2.1 Основные элементы электроснабжения бесштанговой центробежной насосной электроустановки.

Бесштанговая насосная электроустановка с погружным цетробежным насосом состоит из следующих основных элементов:

Рис.1 Основные элементы бесштанговой насосной электроустановки

1)Погружной центробежный насос с сетчатым фильтром.

2)Гидрозащита (протектор).

3)Специальный электродвигатель подвешаный в скважине на насосных трубах.

4)Барабан для крепления на нём кабеля.

5)Специальный питающий кабель.

6)Обратный клапан для удержания жидкости.

7)Трансформатор или автотрансформатор.

8)Станция управления.

9)Спускной клапан, для обеспечения слива жидкости при подъёме агрегата.

2.2 Назначение электроустановки и оборудования.

Бесштанговая насосная установка предназначена для добычи нефти, с помощью электродвигателя и вспомогательных элементов.

Погружной центробежный насос имеет большое число ступеней, каждая из них состоит из рабочего колеса и направляющего аппарата, собранных на вале и вставляемых в стальную трубу, корпус насоса. Нижняя часть насоса с полостью всасывания жидкости отделена от протектора и двигателя специальным сальником. Для работы в сильнообводнённых скважинах с содержанием в жидкости повышенных количеств песка, были разработаны и внедрены в эксплуатацию насосы марки ЭЦНИ с некоторыми конструктивными изменениями(применены резины, пластмассы, хромистые стали), что повысило стойкость насоса против износа и коррозии.

Основные элементы бесштанговой насосной электроустановки.

ШГС 5805.Устройства предназначены для управления и защиты погружных электронасосов добычи нефти с двигателями серии ПЭД мощностью от 14 до 100 кВт и напряжением до 2300 В переменного тока. Устройства предназначены для работы в следующих условиях: температура окружающей среды от - 40 до + 40 градусов Цельсия; окружающая среда должна быть не взрывоопасной. Питание устройства осуществляется от сети переменного тока напряжением 380 В частоты 50 Гц, при колебаниях напряжения сети в пределах от 266 В до 475 В.Питание электродвигателей насосных установок осуществляется от силовых трансформаторов ТМПН. Устройства обеспечивают: а)Включение и отключение электродвигателя; б)Дистанционное управление электродвигателем с диспетчерского пункта и управление электродвигателем от программного устройства; в)работу электродвигателя насосной установки в режимах ручной и автоматический; г)автоматическое включение электродвигателя с регулируемой выдержкой времени от 2,5 до 60 минут при подаче напряжения питания; д)Запрещение включения

электродвигателя при восстановлении напряжения питающей сети с нарушением порядка чередования фаз; е) возможность запрещения включения электродвигателя при напряжении питающей сети выше 420 В; ж)отключение электродвигателя при перегрузке любой из фаз с выбором максимального тока фазы по амперсекундной характеристике;3)отключение электродвигателя при отклонении напряжения питающей сети выше 10% или ниже 15% от нормального, если это отклонение приводит к недопустимой перегрузке по току, с автоматическим повторным включением электродвигателя после восстановления напряжения; и) отключение электродвигателя при недогрузке с выдержкой времени на срабатывание защиты не боле 45 секунд; к) автоматическое повторное включение электродвигателя после его отключения защитой от недогрузки с регулируемой выдержкой времени от 3 до 1200 минут; л)выбор режима работы с защитой от турбинного вращения двигателя или без защиты; м)выбор режима работы с автоматическим повторным включением после срабатывания защиты от недогрузки, или без автоматического повторного включения; н) отключение электродвигателя в зависимости от давления в трубопроводе по сигналам контактного манометра; о)непрерывный контроль сопротивления изоляции системы ,,погружной электродвигатель-кабель,, с отключением электродвигателя при снижении сопротивления изоляции ниже 30 или 3 кОМ; п)контроль тока электродвигателя и контроль напряжения сети; р)возможность регистрации тока электродвигателя регистрирующим амперметром, который поставляется по отдельному заказу; с)наружную световую сигнализацию об аварийном отключении; т)подключение с помощью штепсельного разъёма переносных токоприёмников с током фазы не более 60А;у)подключение с помощью розетки на напряжение 220 В геофизических приборов с током 6 А.Устройство ШГС 5805-49Б3ХЛ3.1 выполнено в металлическом шкафу одностороннего обслуживания. Пусковая и защитная аппаратура расположена внутри шкафа управления. Аппараты находящиеся под напряжением выше 660 В, расположены в отдельном отсеке. Конструкция устройства предусматривает:

- жалюзи для вентиляции, закрываемые изнутри скобами в холодный период года; - механическую блокировку, предотвращающую доступ в высоковольтный отсек при включенном вводом рубильнике Q1;-электрическую блокировку, отключающую коммутационный аппарат (контактор К1),при открывании передней двери шкафа; - видимый разрыв силовой цепи. Управление осуществляется в следующих режимах: - ручной (обычно в режиме опробования);- автоматический; - дистанционный или от программного устройства.

