книги / Электрооборудование нефтяной промышленности
..pdfвозбудителя G при пуске двигателя, в цепь обмотки LG вклю чен диод VD.
Наличие в описанном приводе бурового насоса электромашннного возбудителя, имеющего щеточный контакт, а также колец и щеток для токоподвода к обмотке возбуждения двига теля приводит к снижению надежности привода. Кроме того, двигатели типов СДЗ, СДЗБ и СДБ не предназначены для ра боты в условиях холодного климата. Поэтому были разработа ны бесщеточные синхронные двигатели СДБО-99/42-8 и СДБО- 99/49-8ХЛ2, предназначенные как для привода бурового насо са, так и для привода буровой лебедки.
В двигателе применена бесщеточная система возбуждения (рис. 7.18), которая состоит из синхронного возбудителя ВбСь вращающегося преобразователя ПбВ и устройства бесконтакт ного измерения тока ротора и обеспечивает генерацию энергии возбуждения, ее бесконтактный подвод к обмотке ротора и измерение. Устройство управления обеспечивает пуск электро двигателя и остановку, защиту от перенапряжений при пуске
P m . 7 J& Структурная схема управления бесщеточным двигателем:
41 —епюфшпый двигатель; ВбС—возбудитель бесщеточный синхронный; ПЗУ—пусяо- защахкое устройство; ДНТ—датчик напряжения и тока; ССУ—сумматор сигналов уп равления; ОТР—ограничитель тока ротора; РВИ—реле времени пуска; НУ—импульс ное устройство; 3 0 —защита от короткого замыкании; ПбС—преобразователь стати ческий; НВВ—преобразователь возбужденна; ЛЯ—источник ннтанпа; ЭыЯ—Энб—злек- тронагреватоан; ФСУ —формирователь сигналов управленая; ЯЛ —пусковая аппаратурам ШЛИа —автоматические выключатели; К—контактор; КН1—КШ—измерители тока возбуждения; Тр1—согласующий трансформатор
и других переходных процессах. Управление возбуждением ВбС производится от сети собственных нужд буровой установ ки с помощью согласующего трансформатора Тр1 и статическо го управляемого однофазного выпрямителя с нулевым выводом
ПбС.
Для обеспечения необходимого пускового момента и защи ты от перенапряжений вентилей ПбВ и ротора двигателя в схеме предусмотрено пускозащитное устройство ПЗУ. В каче стве ПЗУ применен тиристор, подключенный встречно-парал лельно одному из вентилей ПбВ. Тиристор открывается под действием отрицательной полуволны э. д. с., наведенной в роторе полем статора двигателя с помощью стабилитронов, включен ных в цепь управляющего перехода тиристора. Последователь но с тиристором включен разрядный резистор, обеспечивающий быстрое гашение поля ротора и закрытие пускового тиристора по окончании пуска. Так как момент подачи возбуждения мо жет оказать существенное влияние только на синхронизации двигателей с большим моментом сопротивления и значительной инерционной электромеханической постоянной времени, то в схеме применено полупроводниковое реле времени РВП, обес печивающее подачу возбуждения в конце пуска или после вхождения двигателя в синхронизм. В схеме предусмотрена защита от коротких замыканий во вращающемся преобразова теле ЗКЗ. Защита реагирует на пульсации тока возбуждения возбудителя, которые в случае аварии во вращающемся преоб разователе достигают значительной величины, вызывает сра батывание сигнализации и отключение двигателя. Управление возбуждением возбудителя, а следовательно, и двигателя осу ществляется с помощью автоматического регулятора (ЛРВ} по заданному закону. Регулятор выполнен на принципе запо минания сигналов тока и напряжения статора в каждый пери од напряжения сети. Таким образом, с динамической точки зрения регулятор обладает характеристикой импульсного эле мента с периодом квантования 0,02 с, что обеспечивает его высокое быстродействие и малые пульсации выходного сиг нала.
