- •1.Расчёт и выбор основного электрооборудования скважинной насосной установки для добычи нефти
- •1.1.Выбор подходящей марки погружного электродвигателя.
- •1.2.Выбор и расчёт кабельной линии.
- •1.3.Расчёт и выбор параметров двухобмоточного трансформатора.
- •1.4. Проверка кабельной линии на термическую стойкость.
- •1.5.Выбор подходящей марки электроцентробежного насоса.
- •1.6.Энергетическая диаграмма скважины
- •1.7.Годовые потери в уэцн.
- •2.Расчёт элементов преобразователя частоты для станций управления уэцн.
- •2.1 .Общие сведения по преобразователю частоты.
- •2.2.Расчёт инвертора напряжения на igbt транзисторах.
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); РН – номинальная мощность на валу ПЭД; UН – номинальное напряжение ПЭД; η – коэффициент полезного действия ПЭД; cos φ – коэффициент мощности ПЭД; T – температура пластовой жидкости в скважине; DК – диаметр корпуса ПЭД; DВН.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.