Источники электроэнергии и особенности её распределения на предприятиях нефтяной и газовой промышленности

Основное преимущество электромагнитных тормозов заключается в возможности плавного регулирования в широких пределах тормозного момента, а также в относительной простоте и легкости автоматизации процесса торможения.

 

 

 

Рис.  42.  Упрощенная  схема  управления     возбуждением  электромагнитной муфты скольжения

 

 

Схема управления возбуждением электромагнитной муфты ЭМС-750 (рис. 42) обеспечивает плавное приложение момента нагрузки к валу синхронного двигателя и достаточно интенсивный разгон барабана лебедки.

Обмотка возбуждения  муфты ОВ ЭМС получает питание от нереверсивного тиристорного преобразователя, состоящего из тиристоров 77 и Т2 и трансформатора Тр. Последний получает питание от сети переменного тока через магнитный пускатель ПМ и автомат АВ. В цепи катушки магнитного пускателя ПМ на схеме не показана) предусмотрены защиты и блокировки, аналогичные блокировкам рис. 42.

Управление углом отпирания  тиристоров осуществляется посредством магнитного усилителя МУ, суммирущего сигналы задающий (зажимы 3 и 4), отрицательной обратной связи по скорости (зажимы 5 и 6) и отрицательной обратной связи по току возбуждения ЭМС (зажимы 7 и 8). Напряжение на все эти зажимы подается от сельсинного командоаппарата СКАЛ, та-хогенератора ТГ и резистора Р. Тахогенсратор ТГ приводится во вращение ведомым валом муфты через цепную передачу. Магнитный усилитель МУ получает питание от сети переменного тока (зажимы 1 и 2); с выхода МУ (зажимы 9 и 10) отпирающие импульсы поступают на управляющие электроды тиристоров. Требуемые динамические характеристики привода формируются соответствущими обратными связями.

В качестве вспомогательного тормоза лебедки служит электромагнитный порошковый тормоз ТЭП-4500. Этот же тормоз используется в качестве автоматического регулятора подачи долота.

В схеме управления электромагнитным порошковым тормозом ТЭП-4500 обмотки возбуждения тормоза (этот тормоз является двухобмоточным) получают питание от сети переменного тока через диодно-тиристорный регулятор. Последний обеспечивает постоянство заданной скорости спуска бурильной колонны и ее регулирования (обратная связь по скорости снимается с тахогенератора), форсировку тока возбуждения, размагничивание тормоза, и стабилизацию тока возбуждения (при работе тормоза в качестве регулятора подачи инструмента во время бурения). Управление торможением осуществляется с помощью командоконтроллера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электропривод буровых насосов

                  Характеристики и мощность

 

Буровой насос служит для создания циркуляции промывочной жидкости, очищающей забой и передающей энергию турбине при турбинном способе бурения. В бурении в основном применяются поршневые насосы со сменными цилиндровыми втулками, позволяющие в определенных пределах изменять подачу насоса при постоянном числе ходов поршней в минуту. При неизмененных глубине бурения, конструкции скважины и бурильной колонны и качестве бурового раствора момент на приводном валу бурового насоса связан параболической зависимостью с частотой вращения этого вала. Постоянная параболы зависит от конструктивны* данных насоса, диаметра применяемой втулки, параметров бурового инструмента и качества прокачиваемой жидкости.

 В начале бурения  скважины давление, создаваемое  насосом, невелико. Однако по мере углубления скважины вследствие увеличения гидравлического сопротивления труб увеличивается и давление на выходе насоса, которое ограничено прочностью деталей насоса. Поэтому, начиная с определенной глубины скважины, подачу насоса приходится ограничивать. Частично эта задача решается при нерегулируемом электроприводе сменой цилиндровых втулок насоса, однако недоиспользование мощности при таком регулировании весьма существенно. Наилучшее использование мощности и работа на оптимальных технологических режимах возможны только при плавном регулировании частоты вращения привода.

Более полное использование  мощности насосов при регулируемом приводе практически выражается в том, что при том же максимальном допустимом давлении в нагнетательной системе подача насосов в абсолютном большинстве рейсов может быть выше, чем при нерегулируемом приводе. Благодаря этому при всех видах бурения улучшается очистка забоя, что ведет к увеличению механической скорости бурения, а также создается возможность дальнейшего увеличения скорости вследствие повышения нагрузки на долото. Одновременно возрастает проходка на долото, поскольку уменьшается степень повторного разрушения породы. В результате увеличения проходки на долото сокращается время спуско-подъема и ряда вспомогательных   и   подготовительно-заключительных   операций.

