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

Если производственный механизм должен приводиться двигателем, рассчитанным для продолжительного режима работы, то при определении эквивалентного тока надо учитывать также и время паузы, т. е. найти эквивалентный продолжительный ток с учетом ухудшения условий охлаждения при пуске, торможении и паузе.

Двигатель перемежающегося  режима работы выбирают так же, как  и двигатель повторно-кратковременного режима. Если же для перемежающегося  режима работы предполагается применить двигатель, предназначенный для продолжительного режима работы, следует определить эквивалентный продолжительный ток Условия охлаждения во время паузы не ухудшаются, поскольку двигатель продолжает вращаться.

Для успешного пуска  двигателя необходимо, чтобы его  пусковой момент превышал момент статического сопротивления на величину, позволяющую обеспечить заданное время пуска. Особенно важное значение это имеет для механизмов с большими моментами инерции и в тех случаях, когда момент статического сопротивления при пуске выше момента статического сопротивления установившегося режима.

Двигатель обычного исполнения, выбранный по условиям пускового  режима, в установившемся режиме окажется недогруженным. Поэтому при выборе двигателя по условиям пуска применяют двигатели с повышенным пусковым моментом М_П по отношению к номинальному М_Н(М_П/М_Н ≥  1,8).

Иногда для улучшения  условий пуска применяют асинхронный двигатель с фазным ротором, в цепь ротора которого включают пусковой реостат. Это позволяет искусственно повысить пусковой момент двигателя. При тяжелых условиях пуска применяют также пуск двигателя вхолостую с последующим соединением его с механизмом специальной муфтой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аппараты и  схемы управления электроприводами.

 

Общие принципы построения схем управления.

 

Схемы автоматического  управления электроприводами выполняют следующие основные функции: пуск двигателей в ход, регулирование частоты вращения, реверсирование, торможение, защиту двигателей и приводимых механизмов от различных перегрузок и аварийных режимов, сигнализацию о состоянии рабочих частей машины, осуществление определенной последовательности операций, автоматическое поддержание постоянства скорости или других параметров электропривода, синхронизацию движения отдельных органов производственных механизмов, слежение за определенными и случайными сигналами, подаваемыми на вход схемы.

Сочетание тех или  иных функций в одной схеме  зависит от технологических требований, предъявляемых к исполнительному механизму, от принятой системы электропривода и от степени автоматизации управления. Чем разнообразнее, сложнее требования, предъявляемые к системе, и чем выше степень автоматизации, тем сложнее, как правило, схемы автоматического управления.

Как и ко всякому устройству, к схемам управления электроприводами предъявляются определенные требования. Схема управления должна как можно более полно удовлетворять заданному технологическому режиму работы и обеспечивать выполнение всех технических требований, предъявляемых к данному производственному механизму или объекту и его электроприводу. Так, большая часть автоматизированных схем управления должна обеспечить надлежащее протекание процессов пуска, реверса, торможения и обязательную защиту при аварийных режимах. В более сложных случаях предъявляются дополнительные требования по обеспечению взаимной координации движений отдельных узлов производственного механизма, дополнительной автоматизации, точного поддержания регулируемых величин и др. Чтобы выполнить указанные требования, необходимо правильно выбрать и использовать отдельные элементы, а также составить схему управления.

Схема управления не должна быть сложной. Наиболее простой можно считать такую схему, которая позволяет выполнить технологическое задание при наименьшем количестве простых элементов, аппаратуры и других устройств.

Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности работает в очень тяжелых условиях. Большая часть установок устанавливается снаружи и имеет лишь легкие укрытия. Частый демонтаж, монтаж и транспортировка, во время которых электрооборудование подвергается ударам и воздействию влаги, приводят к выходу его из строя. Поэтому основное требование к схемам управления является их надежность, определяемая надежностью работы применяемых электрических машин, аппаратов и других элементов. Надежность достигается путем использования правильно выбранных машин, аппаратов других устройств, обладающих достаточной прочностью и долговечностью, легко переносящих возникающие в работе перегрузки в определенных пределах и допускающих необходимое число включений и отключений.

Вместе с тем надежность схемы в большой степени зависит от ее сложности. Чем проще схема управления и чем меньше в ней цепей блокировок с большим числом контактов, тем больше вероятность ее надежной работы.

