимости от сигналов датчика положения ротора 7. Ток возбуждения вентильного двигателя регулируется возбудителем 6 в зависимости от нагрузки двигателя 5.
В буровых установках для бурения скважин глубиной 7— 10 км для электропривода насосов У8-7 служат двигатели по стоянного тока П172-12к (950 кВт, 550 В, 750/900 об/мин). Каж дый из трех двигателей насосов получает питание по системе генератор — двигатель от одного из главных генераторов уста новки. Обмотка возбуждения двигателя питается от силового нереверсивного магнитного усилителя. Пуск двигателя осу ществляется путем оперативного управления напряжением
283
генератора с помощью переключателя, установленного 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.
§ 40. Дизель-электрический привод
Дизельный привод главных механизмов буровых установок имеет существенные недостатки. Стремление улучшить характе ристики дизельного привода, упростить кинематику и повысить производительность буровых установок, увеличить срок службы дизеля и улучшить условия труда буровых бригад привело к созданию гидравлических и электромашинных передач от ди зеля к исполнительным механизмам.
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 и в ряде случаев увеличивает скорости подъема инстру мента.
Электромашинные передачи постоянного тока дают почти те же результаты и, кроме того, позволяют упростить кинемати ческую схему установки и улучшить условия труда буровой бригады.
Применение электромашинных передач переменного тока имеет те же цели, а также дает возможность упразднить вспо могательные дизель-электростанции, поскольку двигатели вспо могательных механизмов получают питание от генераторов электромашинной передачи. При наличии электромашинных пе редач переменного тока наиболее благоприятны условиядля
унификации |
буровых |
установок, предназначенных |
для работы |
в электрифицированных и неэлектрифицированных |
районах. |
||
Однако |
во всех |
случаях применение электромашинных и |
в особенности гидравлических передач связано с потерями мощ ности. Кроме того, в ряде случаев может оказаться, что элек тромашинные передачи усложняют обслуживание привода, уве личивают его массу или снижают надежность.
Применение дизель-электрического или дизель-гидравличе- ского привода вместо чисто дизельного не всегда целесообразно, так как в каждом отдельном случае нужно сделать соответ ствующий технико-экономический сопоставительный анализ с учетом конкретных условий работы установки: способа и вре мени проходки скважин; расстояния, на которое нужно перево
284
зить установку; геологических условий проходки скважин; ква лификации обслуживающего персонала; наличия в УРБ электроремонтной базы и пр.
Наибольшее развитие дизель-электрический привод полу чил в зарубежных буровых установках. Согласно литературным данным, за рубежом определились следующие области эффек тивного применения буровых установок с дизель-электрическим приводом:
для эксплуатационного и разведочного бурения глубоких и сверхглубоких нефтяных и газовых скважин;
для передвижных и полупередвижных наземных установок (глубина бурения 2000—2500 м);
для всех видов бурения во внешних и внутренних водоемах (морские и озерные баржи, плавучие основания, платформы и пр.);
для бурения на пересеченной местности и в густонаселен ных районах.
На плавучих буровых установках и полупогружных плат формах применен дизель-электрический привод, принципиаль ная схема которого показана на рис. 7.19. В этом приводе ди зели Д1—Д5 вращают генераторы переменного тока Г1—Г5, работающие на общие секционированные главные шины ГШ 6 кВ. Генераторы Г1—Г5 имеют тиристорные возбудители ВГ1—ГВ5. Вспомогательные генераторы Гб и Г7, вращаемые дизелями Д6 и Д7, питают шины 0,4 кВ переменного тока, ко торые через трансформаторы связаны с шинами 6 кВ. Большое число выключателей обеспечивает возможность присоединения любого из генераторов к любой системе шин.
Электродвигатели буровой лебедки ДЛ1 и ДЛ2, буровых и цементировочных насосов ДН1—ДН4 и ДЦН1, ДЦН2 и ротора ДР получают питание от реверсивных и нереверсивных тири сторных преобразователей. Таким образом, привод основных механизмов буровой установки осуществляется на постоянном токе. Двигатели гребных винтов ДВ1—ДВ4 и винтов динами ческого уравновешивания корабля ДВ5—ДВ9 — асинхронные с короткозамкнутым ротором. Пуск этих мощных асинхронных двигателей производят, поочередно присоединяя один из глав ных генераторов. Такая схема пуска позволяет избежать влия ния пусковых токов на работу остальной системы привода.
