книги / Электрооборудование нефтяной промышленности

10

Рис. 2.13. Шкаф ввода КРУН:

форматоры устанавливают в закрытых камерах в тех случаях, когда по условиям расположения подстанции недопустима их открытая установка, при загрязненности воздуха или наличии токопроводящей пыли, паров и газов химических производств и т. п. Часто открытая установка трансформаторов осуществля­ ется на бетонных фундаментах с ограждением площадки их установки. Распределительные устройства до 1000 В обычно вы­ полняют по типу щитов с двухсторонним обслуживанием или прислонного типа с односторонним обслуживанием.

60

Рис. 2.14. Шкаф К.РУН серии К-ХШ с масляным выключателем типа ВМП-10К:

/ — выкатная тележка; 2 — отсек выкатной тележки; 3 — отсек сборных шин

КРУ наружной установки напряжением 6— 10 кВ комплекту­ ют из шкафов серий К-37, К-33, К-ХШ, K-VI, K-VIy и др. Шка­ фы серии КРУН имеют местный подогрев, обеспечивающий нор­ мальную работу приводов, выключателей, приборов учета и ав­ томатики (рис. 2.13, 2.14).

Для буровых установок выпускаются КРУ типа КРНБ-6М, предназначенные для работы на открытом воздухе и рассчитан­ ные для подключения к ним воздушных линий. В шести шкафах размещено все коммутационное оборудование одной буровой установки. Для морских буровых установок разработаны комп­ лектные распределительные устройства на 6 кВ в блочном ис­ полнении со шкафами КРУБ-6 (рис. 2.15). Они рассчитаны на работу в условиях вибраций оснований эстакад, повышенной влажности с учетом необходимости транспортировки подстанций крупными блоками.

На нефтяных промыслах находят все большее применение комплектные трансформаторные подстанции (КТП), выпускае­ мые отечественной промышленностью, с сухими и масляными трансформаторами. КТП состоит из вводного устройства 6— 10 кВ, силового трансформатора и распределительного устрой­ ства на 0,4 кВ. Для наружной установки такие подстанции вы-

61

7

Рис. 2.15. Общий вид шкафа типа КРУБ-6:

выкатная тележка

пускаются мощностью от 25 до 1000 кВ-А. КТП, разработанные для установки на скважинах насосной эксплуатации, на КНС по закачке воды в пласт описаны в гл. 8 и 9.

Для питания потребителей, перемещающихся на нефтяных промыслах с одних участков на другие, используют передвиж­ ные подстанции, транспортируемые на автомашинах, на судах, а также волоком при помощи трактора. В последнем случае в конструкции подстанции предусматриваются металлические са­ лазки.

Трансформаторные подстанции 110/6 и 35/6 кВ как главные понижающие подстанции нефтяных промыслов имеют обычно открытые распределительные устройства 110 и 35 кВ и закры­ тые РУ на напряжения 6 кВ. Трансформаторы устанавливаются открыто. При расположении оборудования на открытом воздухе стоимость строительной части подстанции уменьшается, сокра­ щаются сроки строительства, достигается хорошая обозреваемость, но увеличивается стоимость аппаратуры и усложняется ее обслуживание. Опорные конструкции открытых подстанций

62

выполняются металлическими или железобетонными. Распреде­ лительное устройство 6 кВ может быть также открытым, уком­ плектованным из шкафов для наружной установки типа КРУН.