Рис.2 Схема станции управления типа ШГС

2)Для двигателей, выпускавшихся до 1973 г. и широко распространённых на промыслах, в качестве гидрозащиты применяется протектор. Корпус протектора 7 представляет собой стальную трубу несколько меньшего диаметра, чем у двигателя, внутри которой ниппель создаёт две камеры 6 и 12, заполненные соответственно густым и жидким маслом. Внутри протектора проходит вал, соединяющий двигатель с насосом. Вал отделяется от камер втулками 5 и 11.Через отверстия 4 в корпусе протектора поршню 8,находящемуся в камере 6, передаётся гидростатическое давление жидкости в скважине. Кроме этого давления на поршень 8 действует также усилие пружины 9. Густое масло под избыточным давлением проходит в нижнюю камеру протектора 12 через зазор между валом, через трубку 5 и трубку отстойника 3. Жидкое масло проходит из камеры 12 в полость электродвигателя через отверстие 2 в трубке 11.При возможных утечках масла через резьбовые и фланцевые соединения этим поддерживается заполнение полости двигателя жидким маслом под избыточным давлением,

равным давлению жидкости в скважине, сложенному с давлением, создаваемым пружиной 9.Густое масло, как более тяжёлое, находится на дне отстойника и не смешивается с жидким. Камера 12 протектора заполняется жидким маслом через клапан 1 или через нижний клапан двигателя. При этом должна быть вывинчена пробка 10 для выпуска воздуха.

Рис.3 Протектор

Для привода центробежных погружных насосов изготовляются специальные погружные электродвигатели ПЭД, которые должны удовлетворять следующим требованиям работы в скважине:

1.диаметр двигателя должен быть несколько меньше нормальных диаметров применяемых обсадных колонн(обычно двигатели имеют диаметры 103,123 и 170 миллиметров);при заданной мощности выполнение двигателя с малым диаметром вызывает увеличение его длины, достигающей 7-8 метров;

2.для уменьшения размеров агрегата и увеличения его подачи желательно применение высокоскоростных двигателей, поэтому двигатели ПЭД рассчитывают на синхронную частоту вращения 3000 оборотов в минуту при частоте 50 герц;

3.двигатель должен быть защищён от попадания внутрь пластовой жидкости, поэтому применяют маслонаполненные машины, внутри которых поддерживается избыточное давление до 0,2 Мега-паскалей относительно внешнего гидростатического давления в скважине;

4.двигатель должен быть рассчитан на работу при повышенной температуре окружающей среды, то есть при температуре жидкости скважины в месте погружения двигателя; обычно изоляцию двигателей выбирают маслостойкой и теплостойкой, и двигатель рассчитывают на внешнюю температуру до 70 градусов Цельсия.

Принцип работы погружного электродвигателя показан на рисунке 3.Корпус статора 2 представляет собой стальную трубу, в которую запрессованы магнитные пакеты статора 9 длинной 320-450 миллиметров, набранные из электротехнической стали. Статор состоит из отдельных магнитных пакетов(секций), разделённых короткими пакетами 8 из немагнитного материала. Двухполюсная обмотка статора 3 выполнена общей для всех его секций. Ротор 7 также состоит из отдельных секций с длинной каждой секции, отвечающей магнитному пакету статора. Каждая секция ротора создаёт свою короткозамкнутую электрическую цепь (беличье колесо), не связанную с цепями других секций ротора, сидящих на общем валу. Между секциями ротора установлены промежуточные подшипники качения 1, опирающиеся на немагнитные пакеты 8 статора, предотвращающие касание ротора о статор, которое было бы неминуемым при длинном роторе и малых воздушных зазорах, не превышающих у этих машин 0,4 миллиметра. Ротор закрепляется в верхней части двигателя - подвешивается на верхнем подпятнике - радиально-упорном подшипнике 6. Корпус двигателя заканчивается в верхней части головкой 5, которая закрывает лобовые части и обеспечивает присоединение протектора. Нижние лобовые части обмотки закрываются основанием двигателя 12, в котором размещаются масляный фильтр 11 и клапан 13.Внутренняя полость двигателя заполнена специальным маловязким маслом, которое циркулирует внутри машины под действием трубинки 10, насаженной на вал ротора. Оно проходит по отверстию внутри вала двигателя, по каналам между корпусом и внешней поверхностью статорных пакетов и попадает в фильтр 11. Благодаря циркуляции масла достигается более интенсивное охлаждение электродвигателя с выравниванием температур наиболее нагретых и менее нагретых частей машины. Полость двигателя заполняется маслом через клапан 13.