Наличие двигателей постоянного и переменного тока при мерно одинаковой установленной мощности, но работающих не одновременно позволяет при такой системе привода уменьшить установленную мощность генераторов переменного тока.
Управление главными электроприводами осуществляется в цепях управления тиристорных преобразователей; релейно контактная аппаратура используется только для подготовки схемы к работе и для обеспечения требуемых защит и блоки ровок.
285
3" Щлг
Рис. 7.19. Принципиальная схема дизель-электри
ческого привода постоянно-переменного тока
§ 41. Электрооборудование морских буровых установок
Скважины на море бурят с морских оснований, с плавучих или полупогружных буровых установок. В случае бурения
сморских оснований применяются серийные буровые установки
сэлектроприводом. Электроснабжение таких установок осуще ствляется кабельными линиями 35 и 6 кВ, проложенными по эстакадам, а комплект электрооборудования такой же, как и
для установок для бурения на суше.
В случае бурения с индивидуальных морских оснований при меняют буровые установки с автономным приводом (чаще всего дизельным). Электродвигатели привода вспомогательных ме ханизмов получают питание от дизель-генераторов напряже нием 0,4 кВ, расположенных на основании.
Плавучие полупогружные буровые установки (платформы, баржи, суда), как правило, снабжаются дизель-электрическим приводом постоянно-переменного тока (см. рис. 7.19). В зави симости от условий, глубины бурения и глубины моря число силовых агрегатов, их мощность, число и мощность приводных электродвигателей основных и вспомогательных механизмов мо гут быть различными. Однако техническое решение, согласно которому для привода основных механизмов применяют двига тели постоянного тока, а для привода вспомогательных меха низмов — асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, является неизменным как в плавучих буровых установках «Азербайджан» и «Хазар», так и в буровых установках зару бежных фирм.
В морских буровых установках возможно образование взры воопасной зоны вокруг наружных установок (вибросит, жело бов, приемных емкостей, дегазаторов) в нормальных условиях эксплуатации буровой установки при циркуляции в системе промывочной жидкости, содержащей до 10% добавок нефти. Опасность возникновения взрывоопасных смесей нефтяных па ров с воздухом существует также в закрытых помещениях бу ровых и цементировочных насосов и в помещениях для хране ния бурового раствора.
По классификации взрывоопасных смесей пары нефти отно сятся ко 2-й категории и группе ТЗ, а помещения морских бу ровых установок могут быть отнесены:
ккатегории 1а — зоны расположения желобовой системы, приемных емкостей и других открытых установок, ограничен ные расстоянием до 3 м во всех направлениях от указанных установок; помещения, где расположены емкости для бурового раствора;
ккатегории Па — район расположения устья скважины; определяемый пространством ограниченным цилиндром ради усом 15 м от оси скважины, высотой 3 м над полом буровой и
до 9 м — под полом буровой; район расположения дегазато-
288
ров, пескоотделителей и других закрытых наружных установок, определяемый пространством, ограниченным расстоянием до 3 м во всех направлениях от указанных установок; помещения, где располагаются буровые, цементировочные насосы (взрыво опасное пространство — объем всего помещения).
В соответствии с изложенным электрооборудование, уста новленное стационарно, должно быть следующего исполнения: взрывозащищенное с уровнем взрывозащиты не ниже взрывобезопасного — в помещениях и открытых пространствах катего рии 1а; взрывозащищенное с любым уровнем взрывозащиты в помещениях и открытых пространствах категории Иа.
§ 42. Электрооборудование вспомогательных механизмов
Независимо от типа электропривода главных механизмов привод большей части вспомогательных механизмов осущест вляется асинхронными двигателями с короткозамкнутым рото ром напряжением 380 В с дистанционным управлением. Элек тропривод компрессора низкого давления после его пуска уп равляется автоматически в зависимости от давления сжатого воздуха. После увеличения давления до 0,8—0,9 МПа реле дав ления отключает электропривод; при снижении давления до 0,6—0,7 МПа — вновь отключает его.
В схемах управления предусмотрены различные блокировки, обеспечивающие требуемую последовательность включения вспомогательных и главных механизмов. Все двигатели вспо могательных механизмов имеют нулевую защиту, защиту от коротких замыканий, перегрузки и однофазного включения, осу ществляемую расцепителями установочных автоматов и тепло выми реле пускателей. Все аппараты сосредоточены на соответ ствующих станциях и пультах управления.