При турбинном бурении, кроме того, механическая скорость растет вследствие увеличения частоты вращения долота и средней мощности, подводимой к долоту.

Регулирование подачи насоса необходимо в осложненных условиях бурения, а также при восстановлении циркуляции. Таким образом, для бурового насоса было бы целесообразно применять регулируемый электропривод. Причем регулирование необходимо осуществлять при постоянном моменте, определяемом допустимым усилием на шток насоса или допустимым давлением в гидравлической системе буровой установки.

Поскольку достаточно простой, надежный и экономичный мощный регулируемый электропривод переменного тока отсутствует, для буровых насосов в большинстве случаев применяют нерегулируемый электропривод переменного тока. В качестве приводных двигателей используются синхронные двигатели, являющиеся одновременно источниками реактивной энергии. Изменение подачи насосов осуществляется сменой цилиндровых втулок, а уменьшение подачи на время восстановления циркуляции — открыванием задвижки на сливе из насоса.

В случае применения для  привода насоса асинхронного двигателя с фазным ротором возможно регулирование его частоты вращения вниз от номинальной. Так как отношение диаметров соседних    типоразмеров   втулок   составляет   0,85—0,9,   между двумя сменами втулок целесообразно регулировать частоту вращения приводного двигателя насоса на 20—30% вниз от номинальной. Такое регулирование частоты вращения может быть получено при помощи резистора в цепи ротора двигателя. Однако такое регулирование связано с существенными потерями энергии, поэтому в новых буровых установках предусмотрено регулирование подачи насосов путем регулирования частоты вращения асинхронного двигателя по схеме электрического каскада (см. рис. 7.2).

Вентильно-машинный каскад, применяемый в установке «Уралмаш-5000Э», состоит из асинхронного двигателя с фазным ротором АДН, трехфазного выпрямительного моста ВК, преобразующего энергию скольжения двигателя в энергию постоянного тока, и источника э. д. с, в качестве которого используется генератор постоянного тока ГН (П127-8к, 250 кВт, 330 В, 750 об/мин) с приводным синхронным двигателем СДА. Ток ротора асинхронного двигателя АДН выпрямляется выпрямителем ВК и поступает в цепь якоря машины постоянного тока ГН. Эта машина работает в двигательном режиме, а СДА — в генераторном режиме, вследствие чего энергия скольжения возвращается в сеть.

Изменяя э. д. с. ГН, можно регулировать частоты вращения АДН: чем больше сила тока возбуждения ГН, тем меньше частота вращения АДН. Обмотка возбуждения ГН получает питание от реверсивного тиристорного возбудителя, управляемого сельсинпым командоаппаратом. В схеме управления предусмотрены обратные связи, способствующие стабилизации характеристик двигателя. Рассмотренная схема позволяет снижать скорость АДН на 40% от номинальной.

Для пуска двигателя АДН используется масляный реостат РМ.

В буровых установках глубокого бурения подача насоса в широких пределах регулируется при помощи привода постоянного тока по системе тиристорный преобразователь — двигатель.

Поскольку режим работы насоса продолжительный, двигатель насоса выбирают таким образом, чтобы его номинальная мощность была несколько больше или равна мощности, вычисленной по формуле (7.4). Номинальное напряжение обмоток двигателя должно быть равно напряжению питающей сети (6 или 10 кВ). Номинальная частота вращения двигателя определяется кинематикой насоса и клиноременной передачи.

Двигатели и станции  управления

            В серийных электрифицированных буровых установках для привода насосов применяются синхронные двигатели, рассчитанные для эксплуатации в неотапливаемых помещениях с нормальной средой при температуре окружающего воздуха ±40° С и относительной влажностью 90% при 20° С (исполнение У2). Исполнение двигателей — брызгозащищенное с влагостойкой изоляцией, горизонтальное с самовентиляцией; вал на щитовых подшипниках — со свободным концом под шкив для клиноременной передачи. На верху корпуса двигателя смонтирован возбудитель, связанный клиноременной передачей с валом двигателя. Номинальное напряжение двигателей 6000 В, номинальная частота вращения 750 об/мин.

Обмотка статора двигателя  соединена в звезду, ротор с  явно выраженными полюсами, пусковая обмотка в виде латунных стержней, расположенных в башмаках полюсов. Двигатель снабжен грелкой для обогрева обмотки при перерывах в работе в зимнее время.

Для повышения устойчивости двигателя насоса при снижениях напряжения предусмотрено форсирование возбуждения двигателя. Контроль за напряжением осуществляется с помощью реле РФ, которое при снижении напряжения на 15% и более отпускает якорь и закрывает свой контакт в цепи катушки контактора форсирования КФ. Последний своим замыкающим контактом закорачивает часть реостата ШР; напряжение возбудителя поднимается, возрастает ток в обмотке возбуждения ОВ СД двигателя, а следовательно, увеличивается и его максимальный момент.