В связи с расширением номенклатуры выпуска синхронных двигателей повышенной надежности как по мощности п напря жению, так и по климатическому исполнению, в последние го ды утвердилась тенденция замены асинхронных и синхронных двигателей типа СДЗ, СДЗБ, СДБ, СДБО-99/42-8, СДБО- 99/49-8ХЛ2 на синхронные двигатели типа СМБО-15-49-8УХЛ2, предназначенные как для нерегулируемого электропривода бу ровых насосов, так и для электропривода буровой лебедки. Этот же двигатель может быть использован в генераторном режиме для питания главных и вспомогательных электропри водов буровой установки (в случае автономного привода).
16—234 |
m |
Т а б л и ц а 7.(
А синхронны е эл ек тр од ви гател и д л я б у р о вы х н асосов
Параметры
Н о м и н ал ь н ая |
м ощ н ость, |
|||
к В т |
|
|
|
|
Н ом и н альн ое |
н ап ряж ен и е, В |
|||
Ч а с т о т а |
вр ащ ен и я синхрон- |
|||
н ая, |
об/мин |
|
|
|
Т о к |
с т ат о р а |
ном инальны й, А |
||
Т о к |
р о то р а, |
А |
||
Н ап р я ж ен и е р о то р а, В |
||||
К оэф ф и ц и ен т |
м ощ н ости |
|||
К . п .д ., % |
|
|
||
К р а тн о с ть |
|
м ак си м ал ьн ого |
||
м ом ен та |
|
|
||
М а с с а, |
кг |
|
|
ЛКЗ 15-41-8Б-2 |
ЛКЗ 15-41-8Б |
|
ЛКС.Б 15-44-G |
АКСБ 15-54-6 |
АКСБ 15-69-6 |
|
700 |
850 |
|
630 |
800 |
|
1000 |
6000 |
6000 |
|
6000 |
6000 |
|
6000 |
750 |
750 |
|
1000 |
1000 |
|
1000 |
78 |
103 |
|
7 5 ,3 |
94 |
|
1 1 6 ,6 |
530 |
540 |
|
950 |
1000 |
|
1000 |
750 |
975 |
|
450 |
550 |
|
650 |
0 ,8 3 |
0 |
,8 4 |
0 ,8 5 |
0 |
,8 6 |
0 ,8 7 |
9 3 ,6 |
9 4 ,5 |
9 4 ,7 |
9 4 ,9 |
9 5 ,3 |
||
2 ,6 |
2 ,7 |
1 ,8 |
1 ,8 |
1 ,8 |
||
6150 |
6800 |
|
3700 |
4100 |
|
4700 |
Синхронная машина СМБО-15-49-8УХЛ2 снабжена бесще точной системой возбуждения, встроенной в корпус машины.
Как было показано ранее, регулируемый электропривод буровых насосов обладает более благоприятными характерис тиками, чем нерегулируемый. Поэтому во ВНИИЭлектропривод разработан регулируемый электропривод, в котором использо ваны асинхронные двигатели (табл. 7.7), включенные по схеме асинхронного вентильного каскада. Эта схема с управляемым инвертором в роторной цепи асинхронного двигателя позво ляет осуществить пуск электропривода до скорости, равной половине номинальной, при введенной в цепь ротора макси мальной противо-э. д. с. инвертора регулированием выпрямлен ного напряжения ротора. Схема реализована в комплектном устройстве ШДГ-6704, которое предназначено для пуска и ре гулирования скорости асинхронного электродвигателя АКСБ, мощностью 630, 800 и 1000 кВт для привода буровых насосов. В комплектном устройстве принят индивидуальный регулируе мый привод каждого бурового насоса, который обладает боль шой надежностью, широким диапазоном регулирования, высо кими технико-экономическими показателями.