Передвижная комплектная подстанция 35/6—10 кВ в блоч­ ном исполнении (рис. 2.16) предназначена для работы в условиях Западной Сибири (климатическое исполнение ХЛ, категория размещения 1). Такие подстанции могут быть одноили двух­ трансформаторными, стационарного исполнения (КТПБ) и пере­ возимые на салазках (ПКТПБ). Для бурения и гидронамыва пе­ редвижную подстанцию можно перевозить на автоприцепе. Под­ станции комплектуются трансформаторами 35/6 или 35/10 кВ с номинальной мощностью 2500, 4000 и 6300 кВ-А. Возможны различные схемы электрических соединений подстанций: тупи­ кового, ответвительного проходного и узлового типов, подклю­ чаемые к сетям 35 кВ с односторонним и двусторонним пита­ нием. На стороне 6—10 кВ допускается присоединение до шести отходящих линий (к каждой секции шин 6—10 кВ). Эксплуата­ ция подстанций предусматривается без постоянного дежурного персонала с централизованным оперативным обслуживанием. На подстанциях предусмотрен выход аварийно-предупредитель­ ной сигнализации, а также телесигнализации, управления и из­ мерения. Информацию с подстанций собирают с помощью тер­ минальных устройств с последующей передачей на ЭВМ про­ мысла.

2.6. Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения на нефтяных промыслах

В различных частях электроустановки в результате повреж­ дения или неправильной эксплуатации могут возникать короткие замыкания между токоведущими частями разных фаз, а также перегрузки отдельных участков цепи. Токи короткого замыкания, достигая десятков тысяч ампер, могут привести к опасным пере­ гревам проводников и аппаратов. Электрическая дуга, возникаю­ щая в месте короткого замыкания, также может повредить элек­ трическое оборудование. Кроме того, короткое замыкание в одной какой-либо части сети сопровождается значительным сни­ жением напряжения на сборных шинах ГПП или РУ, что на­ рушает работу потребителей, подключенных к остальной части этой сети.

Чтобы избежать вредных последствий короткого замыкания, необходимо быстро отключить поврежденный участок сети плав­ кими предохранителями или выключателями путем воздействия на последние специальных аппаратов (реле). Реле, присоеди­ няемые ко вторичным обмоткам измерительных трансформато­ ров (тока или напряжения), реагируют на токи короткого замы­ кания или токи перегрузки частей электроустановки и воздейст-

64

Рис. 2.17. Схемы макси­ мальной токовой защиты с вторичным реле

Рис. 2.18. Электромаг­ нитное токовое реле

вуют на выключатель поврежденной части либо сигнализируют дежурному персоналу о ненормальностях в работе электроуста­ новки. Такая защита элементов установки при помощи реле, на­ зываемая также релейной защитой, должна работать избира­ тельно (селективно), т. е. отключать только поврежденные части электрической сети и по возможности за наименьшее время, что­ бы предотвратить дальнейшее распространение аварии на осталь­ ные части электрической сети. Релейная защита, обладая доста­ точной чувствительностью, должна быть надежной в работе, а эксплуатация ее — не должна требовать значительных матери­ альных расходов.

Простейший аппарат защиты — плавкий предохранитель — включается последовательно с защищаемым оборудованием. При определенной силе тока плавкая вставка предохранителя пла­ вится и отключает участок сети, на котором возникло короткое замыкание. Трудность обеспечения избирательности действия ограничивает область применения плавких предохранителей. Они применяются для защиты двигателей небольшой мощности, трансформаторов и линий мало ответственных потребителей. По­ этому на современных нефтепромысловых установках применя­ ют более совершенную защиту при помощи реле.

Одним из наиболее простых видов защиты электрических це­ пей является максимальная токовая защита со вторичными реле прямого действия (рис. 2.17, а). Выключатель QF включается от руки и удерживается во включенном состоянии защелкой 1. При значительном увеличении тока в главной цепи в результате ко­ роткого замыкания или перегрузки ток во вторичной цепи транс­ форматора тока ТА резко возрастет и катушка 2 реле втянет сердечник 3, который своим ударником освободит защелку 1,

вследствие чего под действием пружины 4 отключается выклю­ чатель QF. Рассмотренное токовое реле прямого действия очень простое по конструкции. Реле могут быть выполнены мгновен­ ного действия или работать с выдержкой времени. Во втором* случае к сердечнику реле пристраивается специальный механизм^ выдержки времени.

Рассмотренная схема со вторичными реле прямого действия проста, но обладает недостаточными точностью и чувствитель­ ностью, так как при срабатывании токовые реле должны совер­ шать большую механическую работу по освобождению защелки 1 привода выключателя.

