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

Трубчатые разрядники, применяемые  для защиты линий электропередачи, включаются между проводами линии и землей через внешний искровой промежуток, предотвращающий утечку тока на землю. Гашение сопровождающего тока в разряднике осуществляется выдуванием дуги газом газогенерирующей трубки.

 

 

 

Системы автоматического повторного включения и автоматического включения резерва.

 

Во многих случаях  короткие замыкания, вызывающие отключение линий электропередачи, имеют преходящий характер и самоликвидируются в короткое время (попадание между проводами линий посторонних предметов, схлестывание проводов, замыкания из-за грозовых разрядов и др.). После отключения дуга в месте к. з. исчезает, а линия остается неповрежденной. Для   сокращения   перерыва   в  электроснабжении  потребителей линии снабжают устройствами автоматического повторного включения (АПВ), автоматически включающими линию через 0,5—1,5 с после ее отключения защитой.

Опыт показывает, что  число случаев, когда линия после  первого повторного включения остается в работе, достигает 90%.

АПВ может быть применено как на линии передачи, питающей ряд нагрузок, так и на ответвлении для отдельных трансформатора, электродвигателя и т. п. Устройства АПВ широко применяют в системах электроснабжения нефтяных и газовых промыслов, установок транспорта и хранения нефти и газа. Наиболее распространенными здесь являются трехфазные устройства АПВ, включающие повторно одновременно все три фазы выключателя.

Существуют  механические устройства АПВ, выполняющие вслед за действием защиты повторное включение при помощи механических приспособлений, устанавливаемых на приводах выключателей, и электрические устройства, осуществляющие включение при помощи реле, воздействующих на включающий орган привода.

 После отключения выключателя от действия защиты или от замыкания контактов ключа управления вручную подается «минус» цепи оперативного тока на зажим  реле. При этом возбуждается реле времени. Заряженный ранее конденсатор при замыкании проскальзывающего контакта разряжается через обмотку напряжения реле и обмотку сигнального реле. Эти реле кратковременно срабатывают. Контакт замыкает цепь катушки включения выключателя, подавая «плюс» от зажима через токовую катушку реле к зажиму. Токовая катушка удерживает реле во включенном положении.

Если первый цикл АПВ  оказался безуспешным и линия вновь отключена защитой, реле времени повторно возбуждается. Но замыкание контакта не приводит к срабатыванию реле, так как конденсатор не успел зарядиться. Реле срабатывают, получая питание через проскальзывающий контакт от конденсатора. Происходит второй цикл АПВ.

При безуспешном действии во втором цикле АПВ происходит новый  пуск реле РПВ-258, но замыкание контактов  неприводит к срабатыванию реле, так как ни один из конденсаторов не успевает зарядиться. Скорости заряда конденсаторов ограничиваются сопротивлениями. Сопротивления 
создают цепи разряда конденсаторов при наличии  защит,   действие  которых не должно сопровождаться   повторным   включением.    При   этом  реле не возбуждается. Сопротивление обеспечивает термическую     стойкость     при длительном   включении  поднапряжение   элемента   времени .

Диод предотвращает  разряд конденсатора после подачи «минуса» на зажим, исключая возможность отказа реле. Диод исключает разряд конденсатора на внешний источник питания.

Выдержка времени реле регулируется в пределах 1—20 с. Время восстановления готовности реле к повторному действию после второго цикла АПВ составляет 60—100 с.

Для потребителей 1-й категории  надежности, обеспечиваемых резервными источниками питания, последние  включаются автоматически в случае прекращения питания от основных источников. Это осуществляется системой автоматического включения резерва (АВР) на РП и подстанциях. Предусматривается также АВР двигателей ответственных агрегатов (например, насосов системы охлаждения компрессорных станций и др.).

Электропривод.

Общие сведения о системах электроприводах.

 

Электроприводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для электрификации и автоматизации рабочих процессов и состоящее из преобразовательного, электродвигательного, передаточного и управляющего устройств.

Таким образом, под электроприводом  понимается комплексное устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую и обеспечивающее электрическое управление преобразованной механической энергией.

Электроприводы  бывают групповыми, одиночными и многодвигательными. При групповом электроприводе один двигатель приводит в движение несколько механизмов. Примером группового электропривода может быть электропривод лебедки и ротора буровой установки БУ-80БрЭ.

При одиночном электроприводе каждый производственный механизм имеет  собственный приводной двигатель, например электропривод центробежного  насоса.

Многодвигательный электропривод  содержит несколько двигателей, каждый из которых приводит в движение отдельный рабочий орган производственного механизма. Комплекс АСП для автоматизации спуско-подъемных операций при бурении имеет многодвигательный электропривод.

В нефтяной и газовой  промышленности наиболее распространены одиночные электроприводы механизмов.

 

 

 

 

 

 

Уравнение движения электропривода.

 

Движение электропривода, как и всякого механизма, подчиняется законам динамики и определяется действующими силами (моментами). Вращающий момент М_дв, развиваемый двигателем, в любой момент времени уравновешивается суммой моментов статического сопротивления М_с и динамического (инерционного) М_дин:

М_дв = М_с + М_дин.      (1)

Уравнение (1) называется уравнением движения электропривода. Вращающий момент двигателя считают положительным, если он направлен в сторону движения (способствует движению), и отрицательным, если он препятствует движению (тормозной момент).

Статический момент, приложенный  к валу двигателя, состоит из слагаемого, соответствующего полезной работе, совершаемой механизмом, и работе сил трения. Моменты статического сопротивления подразделяют на реактивные и активные (потенциальные). Реактивные моменты (моменты сил трения, сопротивления резанию и пр.) препятствуют движению и в уравнении (1) всегда принимаются со знаком «плюс». Потенциальные моменты (моменты от силы тяжести, сжатия, растяжения или скручивания упругих тел) могут либо препятствовать движению, либо способствовать ему. В первом случае они принимаются со знаком «плюс», во втором — «минус». Статические моменты  определяют  расчетным   или  экспериментальным   путем.