Электропривод с комплектным устройством ШДГ-6704 пред ставляет собой асинхронный вентильный каскад с промежуточ ным звеном постоянного тока и комбинированной схемой рео статного пуска (рис. 7.19). Такая схема асинхронного вентиль ного каскада отличается простотой и надежностью, хорошо
242
Рис. |
7.19. С тр у к ту р н ая сх ем а ком п л ектн ого у стр о й ства у п равл ен и я аси н хр он |
|||||
ным |
д ви гател ем |
б у р о во го |
н асо са |
по си стем е |
аси н хрон н ого |
вентильного к ас |
к ад а: |
|
|
|
|
|
|
МН — асинхронный |
двигатель |
насоса; |
КМ1—КМЗ — контакторы; |
UZ1— выпрямитель; |
||
UZ2 — инвертор; TV — согласующий трансформатор; |
BR — тахогенератор; ТА — трансфор |
|||||
матор тока; БЗП — блоки защиты преобразователей; |
СУП— система |
управления пуском; |
||||
СЗ — система защиты; QF — контакт автоматического выключателя; |
L — дроссель; Rn ~ |
пусковой резистор; СИФУ — система импульсно-фазового управления; ДТ — датчик тока; НОСТ — нелинейная обратная связь по току; СКАР — сельсинный командоаппарат
унифицируется по составу оборудования с другими системами тиристорного электропривода, имеет сравнительно небольшое число вентилей. Схема обеспечивает двигательный режим рабо ты со скоростью ниже синхронной.
Комплектное устройство позволяет осуществить плавный регулируемый пуск электродвигателя с пусковым моментом, не превышающим номинальный момент двигателя, и регулиро вание частоты вращения двигателя вниз от синхронной в диа пазоне 1 :2. Комплектное устройство сотоит из четырех шка фов: выпрямителя, инвертора с контакторами и шкафа пуско вых резисторов, аналогичного шкафу в комплектном устройст ве ШД Г-6703.
Таким образом, для буровых установок с приводом перемен ного тока разработано пять унифицированных шкафов, с помо щью которых могут быть сформированы шесть электроприводов главных механизмов: три электропривода с асинхронными электродвигателями 320, 550, 630 кВт по схеме тиристорный регулятор скольжения для буровой лебедки и три привода с
16* |
243 |
Рмс. 1M. Пршщшшальная схема вентильного двигателя:
i —ЗАГСОДкатачеекий выключатель; 2—токоограшпивающие реакторы; 3—управляемый шшрппшц 4—инвертор; 5 —синхронный двигатель; 6—тиристорный возбудитель; ТЗ—датчик тешмкенаа ротора; в—тахогенератор; 9 —система управления инвертором; Ш—(агдаашвающий реактор; И—система управления выпрямителем; 12—пульт управдамй®а
двигателями 630, 800, 1000 кВт по схеме асинхронного венти льного каскада.
Схема на рис. 7.19 позволяет осуществить длительный плав ный пуск электропривода, полностью отвечающий технологиче ским требованиям к буровому электроприводу насоса при вос становлении циркуляции промывочной жидкости и ликвидации аварий. Схема с управляемым инвертором в роторе наибо лее предпочтительна н с точки зрения унификации.
Регулируемый электропривод бурового насоса на базе вен тильного двигателя показан на рис. 7.20. Электропривод сос тоит из преобразователя частоты со звеном постоянного тока и серийной синхронной машины и обеспечивает плавное и эко номичное регулирование в диапазоне свыше 1:20 . Для управ ления инвертором используется бесконтактный датчик положе ния ротора в сочетании с датчиком напряжения на зажимах машины. Благодаря этому регулировочные свойства электро привода аналогичны свойствам электропривода постоянного тока. Выпрямленное напряжение через сглаживающий реактор подается на вход инвертора. Тиристоры инвертора отпираются системой управления в зависимости от сигналов датчика по ложения ротора. Ток возбуждения вентильного двигателя регу лируется возбудителем в зависимости от нагрузки двигателя.
