Обоснование и выбор источника электроснабжения.

СТАНКАМИ-КАЧАЛКАМИ

1.Краткая технологическая характеристика объекта и требования к системе электроснабжения.

Для добычи нефти насосным способом используют штанговые плунжерные насосы или бесштанговые погружные центробежные электронасосы.

Штанговая скважинная насосная установка для эксплуатации нефтяных скважин состоит из скважинной части (скважинный насос, штанги и трубы) и наземного оборудования (станок-качалка и электропривод).

Станок-качалка - это индивидуальный балансирный механический привод штангового скважного насоса, применяется в умеренном и холодном макроклиматических районах.

Данный объект относится ко 2 категории надежности.

 

2. Требования к электроприводу объекта, выбор типа электропривода и мощности приводного электродвигателя

 

Для привода станков-качалок наибольшее распространение получили асинхронные коротко-замкнутые двигатели в закрытом обдуваемом исполнении с синхронной частотой вращения вала 1500 об/мин,так как они имеют более высокий номинальные К.П.Д. и соsφ и меньшую массу, чем двигатели с меньшей синхронной скоростью. К ним относят двигатели новой серии 4А и др.

Электропривод по системе тиристорный преобразователь (ТПЧ) – асинхронный двигатель имеет следующие особенности: высокое быстродействие; простота конструкции и высокая надежность; малые расходы на эксплуатацию; малые габариты, масса.

Недостатки тиристорного электропривода:

-при глубоком регулировании частоты вращения двигателя низкий коэффициент мощности;

-искажение напряжения сети, вносимое работой преобразователя;

-повышенный уровень излучаемых радиопомех;

-высокая стоимость.

При выборе типа электродвигателя необходимо учесть, что АД менее требовательный к условиям эксплуатации, чем двигатель постоянного тока, а станки-качалки работают под открытым небом.

Чтобы определить мощность электродвигателя для привода станка-качалки, необходимо знать подачу насоса и глубину его подвески, а также некоторые параметры насоса и станка.

3. Разработка системы электроснабжения объекта.

Расчёт электрических нагрузок.

Метод упорядоченных диаграмм.

Расчетная номинальная мощность определяется по формуле:

Рр=КмКиРном.

Км – коэф. Максимума (из таблицы или диаграммы в зав-ти от nэ и величины Ки),

Ки – коэфф. Исп-я активной мощности, (из справочника)

Рном – суммарная мощность электроприемников за искл. резерва.

nэ – эффективное (приведенное) число электроприемников.

Если число электроприемников n 4 и более и их мощность различается не более, чем в 3 раза, можно принять nэ = n.

Реакт. Мощность определяется:

n<=10 Qр=1.1 Pр tg ф

n>10 Qр=Рр tg ф.

Если имеются электроприемники с опережающим cos ф, например СД, то их реакт. Мощности Qc принимаются со знаком – и вычитаются из общей реактивной мощности.

Полная мощность определяется:

Выбор числа и мощности трансформаторов.

Для потребителям I и II категории надежности электроснабжения. Для них должны быть предусмотрены два независимых источника электроснабжения, т.е 2х трансформаторная подстанция. Номинальная мощность каждого из трансформаторов выбирается по расчетной максимальной мощности потребителя . При таком выборе в аварийном режиме оставшийся один трансформатор должен обеспечить нормальное электроснабжение, перегружаясь при это не более 40 % 1,4 S_ном.т>S_рас.

Электроприемники установок по добыче, подготовке и транспортировки нефти и газа практически все относятся к потребителям I и II категории надежности электроснабжения, для них номинальную мощность каждого из трансформаторов выбираем из 100% резервирования электроснабжения, т.е. двухтрансформаторные подстанции. При 100%-ом резервировании мощность каждого трансформатора не меньше Sрасч. .

Расчетная нагрузка S_р принимается с учетом перспективы развития предприятия на ближайшие 5 лет. Для двухтрансформаторных подстанций рекомендуется выбирать трансформаторы однотипные. Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме

 

 

 

Расчет токов кз.