В зависимости от назначения к устройствам управления могут предъявляться те или иные требования относительно их массы, габаритов и стоимости. Однако стремление к снижению массы устройства управления может противоречить требованиям надежности, поэтому в каждом конкретном случае рассматривают несколько вариантов схемы управления и выбирают вариант, обеспечивающий максимальную производительность установки при минимуме затрат.

Электроустановки нефтяной и газовой промышленности являются источниками повышенной опасности в отношении поражения обслуживающего персонала током.     Вместе с тем они могут быть причиной взрывов и пожаров. Поэтому обычно цепи управления питают пониженным напряжением 24, 36, ПО, 127 В; в схемах предусматривают применение аппаратов, обеспечивающих полное отключение электрических машин при остановках привода. Там, где это необходимо, предусматривают световую или звуковую сигнализацию, предупреждающую об опасности или сигнализирующую о состоянии работы отдельных узлов и механизмов схемы. Обычно станции и пульты управления стремятся разместить вдали от устья скважин, резервуаров и других мест, в которых может образоваться опасное скопление горючих и взрывчатых газов. Если этого недостаточно, то аппаратуру управления монтируют в отдельных помещениях, продуваемых чистым воздухом.

В схемах автоматического управления электроприводами применяют в различных сочетаниях электрические машины, контакторы и реле сопротивления, кнопочные станции, магнитные пускатели, командоконтроллеры, путевые и конечные выключатели, разнообразную аппаратуру защиты и другие устройства. Все это оборудование называется элементами электрических схем и изображается при помощи графических условных обозначений, которые регламентируются Единой системой конструкторской документации.

В схемах управления все  обозначения элементов изображаются в их нормальном положении.

Электрические машины и  аппараты, входящие в автоматизированную систему, их части и элементы соединяют в электрическую схему.

В электрических схемах различают силовые (или главные) цепи и цепи управления (или вспомогательные).

Главной цепью называют электрическую цепь, назначением  которой является подача электрической  энергии для преобразования ее в механическую или в электрическую энергию других параметров или в какой-либо другой вид энергии. Цепью управления называется электрическая цепь, состоящая из различных соединений катушек и контактов реле, контакторов и других аппаратов управления, позволяющая осуществлять управление главной цепью.

К главным цепям относятся  цепи двигателей, генераторов, электромагнитов и резисторов, включаемых в эти цепи. Главные цепи, а также элементы, находящиеся в этих цепях, вычерчивают более толстыми линиями, чем цепи управления и находящиеся в них элементы.

К цепям управления относятся  все остальные цепи схемы, обычно содержащие катушки контакторов и реле, вспомогательные контакты контакторов, различные элементы автоматики, контакты реле и других аппаратов управления. К цепям управления относятся также цепи сигнализации и цепи возбуждения электрических машин.

На рис. 10 показана принципиальная схема пуска асинхронного двигателя, на которой четко выделены силовая цепь, цепи управления и сигнализации.

Рассмотрим узлы, встречающиеся  в схемах управления двигателями нефтепромысловых механизмов.

В реверсивных электроприводах недопустимо одновременно включать контакторы вперед и назад, так как это приводит к коротким замыканиям в силовой цепи. С этой целью в схемах для управления этими контакторами используют сдвоенные кнопки с самовозвратом, имеющие по одному замыкающему и одному размыкающему контакту. Они включаются по схеме, представленной на рис. 11. При нажатии кнопки В (рис. 11, а) одним ее контактом включается катушка контактора В, а другим разрывается цепь питания катушки контактора Н, не позволяя включиться последнему, что в нормальных условиях исключает возможность одновременного включения контакторов В и Н.

Эта схема не предотвращает  аварий при одновременном включении обоих контакторов вручную, а также при приваривании одного из контакторов, так как второй контактор в этом случае может быть включен кнопкой.

На рис. 11,б показан другой вариант управления реверсивными контакторами. Здесь применены одинарные кнопки с самовозвратом и с одним замыкающим контактом, а управление осуществляется размыкающими вспомогательными контактами контакторов В и Н. Эти контакты включены таким образом, что при включении, например, контактора В его вспомогательный контакт разрывает цепь питания катушки контактора Н и наоборот. Такая схема допускает приодновременном нажатии обеих кнопок кратковременное включение обоих контакторов. Поэтому в ответственных электроприводах кроме электрической применяют механическую блокировку, которая жестко связывает подвижные системы контакторов В и Н между собой и полностью исключает их одновременное включение.