В буровых установках для бурения скважин глубиной 7— 10 км для электропривода насосов типа У8-7 служат двигате ли постоянного тока типа П172-12К (950 кВт, 550 В, 750/900
ш
Т а б л и ц а 7.8
Техн ически е дан ны е электри чески х м аш и н постоян н ого т о к а
Параметры
МПЭ-500-500 |
МПЭ-1000-630 |
П2-800-177-8У2 |
О
О
о
о
о
о
с:
с
£
ДПЭ-99/85-6КМ2 |
ДПП-450-280М2 |
ДЭ-816-ХЛ1 |
Мощность, кВт |
500 |
1000 |
1250 |
1000 |
800 |
1000 |
150 |
|
Номинальное |
напряже- |
440 |
600 |
750 |
600 |
800 |
800 |
440 |
ние, В |
частота вра- |
500 |
630 |
200 |
1000 |
200 |
1000 |
480 |
Номинальная |
||||||||
щения, об/мин |
1000 |
1000 |
400 |
1250 |
400 |
1500 |
1150 |
|
Наибольшая |
частота враще- |
|||||||
ния, об/мин |
сила тока, А |
1210 |
1760 |
1795 |
1750 |
1080 |
1320 |
370 |
Номинальная |
||||||||
К .п .д . % |
|
93,3 |
94,6 |
92,9 |
93,9 |
91,5 |
93,9 |
91,5 |
Номинальный момент, кН-м |
9,75 |
15,4 |
61 |
9,75 |
38,2 |
9,75 |
8 |
об/мин). Каждый из трех двигателей насосов получает питание по системе тиристорный преобразователь — двигатель. Обмотка возбуждения двигателя питается от силового нереверсивного магнитного усилителя. Пуск двигателя осуществляется путем оперативного управления напряжением преобразователя.
Сменой цилиндровых втулок и поршней обеспечивается из менение подачи насоса в четыре ступени. При неизменном ди аметре втулки частота вращения двигателя и подача насоса изменяются автоматически вследствие нелинейной обратной связи по давлению (или по току двигателя), воздействующей на систему возбуждения двигателя насоса, причем в опреде ленном диапазоне мощность поддерживается постоянной. Дан ные двигателей постоянного тока для буровых установок* ис пользуемых для привода ротора, лебедки и насоса* ппршведшвл
втабл. 7.8.
7.5.Дизель-электрический привод и электрооборудованию вспомогательных механизмов
7.5.1. Дизель-электрический привод
Дизельный привод главных механизмов буровых уепзийййж обладает рядом существенных недостатков. Стрешюш^ ушучьшить характеристики дизельного привода* упросиш» ШйШйгтику и повысить производительность буровых устайкмюйь, у д линить срок службы дизеля и улучшить условия труда
Ш
вых бригад привело к созданию гидравлических и электрома' шинных передач от дизеля к исполнительным механизмам.
К. п.д. (в %) |
различных приводов |
буровых установок |
Электрический |
переменного тока |
70—73 |
Дизель-электрический постоянного тока |
60—70 |
|
Турбоэлектрический переменного тока |
49 |
|
Дизельный . |
|
60—62 |
Днзель-гидравлический |
52—54 |
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, в ряде случаев увеличивает скорости подъема инстру мента.
Электромашинные передачи постоянного тока дают почти те же результаты и, кроме того, позволяют упростить кинема тическую схему установки, улучшить условия труда буровой бригады и унифицировать электрооборудование буровых уста новок с питанием от сети и с дизельным приводом. Применение электромашинных передач переменного тока имеет те же цели, а также дает возможность упразднить вспомогательные ди зель-электростанции, осуществив питание двигателей вспомо гательных механизмов от генераторов электромашинной пере
дачи, и обеспечивает |
наиболее |
благоприятные условия для |
унификации буровых |
установок, |
предназначенных для работы |
в электрифицированных и неэлектрифицированных районах. Однако во всех случаях применение электромашинных, осо
бенно гидравлических, передач связано с потерями мощности. Кроме того, в ряде случаев может оказаться, что электрома шинные передачи усложняют обслуживание привода, увеличи вают его массу и снижают надежность. Поэтому применение дизель-электрического или дизель-гидравлического привода вместо чисто дизельного не всегда целесообразно. В каждом отдельном случае нужно сделать соответствующий технико-эко номический сопоставительный анализ с учетом конкретных ус ловий работы установки: способа и времени проходки скважин, расстояния, на которое нужно перевозить установку; геологи ческих условий проходки скважин; квалификации обслуживаю щего персонала; наличия электроремонтной базы и пр.