Расчет можно проводить двумя методами: в относительных и именованных ед-ах. Также можно рассчитывать методом упорядоченных диаграмм. зададимся базисной мощность и базисным напряжением и расчитывается сопротивление системы Хс:

Далее находятся сопротивления отдельных элементов схемы эл.снабжения. Активное и реактивное сопротивления линии:

,

где r₀, x₀ –активное и индуктивное сопрот-я до точки к.з. (Ом), l – длина линии.

Сопротивления трансформ-ов:

.

Сопротивления двигателей:

,

Sном.д. – полная мощность.

Определяем базисный ток

Далее строится эквивалентная схема замещения и находятся токи КЗ и ударные токи

 

Х – суммарное сопротивление сети до точки кз

Куд – ударный коэффициент, находится из графика.

В зависимости от значений Iк и iуд выбираются высоковольтные электроаппараты.

Выбор шин

Сборные шины выбирают по допустимому нагреву I_расч I_доп. Выбранные сечения шин проверяют на термическую и электродинамическую стойкость. Для соблюдения условий термической стойкости шин необходимо, чтобы проходящий по ним ток Кз не вызывал температуры свыше предельной. Минимально допустимое сечение алюминиевых шин по термической стойкости определиться: I∞ - действующее значение установившегося тока КЗ, С- термический коэффициент, зависит от материала шин, t_пр – приведенное время действия КЗ. Критерием электродинамической стойкости является максимальные напряжения, которые не должны превышать допустимых для данного материала где соответственно расчетное и допустимое напряжения шин на изгиб. Для проверки возможности возникновения механического резонанса в шинах определим частоту свободных колебаний шин: ƒ₀ . При частоте f_o > 200 Гц явление резонанса в расчетах не учитывают. Таким образом, выбранные шинопроводы и сборные шины удовлетворяют условиям электродинамической стойкости.

Выбор высоковольтных выключателей

Высоковольтные выключатели выбираются по номинальному напряжению, номинальному току, конструктивному выполнению, месту установки, току отключения и проверяются по параметрам отключения, а также на электродинамическую и термическую стойкость. (U_c ≤ U_ном I_расч ≤ I_ном I_к ≤ I_откл i_уд ≤ i_дин B_к ≤ )

Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей: разъединители и отделители выбирают по конструктивному исполнению и месту установки, по Uном, Iном и проверяются на электродинамическую и термическую стойкость. Короткозамыкатели выбирают по тем же параметрам, но выбор по Iном не требуется.

(Uном>Uном.сети;Iном>Iнорм.расч.;iдин>iуд;)

Выбор ТV: ТV предназначены для питания электроизмерит. Приборов и реле. Выбирают по номинальному напряжению первичной обмотки, классу точности, схеме соединения обмоток и контсруктивному исполнению.

Выбор ТА: ТА выбирают по Uном, первичному номинальному току I1ном, по I2ном, классу точности. Проверяют ТА на термическую и электродинамическую стойкость при КЗ.

Выбор ОПН и разрядников: Для защиты изоляции от коммутационных перенапряжений и атмосферных перенапряжений используют разрядники и ОПН. Разрядники выбираются по конструктивному выполнению, номинальному напряжению.(Uном=Uном.сети;Uдоп.рас.=Uпроб.норм.;Uдоп.расч.=Uост.норм.)

 

Выбор предохранителей: Плавкие предохранители напряжением выще 1 кВ выбирают по конструктивному исполнению, по Uном, Iном и номинальному току отключения. Выбор номинального тока плавкой вставки предохранителя производится также по условиям селективности, а также с учетом пусковых токов ЭД и бросков тока намагничивания трансформаторов. (Uном>Uном.сети;Iном>Iнорм.расч.;Iном.откл.>Iпо;)

 

Все выбранное электрооборудование проверяется на термическую и электродинамическую стойкость.

 

 

4. Релейная защита и автоматика в схемах электроснабжения и электропри­
вода объекта.

Защита двигателя

Согласно ПУЭ для двигателей должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих повреждений и ненормальных режимов:

1.Многофазные КЗ в двигателе и на его выводах. Виды защит. Токовая отсечка с двумя реле, включенными на фазные токи, действие на отключение, t=0.