Более совершенными являются схемы токовой защиты с реле косвенного действия, в которых реле действует на отключение выключателя не механически, а электрически. Схема максималь­ ной токовой защиты со вторичными реле косвенного действия на постоянном токе вспомогательной цепи изображена на рис. 2.17, б.

При коротком замыкании или недопустимой перегрузке пер­ вичной цепи во вторичных обмотках трансформаторов тока ТА, а следовательно, и через обмотки одного или обоих реле КА1 и КА2 будет проходить ток, больший, чем ток срабатывания реле. Последние закроют свои замыкающие контакты во вспомога­ тельной цепи постоянного тока, и тем самым будет подано пита­ ние на отключающую катушку электромагнита YA выключате­ ля QF, вследствие чего произойдет отключение выключателя.

Наибольшее распространение получили электромагнитныереле РТ-40 (рис. 2.18) и индукционные реле РТ-81. Работа реле РТ-40 основана на принципе действия электромагнита. Магнит­ ный поток, созданный катушками 4 и 6 в неподвижном магнитопроводе 5, пронизывает подвижной стальной сердечник 3. Под действием магнитного потока якорь стремится повернуться, но этому противодействует укрепленная на той же оси, что и якорь, спиральная пружина 7. При определенном значении тока сила, действующая на якорь, преодолевает противодействующую силу пружины. Якорь поворачивается, и контактный мостик 2 замы­ кает неподвижные контакты 1, чем и обеспечивает подачу им­ пульса на отключение выключателя. При уменьшении тока до определенной величины якорь под действием спиральной пру­ жины 7 возвращается в исходное положение. Установка реле на определенный ток срабатывания осуществляется при помощи рычага 8, действующего на спиральную пружину. На шкале ука­ зана сила тока срабатывания (минимальный ток, при котором реле срабатывает), соответствующая положениям рычага 8.

Выдержка времени, необходимая для обеспечения избира­ тельной работы в схемах защиты с применением реле РТ-40, до­ стигается, например, при помощи механического реле времени типа ЭВ, принцип работы которого аналогичен принципу дейст­ вия маятникового реле времени.

66

Принцип работы индукционного реле РТ-81 основан на взаи­ модействии движущегося магнитного потока с током, возникаю­ щим в алюминиевом диске под влиянием этого потока. Магнит­ ный поток, создаваемый в магнитопроводе 1 (рис. 2.19, а, б) переменным током, проходящим по катушке 8, пронизывает алю­ миниевый диск 9 и короткозамкнутый виток 7, укрепленный на полюсах магнитопровода. Магнитный поток наводит в короткозамкнутом витке 7 э. д. с., обусловливающую появление тока в витке. Этот ток в свою очередь создает в части магнитопровода, охватываемой короткозамкнутым витком, магнитный поток, сдви­ нутый по фазе на некоторый угол по отношению к основному потоку. В результате этого общий поток, пересекающий алюми­ ниевый диск, перемещается относительно диска в сторону корот­ козамкнутого витка и наводит в диске э. д. с., вследствие чего возникает ток. Взаимодействие тока в диске с общим потоком создает силу F, действующую на диск. Алюминиевый диск может свободно вращаться на оси 6, которая укреплена в раме 10. По­ следняя имеет возможность поворачиваться вокруг оси 11. При малых токах в катушке 8 рама 11 удерживается пружиной 12 в положении, показанном на рис. 2.19, б.

На оси диска установлен червяк 2, который может входить в зацепление с червячным сектором 4. При малых токах в катуш­ ке 8 сила F, действующая на диск, в состоянии лишь вращать его

вокруг оси в направлении, указанном стрелкой. При этом червяк не сцеплен с червячным сектором. Диск вращается также в поле постоянного магнита 5, благодаря чему создается тормозное уси­ лие F'. При токах срабатывания, на которые настроено реле, диск под действием разности сил F—F' не только вращается, но и перемещается вместе с рамой 10 вокруг оси 11, в результате чего червяк сцепляется с червячным сектором. Последний начинает перемещаться относительно оси 3, и при некотором угле поворо­ та червячного сектора контакты замыкаются.