Наибольшее развитие дизель-электрический привод получил в зарубежных буровых установках. Согласно литературным данным, за рубежом определились следующие области эффек тивного применения буровых установок с дизель-электрическим приводом:
эксплуатационное и разведочное бурение глубоких и сверх глубоких нефтяных и газовых скважин;
246
передвижные и полупередвижные наземные установки {глубина бурения 2000—3500 м);
все виды бурения во внешних и внутренних водоемах (мор ские и озерные баржи, плавучие основания, платформы и пр.); бурение на пересеченной местности и в густонаселенных
районах.
В СССР дизель-электрический привод распространен толь
ко в морских буровых установках. |
Скважины на море бурят |
с морских эстакад, с установок с |
самоподъемными опорами, |
с полупогружных платформ, с затопляемых оснований, а так же с буровых судов, ведущих бурение на плаву. В случае бу рения с морских эстакад применяются серийные буровые уста новки с электроприводом. Электроснабжение таких установок осуществляется кабельными линиями 35 и 6 кВ, проложенными по эстакадам, а комплект электрооборудования такой же, как
идля установок для бурения на суше.
Вслучае бурения с индивидуальных морских оснований находят применение буровые установки с автономным приво дом (чаще всего дизельным). Электродвигатели привода вспо могательных механизмов получают питание от дизель-генерато ров напряжением 0,4 кВ, расположенных на основании.
Плавучие и полупогружные буровые установки (платфор мы, баржи, суда), как правило, снабжаются дизель-электри- ческим приводом переменно-постоянного тока.
На плавучих буровых установках и буровых судах приме нен дизель-электрический привод, в котором дизели вращают главные генераторы переменного тока, работающие на общие секционированные главные шины 6 кВ. Генераторы имеют ти ристорные возбудители. Вспомогательные генераторы, также вращаемые дизелями, питают шины 0,4 кВ переменного тока, которые через трансформаторы связаны с главными шинами 6 кВ. Большое число выключателей обеспечивают возможность присоединения любого из генераторов к любой секции главных шин.
Электродвигатели буровой лебедки, буровых и цементиро вочных насосов и ротора получают питание от реверсивных и нереверсивных тиристорных преобразователей. Таким обра зом, привод основных механизмов буровой установки осуще ствляется на постоянном токе. Двигатели гребных винтов и
винтов динамического уравновешивания |
корабля — асинхрон |
|||
ные с короткозамкнутым ротором. Пуск |
этих |
мощных |
асин |
|
хронных двигателей |
производят, поочередно присоединяя |
их |
||
к пусковым шинам, |
к которым на время |
пуска |
присоединяют |
один из главных генераторов. Такая схема пуска позволяет из бежать влияния пусковых токов на работу остальной системы привода.
247
Наличие двигателей постоянного и переменного тока при
мерно одинаковой установленной мощности, |
но работающих |
не одновременно, позволяет при такой системе |
привода умень |
шить установленную мощность генераторов переменного тока. Управление главными электроприводами осуществляется в цепях управления тиристорных преобразователей; релейно-кон такторная аппаратура используется только для подготовки схемы к работе и обеспечения требуемых защит и блокировок. В зависимости от условий — глубины бурения и глубины мо ря — число силовых агрегатов, их мощность, число и мощность
приводных электродвигателей основных и вспомогательных механизмов могут быть различными. Однако техническое ре шение, согласно которому для привода основных механизмов применяют двигатели постоянного тока, а для привода вспомо гательных механизмов — асинхронные двигатели с короткозам кнутым ротором, неизменно как в плавучих буровых установ ках типа «Бакы» и «Шельф», так и в буровых установках за рубежных фирм.