2.Замыкания на землю. Виды защит. Максимальная токовая нулевой последовательности с действием на отключение, t=0.

3.Перегрузка. Виды защит. Двухфазная МТЗ с действием на сигнал.

4.Снижение или исчезновение напряжения. Виды защит. Защита минимального напряжения с действием на отключение, t¹0.

5.Асинхронный режим. Виды защит. Защита от асинхронного режима

Токовая отсечка.

Выбирается из условия отстройки от наибольших пусковых токов.

Для микропроцессорных реле: Кн = 1,1; Кв = 0,96

Коэффициент чувствительности:

 

Защита от перегрузки

Применяется МТЗ с выдержкой времени, с действием на сигнал Выполним ее в двухфазном двухрелейном исполнении. Схема такой защиты с использованием реле тока приведена на рис.

Кн = 1,1 - 1,2;

Коэффициент чувствительности для микропроцессорных реле:Кв = 0,96.

Nта - коэффициент трансформации.

 

Защита трансформатора

Согласно ПУЭ для силовых трансформаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих повреждений и ненормальных режимов:

1. Многофазные замыкания в обмотках, на выводах и в соединениях трансформатора с шинами. Виды защит. Продольная дифференциальная защита с действием на отключение, t=0.

2. Повреждения внутри бака трансформатора с выделением газа, понижении уровня масла. Виды защит. Газовая защита с действием: 1 ступень – на сигнал, 2 ступень – на отключение(в особых случаях).

3. Внешние многофазные КЗ. Виды защит. МТЗ с пуском минимального напряжения с действием на отключение, t¹0.

4. Однофазные замыкания на землю на стороне ВН (система ВН с заземленной нейтралью). Виды защит. Токовая защита от замыканий на корпус с действием на отключение.

5. Перегрузка. Виды защит. МТЗ, t¹0 с действием на сигнал.

 

Токовая отсечка

Наиболее простой и быстродействующей защитой является токовая отсечка. Вместе с МТЗ она входит в состав двухступенчатой защиты.

Ток срабатывания ТО выбирается по двум условиям:

а) отстройки от сквозных токов КЗ:

б) отстройки от бросков тока намагничивания при включении трансформатора

– сквозной ток КЗ;

– коэффициент надёжности, для микропроцессорного реле Кн =1,1;

– номинальный ток трансформатора.

Сквозной ток КЗ равен половине тока двухфазного КЗ, деленной на коэффициент трансформации трансформатора.

Принимаем Iс.о.

Коэффициент чувствительности:

– минимально возможный ток КЗ, он равен половине тока двухфазного КЗ:

 

Максимальная токовая защита

Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от наибольшего рабочего тока

Где Кн – коэффициент надежности, примем Кн =1,1;

– коэффициент возврата реле, Кв =0,96;

– максимальный рабочий ток.

Ток срабатывания реле:

– коэффициент схемы, для нашей схемы соединения обмоток трансформаторов тока = ;

– коэффициент трансформации трансформаторов тока,

Коэффициент чувствительности для МТЗ:

Если чувствительность соответствует норме, то защита выполняется как основная.

 

Защита от перегрузки

Выполняется с помощью реле тока, включенного в одну фазу, и реле времени, действует на сигнал. Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от номинального тока трансформатора:

,где коэффициент надежности Кн = 1,05, Кв = 0,96.

Ток срабатывания реле:

 

Защита линии

От перенапряжений ВЛ защищаются ограничителями перенапряжений.

В качестве основной используется токовая отсечка

В качестве резервной – МТЗ в двухлин исполн.

Защита от однофазных замыканий на землю выполняется с исп. трансформаторов тока нулевой последовательности с действием на сигнал.

 

Автоматическое повторное включение (АПВ).

Позволяет повысить надежность питания потребителей, которые были отключены релейной защитой.

Большинство КЗ после отключения линии самоустраняются. Эффективность однократного АПВ достигает 60-70%. Выдержка времени АПВ первого цикла 0,5-0,7с; второго – 10-15с; третьего – 60-120с.

Устройство АПВ не должно действовать при отключении выключателя.

СТАНКАМИ-КАЧАЛКАМИ

1.Краткая технологическая характеристика объекта и требования к системе электроснабжения.