Форсирование возбуждения  синхронных двигателей целесообразно также и потому, что оно способствует повышению устойчивости всей энергосистемы, так как при аварийных режимах перевозбужденные синхронные двигатели, работая как генераторы реактивной энергии, поддерживают напряжение в сети. После восстановления напряжения сети до номинального значения реле РФ вновь включается и форсировка автоматически снимается.

Для остановки двигателя  необходимо повернуть либо рукоятку УП1 в левое положение, либо рукоятку УП2 в любое положение. Это приводит к одновременному разрыву цепей катушек контактора KB и реле РВ. Контактор KB разрывает цепь обмотки возбуждения возбудителя, обеспечивая гашение поля двигателя С Д. Реле РВ с выдержкой времени около 1,5 с разрывает цепь катушки контактора К и отключает обмотку статора двигателя СД от сети. Такая последовательность операции при отключении двигателя снижает перенапряжения в обмотке статора и на контактах контактора К при его отключении.

Защита двигателя от перегрузок и от асинхронного режима осуществляется при помощи реле РТ1 и РТ2, которые с выдержкой времени закрывают свои контакты в цепи катушки реле РП2, отключающего контактор К. Реле РП1 (его катушка на схеме не показана) своим размыкающим контактом РП1 осуществляет блокировку, при помощи которой цепь управления двигателем СД отключается, если отсутствует напряжение 6 кВ цепи питания двигателя.

Для контроля за работой  привода насоса в схеме предусмотрены приборы измерения напряжения и силы тока в цепях статора и обмотки возбуждения: вольтметры VI и V2, амперметры А1 и А2. Чтобы исключить перемагничивание возбудителя при пуске двигателя, в цепь обмотки ОВВ включен кремниевый диод ВК.

Наличие в описанном  приводе бурового насоса электромашинного возбудителя, имеющего щеточный контакт, а также колец и щеток для токоподвода к обмотке возбуждения двигателя приводит к снижению надежности привода. Кроме того, двигатели  СДЗ,  СДЗБ и  СДБ не предназначены для работы в условиях холодного климата. Поэтому был разработан бесщеточный синхронный двигатель типа СДБО-99/49-8ХЛ2, который может быть использован для привода буровых насоса и лебедки (рис. 43). В двигателе применена бесщеточная система возбуждения, которая состоит из синхронного возбудителя ВбС, вращающегося преобразователя ПбВ и устройства бесконтактного измерения тока ротора КН1-3 и обеспечивает генерацию энергии возбуждения, ее бесконтактный подвод к обмотке ротора и измерение. Устройство управления электродвигателем обеспечивает его пуск и остановку, защиту от перенапряжений при пуске и других переходных процессах и управление возбуждением.

Рис. 43. Двигатель СДБО-99/49-8ХЛ2:

1 — статор; 2 — станина; 3 —ротор; 4 — охладитель; 5 и 6 — подшипниковые щиты; 7 — подшипники; 8 — коробка выводов статора; 9 и 10 — кожухи; // —возбудитель переменного тока; 12 — вращающийся полупроводниковый преобразователь; 13 — датчик тока; 14 — вентилятор наружного обдува

 

 

 

 

 

 

 

 

Дизель-электрический  привод

 

Дизельный привод главных  механизмов буровых установок имеет существенные недостатки. Стремление улучшить характеристики дизельного привода, упростить кинематику и повысить производительность буровых установок, увеличить срок службы дизеля и улучшить условия труда буровых бригад привело к созданию гидравлических и электромашинных передач от дизеля к исполнительным механизмам.

Введение гидравлических передач (турботрансформаторов) увеличивает  перегрузочную способность привода  по моменту, исключает ряд нежелательных  явлений при совместной работе дизелей  на общую трансмиссию, улучшает условия работы дизелей и в ряде случаев увеличивает скорости подъема инструмента.

Электромашинные передачи постоянного тока дают почти те же результаты и, кроме того, позволяют  упростить кинематическую схему установки и улучшить условия труда буровой бригады.

Применение электромашинных  передач переменного тока имеет  те же цели, а также дает возможность  упразднить вспомогательные дизель-электростанции, поскольку двигатели вспомогательных механизмов получают питание от генераторов электромашинной передачи. При наличии электромашинных передач переменного тока наиболее благоприятны условия для унификации буровых установок, предназначенных для работы в электрифицированных и неэлектрифицированных районах.