Электроснабжение - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
Применяемое в добыче и транспорте газа электрооборудование, а так же
при строительстве магистральных и газопроводах. Имеется в виду силовое
электрооборудование т. е. то, которое непосредственно связано с приведением
в действие технологических устройств и электрооборудование установленное в
устройствах электроснабжения этих установок.
Нефтяные промыслы в настоящее время полностью электрифицированы, что дало
возможность применять удобные, простые и экономически выгодные
электродвигатели. Уменьшить потребление топлива на промысле,
создать современный привод рабочих механизмов, позволяющих осуществлять
комплексную автоматизацию производственных процессов.
Рост удельного потребления электроэнергии характеризует увеличение
энерговооруженности нефтяной промышленности, с которым он связан и рост
производительности труда. В настоящее время на нефтяных и газовых промыслах
находятся в эксплуатации более 50 тысяч км линий электропередач, более 150
тысяч электродвигателей мощностью около 6300 тысяч кВт. Добычу нефти и газа
в районах Севера, Сибири и Казахстана их транспортировку в европейскую
часть страны предстоит сделать важнейшими звеньями энергетической программы
до 2000 года. Выполнение поставленных задач возможно только на основе
интенсификации производства, экономики всех видов ресурсов, материалов,
сырья и энергии, роста производительности труда и повышение эффективности
производства. Современный уровень теории и практики энергетики нефтяной
промышленности достигнуты усилиями многих поколений ученых и инженеров.
Впервые электроэнергия на нефтяных промыслах была применена в 1900 году. С
тех пор добыча нефти, закачивание воды в пласты для поддержания пластового
давления, водоснабжение, перекачка нефти по магистральным и
внутрипромысловым трубопроводам осуществляется полностью
электрифицированными буровыми установками. Применение электроэнергии на
предприятиях способствует повышению экономических и механических
показателей производства. Электрификация нефтяной промышленности в нашей
стране осуществляется на базе применения электроприводов переменного тока.
Гост электрических нагрузок в нефтяной и газовой промышленности вызывает
необходимость развития мощности генераторов, линий электропередач и
подстанций в энергосистемах, поскольку большая часть эл.энергии на
предприятиях поступает от государственных энергосистем.
Наибольший объем энергостроительства в отрасли приходится на районы
прироста добычи нефти и газа в Западной Сибири, Казахстане и др.
Полная электрификация основных и вспомогательных средств. Операций проводки
скважин на базе мощных регулируемых тиристорных эл.приводов создает
предпосылки для применения в буровых установках ЭВМ и создание АСУ бурения.
Замена ручного труда на автоматический.
1. Описание технологического процесса
Основными технологическими механизмами на насосных станциях и нефтебазах
является центробежные насосы, перекачивающие нефть, воду, жидкие
нефтепродукты, канализационные стоки. Для перекачки вязких и густых
нефтепродуктов используют поршневые насосы.
В насосных станциях водоснабжения для привода малых и средних насосов
применяют короткозамкнутые асинхронные двигатели общего назначения серии 4А
или АО2 на напряжение 380/660 вольт. Для привода мощных насосов применяют
асинхронные или синхронные двигатели напряжением 6 - 10 кВ серии АТД2 или
СТД с прямым пуском от полного напряжения сети. Насосные станции перекачки
воды заглубленного типа расположенные на территории нефтеперегонных и
газокомпрессорных станций на случай затекания в них тяжелых нефтяных газов
оборудуют периодически действующие приточно вытяжные вентиляторы. Аппараты
управления и защиты размещают в металических шкафах, установленных
непосредственно в машинном зале насосов. Управление высоковольтными
двигателями осуществляется из машинного зала воздействием на вкл. масленные
выключатели устанавливаются в отдельном помещении распределительного
устройства 6 - 10 кВ. Для забора воды из артезианского колодца используют
насосы опущенные в скважину, привод к насосу осуществляется при помощи
вала, вращающий электродвигатель погружного типа. Для предохранения то
попадания в насос различных загрязнений на всасывающем конце
устанавливается фильтр - сетка. Сбор и откачка жидкости из резервуара
осуществляется насосом, совмещенным с вертикальным двигателем погружного
типа. Напряжение к двигателю подается по кабелю закрепленному на
трубопроводе, по которому перекачиваемая жидкость подается наверх.
Погружные двигатели могут работать только погруженными в перекачиваемую
жидкость.