В установках с неавтономным приводом главных механиз мов питания электроприводов вспомогательных механизмов по дается от электрической сети через трансформатор 6000/400 В. От этого же трансформатора питаются цепи освещения. При перерывах в электроснабжении буровой установки необходи мые вспомогательные механизмы питаются от резервной ди- зель-генераторной электростанции. В установках с автономным
приводом |
(дизельных или дизель-электрических) |
независимо |
от рода |
тока электроприводов главных механизмов |
двигатели |
вспомогательных механизмов питаются от дизель-генераторной электростанции переменного тока мощностью 100 кВт. Для ав томатического регулирования напряжения этой электростанции применена схема регулятора с фазным компаундированием типа УБКО, которая подробно описана в гл. 12.
Современные буровые установки оснащены комплексом ме ханизмов для автоматизации спуско-подъема АСП, позволяю щим совмещать развинчивание, свинчивание и перестановку
Ю З а к а з № 2719 |
2 ®9 |
§ 41. Электрооборудование морских буровых установок
Скважины на море бурят с морских оснований, с плавучих или полупогружных буровых установок. В случае бурения
сморских оснований применяются серийные буровые установки
сэлектроприводом. Электроснабжение таких установок осуще ствляется кабельными линиями 35 и 6 кВ, проложенными по эстакадам, а комплект электрооборудования такой же, как и для установок для бурения на суше.
Вслучае бурения с индивидуальных морских оснований при меняют буровые установки с автономным приводом (чаще всего дизельным). Электродвигатели привода вспомогательных ме ханизмов получают питание от дизель-генераторов напряже нием 0,4 кВ, расположенных на основании.
Плавучие полупогружные буровые установки (платформы, баржи, суда), как правило, снабжаются дизель-электрическим приводом постоянно-переменного тока (см. рис. 7.19). В зави симости от условий, глубины бурения и глубины моря число силовых агрегатов, их мощность, число и мощность приводных
электродвигателей основных и вспомогательных механизмов мо гут быть различными. Однако техническое решение, согласно которому для привода основных механизмов применяют двига тели постоянного тока, а для привода вспомогательных меха низмов — асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, является неизменным как в плавучих буровых установках «Азербайджан» и «Хазар», так и в буровых установках зару бежных фирм.
В морских буровых установках возможно образование взры воопасной зоны вокруг наружных установок (вибросит, жело бов, приемных емкостей, дегазаторов) в нормальных условиях эксплуатации буровой установки при циркуляции в системе промывочной жидкости, содержащей до 10% добавок нефти. Опасность возникновения взрывоопасных смесей нефтяных па ров с воздухом существует также в закрытых помещениях бу ровых и цементировочных насосов и в помещениях для хране ния бурового раствора.
По классификации взрывоопасных смесей пары нефти отно сятся ко 2-й категории и группе ТЗ, а помещения морских бу ровых установок могут быть отнесены:
ккатегории 1а — зоны расположения желобовой системы, приемных емкостей и других открытых установок, ограничен ные расстоянием до 3 м во всех направлениях от указанных установок; помещения, где расположены емкости для бурового раствора;
ккатегории Па — район расположения устья скважины; определяемый пространством ограниченным цилиндром ради усом 15 м от оси скважины, высотой 3 м над полом буровой и до 9 м — под полом буровой; район расположения дегазато-
288
ров, пескоотделителей и других закрытых наружных установок, определяемый пространством, ограниченным расстоянием до 3 м во всех направлениях от указанных установок; помещения, где располагаются буровые, цементировочные насосы (взрыво опасное пространство — объем всего помещения).
В соответствии с изложенным электрооборудование, уста новленное стационарно, должно быть следующего исполнения: взрывозащищенное с уровнем взрывозащиты не ниже взрывобезопасного — в помещениях и открытых пространствах катего рии 1а; взрывозащищенное с любым уровнем взрывозащиты в помещениях и открытых пространствах категории Па.
§ 42. Электрооборудование вспомогательных механизмов
Независимо от типа электропривода главных механизмов привод большей части вспомогательных механизмов осущест вляется асинхронными двигателями с короткозамкнутым рото ром напряжением 380 В с дистанционным управлением. Элек тропривод компрессора низкого давления после его пуска уп равляется автоматически в зависимости от давления сжатого воздуха. После увеличения давления до 0,8—0,9 МПа реле дав ления отключает электропривод; при снижении давления до 0,6—0,7 МПа — вновь отключает его.