 

 

Рис. 10. Принципиальная схема пуска асинхронного двигателя:

Д — двигатель;   Л — линейный   контактор;   «Пуск»    и   «Стоп» — кнопки   управления;   ПК и ЛЗ — красная и зеленая сигнальные лампы

Рис. 11. Схемы включения сдвоенных (а) и одинарных (б) кнопок управления

 

Для некоторых многодвигательных  приводов предусматривают связи, обеспечивающие согласованность и определенную последовательность в работе отдельных двигателей. Простым примером такой связи является схема, представленная на рис. 12, а,   не   допускающая   пуска    главного   двигателя   Д1  без запуска вспомогательного двигателя Д2 и обеспечивающая автоматическое отключение главного двигателя при отключении вспомогательного. Здесь пуск главного двигателя осуществляется включением контактора К1, питание катушки которого производится через вспомогательный контакт К2, замкнутый при работающем двигателе Д2.

При отключении вспомогательного двигателя, в том числе из-за срабатывания теплового реле РТ2, главный двигатель автоматически отключается, так как цепь питания контактора К1 разрывается вспомогательным контактом К2.

Часто необходимо исключить  возможность одновременной работы двух двигателей. Так, недопустимы одновременное  включение и работа двигателей привода лебедки и приводного двигателя автомата подачи долота (рис. 12,б). В качестве приводного двигателя лебедки служит асинхронный двигатель с фазным ротором Д1. Привод подачи осуществляется двигателем ДЗ, питаемым по системе генератор — двигатель от генератора Г, вращаемого двигателем Д2. Контакторы В, Н и Л1 включаются кнопками В_п, Н₃ и П.

Исключение одновременной  работы приводов производится с помощью  размыкающих контактов В и Н в цепи катушки контактора Л2 и контактов Л2 в цепи питания катушек контакторов В и Н. Включение контактора Л2 возможно только после включения контактора Л1 при условии, что контакторы В и Н отключены. Для остановки двигателей служат кнопки Стоп 1 и Стоп 2. Аппараты, управляющие резисторами в цепи ротора двигателя Д1, на данной схеме не показаны.

Для преобразования переменного  тока в постоянный нашли применение схемы выпрямления. Рассмотрим некоторые  из них при чисто активном сопротивлении  нагрузки. На рис. 13 приведена однофазная мостовая схема выпрямления с неуправляемыми вентилями и даны диаграммы токов и напряжений в различных точках выпрямительного устройства. На этих и последующих диаграммах кроме координаты времени условно указывается также соответствующий электрический угол.

 

 

 

Рис. 12. Схемы блокировочных связей двух двигательных приводов:

а – блокировка главного и вспомогательного двигателей; б  – блокировка, исключающая одновременную  работу двигателей.

 

Рис. 13. Одновременная мостовая схема (а) с неуправляемыми вентилями и диаграммы токов и напряжений на элементах схемы ( б, в, г, д )

 

Одна диагональ моста  включается на переменное напряжение вторичной обмотки трансформатора, а другая — на нагрузочный резистор.

Вентили включаются так, что в один из полупериодов в проведении тока участвуют вентили В1 и ВЗ и ток проходит по направлению, отмеченному сплошными стрелками, в другой полупериод в проведении тока принимают участие вентили В2 и В4 и ток проходит по направлению, указанному пунктирными стрелками.

Таким образом, через  нагрузку ток i_d проходит всегда в одном направлении. При этом во вторичной обмотке трансформатора проходит чисто переменный ток.

Существуют четыре основных функциональных принципа автоматического  пуска двигателей: скорости, тока, времени  и пути.

Управление в функции  скорости основано на непосредственном или косвенном контроле изменения скорости (центробежные реле, реле напряжения, тахогенераторы).

При управлении в функции  тока работа аппаратов, шунтирующих пусковые сопротивления (контакторов ускорения), зависит от силы тока двигателя. Катушки контакторов ускорения включаются непосредственно в главную цепь двигателя либо используются реле, включенные в главную цепь двигателя, а катушки контакторов включаются в цепь управления.

При управлении в функции  времени контакторы ускорения переключают  реле, выдержка времени которых устанавливается при наладке и не зависит от условий пуска.