Для добычи нефти насосным способом используют штанговые плунжерные насосы или бесштанговые погружные центробежные электронасосы.

Штанговая скважинная насосная установка для эксплуатации нефтяных скважин состоит из скважинной части (скважинный насос, штанги и трубы) и наземного оборудования (станок-качалка и электропривод).

Станок-качалка - это индивидуальный балансирный механический привод штангового скважного насоса, применяется в умеренном и холодном макроклиматических районах.

Данный объект относится ко 2 категории надежности.

 

2. Требования к электроприводу объекта, выбор типа электропривода и мощности приводного электродвигателя

 

Для привода станков-качалок наибольшее распространение получили асинхронные коротко-замкнутые двигатели в закрытом обдуваемом исполнении с синхронной частотой вращения вала 1500 об/мин,так как они имеют более высокий номинальные К.П.Д. и соsφ и меньшую массу, чем двигатели с меньшей синхронной скоростью. К ним относят двигатели новой серии 4А и др.

Электропривод по системе тиристорный преобразователь (ТПЧ) – асинхронный двигатель имеет следующие особенности: высокое быстродействие; простота конструкции и высокая надежность; малые расходы на эксплуатацию; малые габариты, масса.

Недостатки тиристорного электропривода:

-при глубоком регулировании частоты вращения двигателя низкий коэффициент мощности;

-искажение напряжения сети, вносимое работой преобразователя;

-повышенный уровень излучаемых радиопомех;

-высокая стоимость.

При выборе типа электродвигателя необходимо учесть, что АД менее требовательный к условиям эксплуатации, чем двигатель постоянного тока, а станки-качалки работают под открытым небом.

Чтобы определить мощность электродвигателя для привода станка-качалки, необходимо знать подачу насоса и глубину его подвески, а также некоторые параметры насоса и станка.

3. Разработка системы электроснабжения объекта.

Расчёт электрических нагрузок.

Метод упорядоченных диаграмм.

Расчетная номинальная мощность определяется по формуле:

Рр=КмКиРном.

Км – коэф. Максимума (из таблицы или диаграммы в зав-ти от nэ и величины Ки),

Ки – коэфф. Исп-я активной мощности, (из справочника)

Рном – суммарная мощность электроприемников за искл. резерва.

nэ – эффективное (приведенное) число электроприемников.

Если число электроприемников n 4 и более и их мощность различается не более, чем в 3 раза, можно принять nэ = n.

Реакт. Мощность определяется:

n<=10 Qр=1.1 Pр tg ф

n>10 Qр=Рр tg ф.

Если имеются электроприемники с опережающим cos ф, например СД, то их реакт. Мощности Qc принимаются со знаком – и вычитаются из общей реактивной мощности.

Полная мощность определяется:

Обоснование и выбор источника электроснабжения.

Остановка большей части глубиннонасосных уста­новок при прекращении подачи электроэнергии не вызывает серьезных осложнений при даль­нейшей эксплуатации. Такие установки относятся ко II катего­рии надежности электроснабжения. Глубиннонасосные уста­новки в нефтеносных районах со сложными условиями экс­плуатации, где остановка насоса приводит к осложнениям при последующем пуске скважин относятся к I категории.

Питание глубиннонасосных установок осуществляется при напряжении 0,38 кВ от устанавливаемых на скважинах ком­плектных трансформаторных подстанций (КТП) 6/0,4 кВ, питаемых, в свою очередь, при помощи воздушных линий.

Для повышения надежности электроснабжения скважин, оборудованных глубиннонасосными установками, следует стре­миться к сокращению числа случаев перерыва электроснабже­ния из-за выхода из строя воздушной линии и снижению вре­мени перерыва электроснабжения. Это достигается примене­нием АПВ линий

Для питания станков-качалок используются специальные подстанции типа КТПСК мощностью 25-250 кВ-А, рассчитан­ные на работу при температуре от

-40 до +40 °С (рис. 9.8). Имеются три модификации КТПСК: первая - для одиночных скважин, вторая и третья - для кустов скважин.

 

 

Схемы питания глубиннонасосных установок.