Применение тиристорных преобразователей переменного тока в постоянный вместо генераторов постоянного тока повы шает надежность привода. Следует учитывать еще ряд преиму
ществ системы привода переменно-постоянного |
тока. Свобода |
||
в выборе числа и мощности первичных двигателей |
позволяет |
||
унифицировать преобразовательные |
агрегаты |
для |
установок |
разного назначения и использовать |
первичные |
двигатели луч |
ших моделей. Создается возможность полностью унифициро вать конструкцию установок, предназначенных для питания от автономных электростанций и от энергосистем при переводе,
установок с одного вида электроснабжения |
на другой, |
что |
|
очень важно при освоении новых районов |
бурения (см. рис. |
||
7.5, 7.6). |
|
|
|
Буровые установки с самоподъемными |
опорами — наиболее |
||
распространенный вид передвижных буровых |
установок |
для |
бурения во внешних и внутренних водоемах. Для перемещения опор используются приводные узлы с асинхронными короткозамкнутыми двигателями 18,5 кВт, 1440 об/мин фланцевого ис полнения. Двигатель рассчитан на работу при повышенной: влажности с высоким содержанием солей в атмосфере. Для обогрева в двигатель встроены нагревательные элементы. Электродвигатель комплектуется электромагнитным дисковым: тормозом.
Управление электроприводами перемещения опор осущест вляется с центрального пульта, питание групп приводов каж дой опоры — от отдельного присоединения.
Электромашинная передача переменно-постоянного тока с тиристорными преобразователями и двигателями постоянного^ тока для привода основных механизмов впервые в отечествен
248
ной практике применена на морской плавучей буровой установ ке самоподъемного типа ПБУ-6000/60.
Источником питания буровой является дизель-электростан ция с четырьмя синхронными генераторами мощностью по 1000 кВт каждый, работающими на общие сборные шины на пряжением 380 В. Для повышения качества напряжения на сборных шинах переменного тока к ним подключены конденса торные батареи.
Питание электродвигателей постоянного тока осуществля ется от нереверсивных тиристорных преобразователей, к одно му преобразователю одновременно можно подключать только один двигатель. Путем переключений на главном распредели тельном щите к каждому тиристорному преобразователю мож но подключать разные электродвигатели основных механизмов. Для обеспечения всех технологических режимов работы буро вой установки предусмотрено четыре тиристорных преобразо вателя, из которых при работе двух двигателей лебедки ис пользуются два. Возможность оперативного переключения преобразователей на схему резервного питания обусловливает надежное электроснабжение привода буровой лебедки.
Принятая система обеспечивает, кроме того, электроснаб жение всего электрооборудования переменного тока, присоеди
няемого к |
единым сборным шинам переменного напряжения |
380 В. Это |
позволяет выравнивать нагрузку дизелей при пов |
торно-кратковременном режиме работы буровой лебедки, вклю чать в работу необходимое число дизель-генераторов в зави симости от потребляемой мощности при подъеме бурильной ко лонны и тем самым обеспечивать оптимальный режим эксплуа тации дизелей.
В приводе подъемной лебедки установлено два электродви гателя постоянного тока мощностью по 630 кВт каждый. Учи тывая повторно-кратковременный режим работы лебедки при подъеме, коэффициент перегрузки по току в установившемся движении принят равным четырем. Исходя из того, что вес бурильной колонны изменяется в широких пределах, предус мотрены однодвигательный и двухдвигательный варианты его работы. Система управления электроприводом лебедки, пост роенная по принципу подчиненного регулирования на базе элементов УБСР, предусматривает двухзонное регулирование частоты вращения электродвигателей.
На зарубежных самоходных плавучих буровых установках применяют судовые винты с поворотными и фиксированными лопастями. В первом случае регулирование винта обеспечива ется изменением угла наклона лопастей, для привода исполь зуются асинхронные двухскоростные двигатели 270/630 кВт, 585/1185 об/мин, 6 кВ, 60 Гц, а для привода стабилизационных винтов — двигатели 175/405 кВт, 580/1180 об/мин.
249