В отличие от электромагнитного реле мгновенного действия типа РТ индукционное реле имеет некоторую выдержку време­ ни, которая зависит от силы тока. Кроме индукционного элемен­ та, реле РТ-81 имеет и электромагнитный элемент, обеспечива­ ющий мгновенное срабатывание реле при больших токах, т. е. так называемую токовую отсечку. Поэтому реле РТ-81 относит­ ся к категории реле с ограниченно зависимой выдержкой време­ ни и отсечкой. Оно имеет характеристику, изображенную на рис. 2.19, в.

В процессе работы двигателей возможны режимы, при кото­ рых сила тока и напряжение отклоняются от допустимых по нор­ мам. К ним в первую очередь следует отнести: короткие замыка­ ния в цепях двигателя, перегрузку последнего, снижение напря­ жения питающей сети и т. п. Защита двигателей малой и средней мощности напряжением до 500 В от токов короткого замыкания осуществляется плавкими предохранителями, а от перегрузок — тепловыми реле. В отдельных случаях применяется максималь­ ная токовая защита.

Мощные асинхронные и синхронные двигатели высокого на­ пряжения защищают от токов короткого замыкания и перегруз­ ки при помощи индукционных реле РТ-81 или электромагнит­ ных РТ-40 (рис. 2.20).

При коротких замыканиях срабатывает токовая отсечка; при перегрузках работает индукционный элемент реле и дает импульс на отключение с выдержкой времени. Схема защиты двигателя при помощи реле РТ-40 содержит две самостоятельные защиты; одна из них действует при коротких замыканиях и состоит из двух токовых реле КА1 и КА2 и промежуточного реле KV\ дру­ гая — защищает двигатель от перегрузки и состоит из двух то­ ковых реле КАЗ и КА4 и реле времени КТ. Уставка тока реле должна быть выбрана таким образом, чтобы при кратковремен­ ных не опасных для двигателя перегрузках защита не сраба­ тывала.

Кроме защиты от токов короткого замыкания и перегрузки, двигатели защищают от понижения напряжения. Указанная за­

68

Рис. 2.20. Схемы максимальной токовой защиты двигателя с помощью реле РТ-81 (а) и РТ-40 (б):

— выключатель; А1— двигатель; ТА— трансформатор тока; YA — электромагнит от­ ключения; КА — реле тока типа РТ-81; КА1—КА4 — реле тока типа РТ-40; К V— проме­ жуточное реле; КТ — реле времени; КИ — указательное реле

синхронных двигателей бурового насоса и других буровых меха­ низмов значительное время с пониженным напряжением недо­ пустима, поэтому устанавливается защита минимального напря­ жения с выдержкой времени не более 1 с. Для двигателей ответственных механизмов с легкими условиями пуска (электро­ привод вентиляторов, центробежных насосов) защиту минималь­ ного напряжения обычно не устанавливают.

Пуск двигателя после отключения может быть осуществлен только при воздействии на пусковой элемент схемы оператором, обслуживающим данный агрегат. Одна из простейших схем за­ щиты минимального напряжения для неответственных потреби­ телей— схема с катушкой минимального напряжения, встроен­ ной в привод выключателя. При значительном снижении или ис­ чезновении напряжения катушка минимального напряжения теряет питание. Защелка, удерживаемая катушкой, отпадает, срабатывает выключатель и отключает двигатель от сети.

Воздушные и кабельные линии, по которым снабжаются элек­ троэнергией буровые установки и нефтепромысловые объекты, имеют значительную протяженность и поэтому больше, чем дру­ гие элементы электрооборудования, подвержены повреждениям. Здесь возможно попадание на линии посторонних предметов, птиц, животных; могут иметь место механические повреждения опор линий, оболочек кабелей и т. п. Воздушные и кабельные

69