Рис.4 Погружной электродвигатель

Кабель выбирается в зависимости от окружающей среды и в каких условиях он будет находиться, то есть выбирают кабели специального назначения. Чаще всего питание подводят при помощи специального маслонефтестойким трехжильным кабелем с резиновой или полиэтиленовой изоляцией. Кабельная линия в скважине выполняется плоским кабелем марки КРПБ (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 площадь сечения плоского кабеля берётся на одну ступень ниже площади сечения круглого кабеля. Применение плоского кабеля обусловлено необходимостью уменьшить поперечные размеры погружного устройства. Выпускаются кабели площадью сечения 3х16;3х25;3х35 миллиметров в квадрате. Кабели с резиновой изоляцией рассчитаны на номинальное напряжение 1100 В, на работу при температуре окружающей среды от +90 до -30 градусов Цельсия и давление до 10 Мега Паскалей. Кабели с полиэтиленовой изоляцией рассчитаны на номинальное напряжение

2300 В, на работу при температуре окружающей среды от +90 до -55 градусов Цельсия и давление до 20 Мега Паскалей. Они обладают большей газостойкостью.

Для поддержания необходимого напряжения на зажимах погружного двигателя при изменениях потерь напряжения в кабеле и других элементах питающей сети, также для питания двигателей ПЭД с различными номинальными напряжениями при стандартных напряжениях промысловых сетей применяются трансформаторы или автотрансформаторы. Зажимы низшего напряжения (первичные) присоединяются к промысловой сети, а вторичные - к кабелю КРБК (КПБК). На промыслах имеются трансформаторы выпусков прошлых лет, а также автотрансформаторы, выполненные сухими, трехфазными, с шестью выводами у каждой фазной обмотки на стороне вторичного напряжения. Установки центробежных насосов (ЭЦН) питаются по различным схемам:

1)от сети 6 кВ с промежуточной трансформацией напряжения на скважине до 0,4 кВ, подводимого к автотрансформаторам или трансформаторам установки ЭЦН (двойная трансформация на скважине). Такая схема питания в настоящее время является наиболее распространённой.

2)с подведением к скважинам напряжения 6 кВ и монтажом на каждой скважине трансформатора, понижающего это напряжение до величины, необходимой для питания двигателя насоса с исключением из состава установки ЭЦН автотрансформаторов или трансформаторов. 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, подогрева и другими.

3)от подстанций 6/0,4 кВ магистралями с напряжением 0,38 кВ.

Такие схемы питания иногда встречается при небольших удаленностях скважин от промысловых понижающих подстанций 6/0,4 кВ и небольших мощностях двигателей ПЭД.

Для питания действующих установок по схеме 1 применяются комплексные трансформаторные подстанции общепромышленного назначения.

Подстанция КТППН рассчитана на работу в условиях холодного климата (исполнение ХЛ 1).

Аппараты этих подстанций – общепромышленного назначения, поэтому в кабинах, где она размещается, предусмотрен электрический обогрев кабин.

Рис.5 Комплексная 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

Питание глубиннонасосных установок осуществляется от устанавливаемых на скважинах комплектных трансформаторных подстанций 6 (10)/ 0,4 кВ (рис. 6, а). Иногда еще применяется схемы подведением к электродвигателям станков-качалок тока напряжением 380 В непосредственно от промысловых понизительных подстанций 6 (10)/ 0,4кВ (рис. 6, б). В первом случае резервирование может осуществляться перемычками в сети 0,38 кВ: при двухтрансформаторных подстанциях осуществляется АВР при помощи секционного контактора СК на стороне 0,4 кВ (рис. 6, в).

Рис. 6 Питание глубиннонасосных установок.

а – схема питания при напряжении сети 6 кВ; б – схема питания при напряжении распределительной сети 0,4 кВ; в – двухтрансформаторная подстанция по схеме блока линя-трансформатор