Для защиты ПЭДа от попадания внутрь корпуса пластовой жидкости применяется
гидрозащита. Для двигателя выпуска 1973 года гидрозащитой является
протектор. Протектор представляет собой стальную трубу несколько меньшего
диаметра чем у двигателя, внутри которой ниппель создает две камеры
заполненные соответственно густым и жидким маслом. Внутри протектора
проходить вал, соединяющий двигатель с насосом. Вал отделяется от камер
втулками. Через отверстия в корпусе протектора поршню находящимися в
камере, передается гидростатическое давление жидкости в скважине. Кроме
этого давления на поршень действует так же усилия пружины. Для повышения
надежности работы насосного агрегата и увеличения продолжительности
межремонтного периода были разработаны новые виды гидрозащит, которые
применяют к тем же двигателям и насосам. Для ПЭДа я использую центробежный
насос так как нам не требуется создавать большое давление, так же
центробежный насос по сравнению с поршневым более надежен в работе, требует
меньше времени на его обслуживание. Так как режим работы у нас
продолжительный то важно не КПД, а надежность работы.
2. Выбор системы и описание принципиальной схемы.
Для ПЭДа мы выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором так
как режим работы у нас продолжительный то важными критериями по выбору
двигателя является его надежность, простота исполнения .
Достоинства - простота конструкции, надежность в эксплуатации и
сравнительно низкая стоимость, поэтому в нефтяной и газовой промышленности
АД с короткозамкнутым ротором получили наибольшее распространение. Кроме
того АД не требует питание преобразовательных установок так как получают
питание непосредственно от сети переменного тока.
Недостатки - При пуске АД без ограничивающих сопротивлений токи в статоре и
роторе в несколько раз превышают номинальные величины. В двигателе с
короткозамкнутым ротором пусковой ток в 4 - 7 раз превышает номинальный. По
мере разбега уменьшается ЭДС ротора и соответственно токи ротора и статора.
При скольжении равном 0 т. е. при синхронной частоте вращения, ток ротора
снижается до нуля, а ток статора до силы тока холостого хода.
Корпус статора в ПЭДе представляет собой стальную трубу, В которую
запресованы магнитные пакеты статора длинной 320-450 мм, набранные из
электротехнической стали. Статор состоит из отдельных магнитных пакетов
“секций” разделенных короткими пакетами из немагнитного материала.
Двухполюсная обмотка статора выполнена общей для всех его секций. Ротор так
же состоит из отдельных секций с длинной каждой около 400 мм,
отвечающих секциям ротора, сидящих на общем валу. Между секциями ротора
установлены промежуточные подшипники качения опирающиеся на немагнитные
пакеты статора, предотвращающие касание ротора о статор, которое было бы
неминуемо при длинном роторе и малых воздушных зазоров, не превышающих у
этих машин 0.4 мм .
Ротор закрепляется в верхней части двигателя - подвешивается на верхнем
подпятнике - радиально-упорном подшипнике. Корпус двигателя заканчивается в
верхней части головкой, которая закрывает лобовые части обмотки и
обеспечивает присоединение протектора. Нижние лобовые части обмотки
закрываются основанием двигателя, в котором размещается масляный фильтр и
клапан. Внутренняя полость двигателя заполнена специальным маловяжущим
маслом, которое под действием турбинки насаженной на вал ротора оно
проходит по зазору между ротором и статором и параллельно по каналам между
корпусом двигателя и внешней поверхностью статорных пакетов. попадает в
фильтр и возвращается к турбинке по каналу имеющему внутри вала охлаждение
электродвигателя с выравниванием температур наиболее нагретых и менее
нагретых частей. Полость двигателя заполняется маслом через клапан.
Управление и защита ПЭДа осуществляется с помощью комплексов аппаратуры ПГХ
- 5071 и ПГХ - 5072. 1968 года выпуска. Эти комплексы снабжаются защитой от
замыканий на землю, осуществляющая мгновенное отключение установки при
появлении тока замыкания на землю силой 2 А и более в погружном
электродвигателе, кабеле или автотрансформаторе. Схема ПГХ - 5071 дает
возможность 1) Ручного управления. 2) Автоматического управления. Для
работы в ручном режиме устанавливаем переключатель SA в положение (Р)
ручное управление.
