Федеральное агентство по образованию

Омский государственный технический университет

Нижневартвский филиал

Пояснительная записка к курсовой работе

«Разработка электрического комплекса

для добычи нефти из скважин»

по дисциплине

«Электрические комплексы и системы»

Нижневартовск 2011

Содержание

Техническое задание и исходные данные………………………………………………...3

Аннотация……………………………………………………………………….…………..4

Введение……………………………………………………………………………….…….5

1.Расчёт и выбор основного электрооборудования скважинной насосной установки для добычи нефти…………………………………………………………………………...6

1.1.Выбор подходящей марки погружного электродвигателя……………………6

1.2.Расчёт и выбор кабельной линии……………………………………………….7

1.3.Расчёт и выбор двухобмоточного трансформатора……………………...…...12

1.4.Проверка кабельной линии на термическую стойкость………………...……16

1.5.Выбор подходящей марки электроцентробежного насоса……………..…....18

1.6.Энергетическая диаграмма скважины эксплуатируемой с УЭЦН………..…21

1.7.Годовые потери энергии в УЭЦН………………………………………….….24

2.Расчёт элементов преобразователя частоты для станций управления УЭЦН………25

2.1.Общие сведения по ПЧ………………………………………………………....25

2.2.Расчёт инвертора напряжения на IGBT транзисторах…………………….…35

Заключение…………………………………………………………………………….…..41

Список литературы…………………………………………………………………….….43

Приложения………………………………………………………………………….…….44

Приложение 1: Структурная схема ЭТКС УЭЦН.

Приложение 2: Схема замещения кабельной линии с распределёнными параметрами.

Приложение 3: Функциональная электрическая схема преобразователя частоты (ПЧ).

Приложение 4: Таблица алгоритма переключения IGBT транзисторов, схемы замещения состояний автономного инвертора на интервалах 0…360 эл.Град.

Приложение 5: Графики (временные диаграммы) работы ШИМ.

Приложение 6: Временные диаграммы выходных трёхфазных ступенчатых напряжений ПЧ.

Техническое задание и исходные данные

1.Рассчитать параметры и выбрать кабельную линию и промысловый трансформатор установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) для откачки нефти из скважины;

2.Рассчитать параметры и выбрать погружной электродвигатель и электроцентробежный насос. Привести их параметры и рабочие характеристики. Построить энергетическую диаграмму.

3.Рассчитать элементы преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока для станции управления типа ЭЛЕКТОН-05; 4.Составить схему электроснабжения скважины от ВЛЭП 6 кВ.

Графическая часть:

1.Структурная схема ЭТКС УЭЦН;

2.Схема замещения кабельной линии с распределенными параметрами;

3.Функциональная электрическая схема преобразователя частоты (ПЧ);

4.Таблица алгоритма переключения IGBT транзисторов, схемы замещения состояний автономного инвертора на интервалах 0…360 эл. Град.;

5.Графики (временные диаграммы) работы ШИМ;

6.Временные диаграммы выходных трехфазных ступенчатых напряжений ПЧ;

7.Схема электроснабжения скважины.

Исходные данные:

Таблица. Исходные данные.

№ Варианта	U1, B	l, м	PH, кВт	UH, В	ŋ, %	Cos φ	T, ˚C	DK, мм	Dвн.обм, мм
8	380	700	40	1000	72	0,78	79	103	122

Обозначения принятые в таблице 1: l – глубина спуска погружного электродвигателя (ПЭД); Р_Н – номинальная мощность на валу ПЭД; U_Н – номинальное напряжение ПЭД; η – коэффициент полезного действия ПЭД; cos φ – коэффициент мощности ПЭД; T – температура пластовой жидкости в скважине; D_К – диаметр корпуса ПЭД; D_ВН.ОБ – внутренний диаметр обсадной колонны; U₁ – напряжение промысловой сети.

Аннотация

Данная курсовая работа посвящена проектированию и выбору элементов электрооборудования ЭТКС УЭЦН, в том числе кабельной линии, промыслового трансформатора, преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения.

В работе использовано: страниц 42, таблиц 10, рисунков 15.

Введение

Значительную часть добываемой в России нефти получают из скважин, оборудованных для механизированной добычи, которую осуществляют насосным и компрессорным способами. Для насосной добычи используют штанговые плунжерные насосы или бесштанговые погружные центробежные электронасосы. Область экономически целесообразного применения того или другого вида насосной установки определяется сочетанием суточной производительности скважины и глубины подвески насоса.

Бесштанговые погружные насосы используют на скважинах с форсированным отбором жидкости при значениях 400 – 500 м³/сут и на скважинах и на скважинах с меньшей производительностью 40 – 300 м³/сут при глубине скважины от 400 до 2800 м.

Промышленностью выпускаются центробежные насосы ЭЦН около 30 типоразмеров с подачей от 40 до 500 м³/сут и номинальным напором 445 – 1480 м.

Для работы в сильнообводненных скважинах с содержанием в жидкости повышенных количеств песка разработаны и внедрены в эксплуатацию износостойкие насосы ЭЦН с некоторыми конструктивными изменениями (применены резина, пластмасса, хромистые стали), повышающими стойкость насоса против износа и коррозии.

1.Расчёт и выбор основного электрооборудования скважинной насосной установки для добычи нефти

1.1.Выбор подходящей марки погружного электродвигателя.