Всхемах управления предусмотрены различные блокировки, обеспечивающие требуемую последовательность включения вспомогательных и главных механизмов. Все двигатели вспо могательных механизмов имеют нулевую защиту, защиту от коротких замыканий, перегрузки и однофазного включения, осу ществляемую расцепителями установочных автоматов и тепло выми реле пускателей. Все аппараты сосредоточены на соответ ствующих станциях и пультах управления.
Вустановках с неавтономным приводом главных механиз мов питания электроприводов вспомогательных механизмов по дается от электрической сети через трансформатор 6000/400 В. От этого же трансформатора питаются цепи освещения. При перерывах в электроснабжении буровой установки необходи мые вспомогательные механизмы питаются от резервной ди- зель-генераторной электростанции. В установках с автономным
приводом |
(дизельных или дизель-электрических) независимо |
от рода |
тока электроприводов главных механизмов двигатели |
вспомогательных механизмов питаются от дизель-генераторной электростанции переменного тока мощностью 100 кВт. Для ав томатического регулирования напряжения этой электростанции применена схема регулятора с фазным компаундированием типа УБКО, которая подробно описана в гл. 12.
Современные буровые установки оснащены комплексом ме ханизмов для автоматизации спуско-подъема АСП, позволяю щим совмещать развинчивание, свинчивание и перестановку
Ю Заказ № 2719 |
2 89 |
свечей с перемещением порожнего элеватора. В качестве при вода тележки и стрелы механизмов АСП применены асинхрон
ные |
двигатели |
с |
короткозамкнутым ротором МТК-1Н-6 |
(3,5 |
кВт, 380 В, |
870 |
об/мин при ПВ = 25°/о). Принципиальная |
схема управления АСП показана на рис. 7.20.
Напряжение на цепи управления подается через автомати ческий выключатель В2. Перемещением тележки или стрелы управляют постановкой соответствующего командоаппарата
(ККТ или ККС) в нужное положение («вправо» или «влево», «назад», или «вперед»). Остановка полностью зависит от опе ратора. Включают и отключают двигатели АТ и АС пускатели с тепловой защитой. В исходном положении все контакты в це пях катушек пускателей замкнуты и схема подготовлена к ра боте. Исходным (нулевым) положением тележки и стрелы принято считать такое положение, когда тележка находится
точно между магазинами, а стрела — в |
крайнем, |
отведенном |
от центра скважины положении (в этом |
положении |
нажат ко |
нечный выключатель ВКС1). Для выдвижения стрелы вперед оператор включает командоконтроллер ККС в положение «впе ред» (контакт ККС— 1 закрыт), при этом включается пуска тель ПВ и подключает двигатель стрелы ДС к сети. Стрела вы двигается до упора в свечу.
Для защиты двигателя от стопорного режима служит ша риковая муфта, которая в момент упора стрелы в свечу начи нает проворачиваться. Оператор поворотом командоконтроллера ККС в нулевое положение отключает двигатель ДС от сети. Движение стрелы «назад» происходит аналогично.
Схема управления тележкой подобна схеме управления стрелой. Контакты командоконтроллера ККТ включают пуска тели ПП («вправо») или ПЛ («влево») в зависимости от вы бранного магазина. Точность остановки тележки напротив лю бой из кассет полностью зависит от оператора.
В цепях управления тележкой и стрелой имеются блоки ровки, которые не допускают одновременного включения пу скателей ПП и ПЛ, ПВ и ПН, а также блокировки от удара талевым блоком по стреле. Блокировки осуществляются при помощи конечных выключателей стрелы ВКС1 и ВКС2. Конеч ный выключатель ВКС1 срабатывает, когда стрела полностью
убрана |
от центра скважины, а выключатель |
ВКС2 — когда |
||
стрела выдвинута на 1,5 м от |
нулевого положения. |
лампы |
||
Для |
сигнализации положения стрелы |
служат |
||
ЛК и |
ЛЗ. Кратковременное |
включение двигателя |
тележки |
при не полностью убранной стреле возможно с помощью кнопки КТ.
При наличии в буровой установке вспомогательной ле бедки для ее привода применяют асинхронный двигатель с фаз ным ротором МТВ-312-6 (16 кВт, 380 В, 960 об/мин при ПВ = 25%).
290