Пуск осуществляется нажатием кнопки SB 1. Возбуждается обмотка катушки KL2
и замыкается его замыкающие контакты. Контакт KL 2.2 подготавливает цепь
питания контактора KM, контакт KL 2.1 подает питание через замкнутый
контакт KL 4.1 обмотки реле KT1, а контакт KL 2.3 шунтирует цепь
кнопки SB1 и контактов KM, KL 3.5. Через установленное время после подачи
питания на реле KT1 замыкается проскальзывающий контакт KT 1.2 в цепи реле
KL3, что приводит к возбуждению последнего по цепи, содержащей контакт KL
4.2 Реле KL3 остается включенным после размыкания контакта KT 1.2, получая
питание через свой замыкающий контакт KL 3.2. Контакт KL 3.1 обеспечивает
питание KT1 через собственный контакт KT 1.1 Одновременно с замыканием
контакта KL 3.3 возбуждается катушка KM. Главные контакты KM 1.1 через
автотрансформатор и кабель подают питание ПЭДу, а замыкающий блок - контакт
KM 1.2 шунтирует контакт KL 3.3, обеспечивая питанием катушки контактора KM
после размыкания контакта KL 3.3. В момент включения погружного
электродвигателя срабатывают максимально токовые реле KA4 и KA6 защиты от
междуфазных коротких замыканий и токов перегрузки, превышающие 1.4
номинального тока двигателя. Размыкаются контакты KA 4.2 и KA 5.2 в цепи
реле KL2 но последнее не выключается так как на время пока длится пуск
двигателя, эти контакты шунтируются размыкающим контактом KL 4.5.
После 2-3 сек с момента включения контактора KM, достаточных для окончания
пускового режима, реле KT1 замыкает контакт KT 1.2 , что приводит к
срабатыванию реле KL3. Контакт KL 3.2 замыкаясь, создает цепь для питания
реле KL4 после размыкания контакта КТ 1.2. Контакт KL 4.5 размыкаясь
позволяет осуществить автоматическое отключение установки при срабатывании
реле защиты KA4 и KA6 и при опускании якоря реле минимального тока КА2
предназначенного для отключения установки при срыве подачи жидкости
насосом. Если к моменту включения реле KL4 пуск двигателя не успел
закончится, то контакты KA 4.2 и KA 6.2 останутся разомкнутыми и вслед за
размыканием контакта KL 4.5 выключится реле KL2 Контакт KL 2.2 отключит
катушку контактора KM, что вызовет отключение установки. Контакт KL 4.1,
размыкаясь лишает питания реле KT1 через цепь, содержащию контакт KL 2.1,
но реле KT1 продолжает быть включенным на напряжение, питаясь через цепь,
содержащию контакты KT 1.1 и KL 3.1. Контакт KL 4.2 размыкаясь лишает
питания реле KL3.
Цепи питания реле KL3 через контакты KA3 и KA5 разомкнуты, так как эти
контакты по окончанию пускового процесса погружного двигателя разомкнуты.
Включение реле KL3 приводит к размыканию контактов KL 3.4 и
обесточиванию реле KT2, размыканию контакта KL 3.1 и обесточиванию реле
KT1, которое размыкает свои контакты KT 1.1, KT 1.2. Реле KA3 и KA5
являются максимально токовыми реле, предназначенными для отключения
установки с выдержкой времени около 2 минут (совместно с реле KT2) при
длительных перегрузках двигателя в пределах от 1.2 - 1.4 номинального тока
двигателя. Так как контакт KL 3.4 в цепи реле KT2 оказывается замкнутым при
пуске на время до 3 сек, то последнее, имея выдержку около двух минут, не
успевает сработать. Если же реле KA3 и KA5 срабатывают из-за перегрузки по
окончанию пускового режима, то они, замыкая своими контактами KA3 и KA5
цепь реле KL3 на время, больше 2 минут, вызывают последующим действием
контакта KL 3.4 срабатывание реле KT2. Контакт реле KT2 отключает катушку
реле KL2, и размыкание контакта KL 2.2, обесточивающего катушку KM,
приводит к остановке погружного двигателя. При срабатывании реле защит
KA1,KA4, KA6 включается реле сигнализации KH. Блинкер этого реле
сигнализирует о выключении установки от этих защит, а контакт KH 1.1
разрывает цепь реле KL2. Для ручного выключения установки необходимо
установить переключатель SA в положение “0” стоп. При этом лишается питания
схема управления, обестачивается катушка контактора KM контакты которого
отключают питание автотрансформатора.
При герметизированном групповом сборе нефти можно осуществлять
автоматическое включение и выключение установки в зависимости от давления в
нагнетательном трубопроводе. Для этой цели используют контакты ВД и НД
контакты электроконтактного манометра, установленного в нагнетательном
трубопроводе, прокладываемом от скважины к групповому сборному пункту. При
повышении давления сверх допустимых значений замыкается контакт ВД и подает
питание от контакта переключателя SA на реле KL1. Контакт KL 1.1
обесточивает реле KL4. После выключения реле KL2, оно своим контактом KL
2.3 лишает питания реле KL1, а контактом KL 2.2 отключает катушку
контактора KM, выключая погружной двигатель. При уменьшении давления до
нормального значения размыкается контакт ВД и замыкается контакт НД,
подающий питание на реле KL2, что приводит к автоматическому включению
установки.
3. Расчет параметров силовой части схемы .