ПЭД выбирается по величине мощности на валу и по рабочему напряжению. Из табличных параметров в учебнике «Скважные насосные установки для добычи нефти», стр.128-130, Ивановский. «Центробежные электронасосы для добычи нефти», стр.132, Богданов.

Мой двигатель:

Таблица 1.1. Параметры ПЭД.

Тип ПЭД	ПЭД40-103
Номинальная полезна мощность, , кВт	40
Потребляемая мощность,, кВт	56
Линейное напряжение,, В	1000
Номинальная сила тока, , А	41
Частота, , Гц	50
Скорость вращения, , об/мин (синхронный)	3000
Скольжение, , %	8,5
К.П.Д. , %	72
Коэффициент мощности	0,78
(без кабеля)	2,5

1.2.Выбор и расчёт кабельной линии.

Максимально расчётный ток КЛ находим по формуле:

, (1.2.1)

, (1.2.2)

где – активная мощность подводимая к ПЭД;

, (1.2.3)

- реактивная мощность ПЭД, она рассчитывается по формуле:

, (1.2.4)

Рассчитаем активную мощность по формуле(1.2.3):

Рассчитаем реактивную мощность по формуле(1.2.4):

Полученные значения активной и реактивной мощности подставляем в формулу(1.2.2) и рассчитываем :

Экономическая площадь поперечного сечения кабеля-удлинителя рассчитывается по формуле:

, (1.2.5)

где - экономическая плотность тока,.

Выбираем сечение жилы кабеля - удлинителя из стандартных сечений ближайшее к. Сечение основного кабеля берём на ступень выше из стандартного ряда.

Таблица 1.2.1. Марки кабелей для кабеля –удлинителя и основного кабеля.

Марки кабеля
Кабель – удлинитель	Кабель основной
КПБП, КРБП	КПБК, КПБП, КРБК, КРБП

Таблица 1.2.2. Выбранные кабеля.

	Кабель - удлинитель	Основной кабель
Тип	КРБП 3х25	КПБК 3х35
Наружный диаметр, мм		34,7
Число и сечение жил, мм2	-	3х35
Конструкция жилы	1х5,6	7х2,49
Толщина резиновой изоляции, мм	1,4	2
Толщина наиритовой оболочки, мм	0,9	2
Наружные размеры	14,2х35,6
Напряжение, В	2000	2300
Вес 1км кабеля	1520	2680

Намеченный в выбору кабель-удлинитель проверяем:

- на размерность в скважине вместе с двигателем, для этого должно выполняться условие:

, (1.2.6)

Условие(1.2.6) выполняется.

- на длительно допустимый ток, для этого должно выполняться условие:

, (1.2.7)

где рассчитывается по формуле:

, (1.2.8)

где - поперечный коэффициент. Он рассчитывается по формуле:

, (1.2.9)

где – длительно-допустимая температура для кабеля КБПК, КПБК ,

равная + 90˚С;

;

–температура среды, окружающей кабель, которую условно можно принять равной температуре пластовой жидкости, окружающей кабельную линию в скважине.

–длительный расчетный ток удлинителя при стандартных условиях

(+15⁰С),выбирается из таблички:

Таблица 1.2.3. Длительный расчётный ток удлинителя.

S,мм2	,А
10	90
16	115
25	150
35	180
50	215

Рассчитываем поперечный коэффициент по формуле(1.2.9):

Рассчитанный поперченный коэффициент подставляем в формулу(1.2.8) и рассчитываем:

Проверяем условие(1.2.7):

Условие(1.2.7) выполняется.

Проверяем основной кабель:

- на потерю мощности:

, (1.2.10)

где определяется по формуле:

, (1.2.11)

где - сечение основного кабеля;

- удельная проводимость меди ;

- температурный коэффициент сопротивления меди. ;

–температура кабеля. В нашем случае .

Подставляем все значения в формулу(1.2.11) и рассчитываем:

Полученное значение подставляем в формулу(1.2.10) и считаем:

Делаем проверку, для этого должно выполняться условие:

, (1.2.12)

Условие(1.2.12) выполняется. Проверка прошла.

Расчёт напряжения в КЛ для основного кабеля делаем по формуле:

, (1.2.13)

где - реактивное сопротивление линии. Оно рассчитывается по формуле:

, (1.2.14)

где - длина кабеля, км;

, (1.2.15)

где – среднегеометрическое расстояние между жилами КЛ. Оно определяется по формуле:

, (1.2.16)

где ,,- расстояние между отдельными жилами КЛ.

Если формулу(1.2.16) расписать для разных сечений, то получится следующее:

Формула для кабеля с плоским сечением:

, (1.2.17)

Формула для кабеля с круглым сечением:

, (1.2.18)

где - толщина изоляции;

- толщина оболочки;

рассчитывается по формуле:

, (1.2.19)

где - сечение основного кабеля.

Рассчитываем по формуле(1.2.19):

Рассчитываем по формуле(1.2.18), так как у нас основной кабель круглого сечения:

Полученные значения иподставляем в формулу(1.2.15) и рассчитываем:

подставляем в формулу(1.2.14) и считаем:

Полученное значение подставляем в формул(1.2.13) и делаем расчёт:

Делаем проверку, для этого должно выполняться условие:

,(1.2.20)

Условие(1.2.20) выполняется. Проверка прошла.