Динамический момент определяется угловым ускорением и  моментом инерции электропривода J.

 dω         ω²   dJ 

М_дин= J   — + — *     (2)

                 dt       2  dφ

где φ — угол поворота рабочего органа, приведенный к валу двигателя.

Динамический момент проявляется только во время переходных процессов, т. е. когда изменяются частота вращения электропривода и запас кинетической энергии в нем.

Когда момент инерции  электропривода не зависит от угла поворота рабочего органа, что встречается довольно часто, формула (2) упрощается

    dω     

М_дин= J   —                 (3)

                 dt      

При равенстве вращающего момента двигателя и момента  статического сопротивления возможно состояние динамического равновесия: частота вращения электропривода не изменяется. При нарушении равновесия между моментами двигателя и сопротивления частота вращения двигателя начинает изменяться. Если М_дв>М_с, привод ускоряет свое движение, если М_дв>М_с — замедляет. В соответствии с уравнением (1) динамический момент определяется разностью между моментами двигателя и сопротивления. Положительному динамическому моменту соответствуют ускорение электропривода и возрастание кинетической энергии; отрицательному — замедление привода и убывание кинетической энергии.

Обычно двигатель соединяется  с производственным механизмом через промежуточные передачи: зубчатые, цилиндрические и конические шестерни, червячные пары, шкивы клиноременных передач, и пр. В механизме могут быть массы, вращающиеся и движущиеся поступательно с различными скоростями. При составлении уравнения движения сложной кинематической системы можно написать уравнения движения для каждого звена системы, а затем совместно решить эти уравнения. Однако такой путь весьма громоздок и трудоемок. Для упрощения задачи все моменты инерции и моменты статического сопротивления приводят к одной частоте вращения, (например, к частоте вращения двигателя), для которой составляют и решают одно уравнение движения. При этом пользуются известными законами теоретической механики.

Приводя, статические  моменты к частоте вращения вала двигателя, исходят из закона сохранения энергии. При этом динамическое действие привода остается неизменным, если учитывается условие, что запас кинетической энергии привода, сохраняется неизменным.

При всяком нарушении  равновесия между моментами двигателя и статического сопротивления наступает переходный процесс, сопровождающийся изменением частоты вращения, момента и силы тока двигателя и запаса кинетической энергии электропривода и механизма. К переходным процессам относятся пуск, торможение, реверсирование, изменение нагрузки или частоты вращения во время работы механизма и пр. Характер протекания переходных процессов электропривода определяется, прежде всего законами изменения движущих моментов и моментов сопротивления всего агрегата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Механические  характеристики производственных механизмов и электродвигателей.

 

При выборе электродвигателей  необходимо, чтобы их электромеханические свойства соответствовали характеристикам и технологическим требованиям производственных механизмов. К электромеханическим свойствам относятся в первую очередь механические характеристики двигателей в различных режимах работы, а также пусковые и тормозные свойства двигателей. Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения его вала от момента, который двигатель развивает. Механической характеристикой производственного механизма называется зависимость момента сопротивления механизма от частоты его вращения.

Несмотря на многообразие производственных механизмов, механическую характеристику большинства из них можно выразить зависимостью

 

                             (ω)^q      

М_с= М_о + (М_н  -  М_о)                  

                                    (ω_н)^q

 

где М_с — момент сопротивления механизма при частоте вращения ω; М_о — момент трения или холостого хода машины; М_н — момент сопротивления при номинальной частоте вращения ω_н; q — показатель степени, характеризующий изменение момента при изменении частоты вращения.

Основные типы механизмов имеют q = 0; q = 1 и q = 2. При q = 0 M_c = M_H=const, т. е. момент сопротивления их не зависит от частоты вращения (рис. 5). Такую механическую характеристику имеют все машины, совершающие работу подъема, формоизменения материала или преодолевающие трение (подъемные лебедки и краны, бумагоделательные машины, поршневые насосы при неизменной высоте подачи жидкости). Мощность таких машин растет линейно с частотой вращения.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Механические характеристики производственных механизмов:

I – q=0; II – q=1; III – q=2

 

 При q = 1 момент растет линейно с частотой вращения, а мощность — прямо пропорциональна квадрату частоты вращения. Подобная характеристика имеется у генератора постоянного тока независимого возбуждения, работающего на постоянное сопротивление нагрузки.

При q = 2 момент возрастает квадратично с частотой вращения, а потребляемая мощность   примерно   пропорциональна ее кубу. К этой группе относятся вентиляторы, центробежные насосы, турбокомпрессоры, гребные винты. Характеристики этих машин часто называют вентиляторными.

 

Во всех машинах с  кривошипным механизмом (поршневые  насосы и компрессоры, станки-качалки  и т. п.) момент сопротивления зависит от положения кривошипа, т. е. от углового положения вала двигателя. Во всех подобных машинах момент сопротивления складывается из постоянной и переменной составляющих. Последняя периодически изменяется в зависимости от угла поворота вала. Такие кривые могут быть представлены в виде ряда Фурье, т. е. суммы гармонических колебаний различной частоты, что позволяет весьма упростить расчеты электропривода.

В отличие от производственных механизмов практически все электродвигатели, за исключением синхронных, имеют «падающую» механическую характеристику, т. е. с увеличением момента на валу двигателя частота его вращения уменьшается. В зависимости от степени изменения частоты вращения двигателей их механические характеристики подразделяются на абсолютно жесткие, жесткие и мягкие  (рис. 6).