1. Определяем рабочий ток в силовой части схемы по формуле:
Iс.ц. = Pн * 10 / Ц3*Uном.* h * cos
( 3.1 )
где Pн - номинальная мощность, Uном - номинальное напряжение,
h - КПД, cos - коэффициент мощности.
Iс.ц. = 17000 / 1.73*400*0.78*0.8 = 40.1 А
1. Определяем рабочий ток схемы управления. Чтобы найти максимальный
рабочий ток схемы, выбирают момент, когда включено максимальное количество
элементов.
Принимаем мощность катушек магнитных пускателей равной 10 Вт, а мощность
катушек реле 6 Вт.
Iц.у. = SP/Uц.у.
( 3.2 )
где SP это сумма мощностей реле и контакторов: Pреле и Pконт
Pреле - мощность реле
Pконт - мощность контактов
Pреле = 6*7 = 42 Вт
Pконт = 1*10 = 10 Вт
SP = 10 + 42 = 52 Вт
Определяем рабочий ток цепи управления:
Iц.у. = 52/220 = 0.23 А
Необходимо выбрать кнопки, реле, пакетные выключатели, лампочки.
Таблица 1 Выбор оборудования
| Расчетные данные |условия выбора | Паспортные данные |
|Промежуточное реле KL1 |Марка РП-8 |[ 6 ] |
| Uрасч. = 220 В | < | Uном. = 220 В |
|число р.к по схеме = 2 | < |число р.к по паспорту = 3 |
|число з.к по схеме = 0 | < |число з.к по паспорту = 1 |
|Промежуточное реле KL2 |Марка ПЭ-23 |[ 2 ] |
| Uрасч. = 220 В | < | Uном. = 220 В |
|число р.к по схеме = 0 | < |число р.к по паспорту = 3 |
|число з.к по схеме = 3 | < |число з.к по паспорту = 3 |
|Промежуточное реле KL3 |Марка ПЭ-23 |[ 2 ] |
| Uрасч. = 220 В | < | Uном. = 220 В |
|число р.к по схеме = 3 | < |число р.к по паспорту = 3 |
|число з.к по схеме = 2 | < |число з.к по паспорту = 3 |
Продолжение таблицы 1
|Расчетные данные |условия выбора | Паспортные данные |
|Промежуточное реле KL4 |Марка ПЭ-23 |[ 2 ] |
| Uрасч. = 220 В | < | Uном. = 220 В |
|число р.к по схеме = 1 | < |число р.к по паспорту = 3 |
|число з.к по схеме = 3 | < |число з.к по паспорту = 3 |
|Реле времени KT 1 - KT 2 |Марка РЭВ-810 |[ 6 ] |
| Uрасч. = 220 В | < | Uном. = 220 В |
|число р.к по схеме = 1 | < |число р.к по паспорту = 1 |
|число з.к по схеме = 1 | < |число з.к по паспорту = 1 |
|выдержка времени = 2 сек | < |выдержка времени = 2 сек |
|Транс-ор тока TA2 - TA3 |Марка ТНШ-0.66 | [ 6 ] |
| I1.л. = 40 А | < | I1.л. = 50 А |
| I2.л. = 5 А | < | I2.л. = 5 А |
| Uном. = 220 В | < | Uном. = 220 В |
|Магнитный пускатель KM |МаркаПМА311 |[ 1 ] |
| Uцепи. = 220 В | < | Uкатушки. = 220 В |
| Iцепи.упр. = 0.23 А | < | Iном. = 3 А |
| Iс.ц. = 40 А | < | Iгл.конт. = 63 А |
| Uцепи. = 380 В | < | Uгл.конт. = 380 В |
|число р.к по схеме = 1 | < |число р.к по паспорту = 4 |
|число з.к по схеме = 1 | < |число з.к по паспорту = 1 |
|Токовое реле KA1-KA6 |Марка РТ-40/10 |[ 6 ] |
| Iцепи. = 5 А | < | Iном. = 16 А |
| Uцепи.упр. = 220 В | < | Uкатушки = 220 В |
|число р.к по схеме = 1 | < |число р.к по паспорту = 1 |
|число з.к по схеме = 2 | < |число з.к по паспорту = 2 |
|Диапазон уставки 4 А | < |Диапазон уставки 4 А |
|Кнопка SB1 |Марка КЕ - 04 |[ 6 ] |
| Iцепи. = 0.23 А | < | Iном. = 6 А |
| Uцепи.упр. = 220 В | < | Uном. = 500 В |
|Трансформатор тока TA1 |Марка ТК-50/5 |[ 6 ] |
| I1.л. = 40 А | < | I1.л. = 50 А |
| I2.л. = 5 А | < | I2.л. = 5 А |
| Uном. = 220 В
|
