Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности
..pdfных пунктов (КСП), где размещены также установки подго товки нефти и кустовые насосные станции. Электродвигатели насосных блоков получают питание по кабельным линиям 6 кВ от объединенного распределительного устройства, которое слу жит также для питания других потребителей.
На схеме электроснабжения КСП-6 Самотлорского место рождения (рис. 93) показано питание нефтенасосной станции, состоящей из шести блоков с электродвигателями мощностью по 320 кВт. Для повышения надежности электроснабжения нефтенасосной станции ее двигатели присоединены к первой и второй секциям шин РУ 6кВ, которые имеют устройство АВР. Эти секции шин отделены реакторами от третьей и четвертой секций шин питания синхронных двигателей по 4000 кВт кус товой насосной станции, что обеспечивает более стабильное на пряжение для питания нефтенасосной станции [14].
Другие потребители электроэнергии нефтенасосной станции питаются от трансформаторных подстанций 6/0,4 кВ мощностью 2x250—2X400 кВ*А посредством распределительных щитов и станций управления. Поскольку насосные блоки относятся к взрывоопасным помещениям класса В-Ia, электрооборудова ние устанавливают в отдельных электротехнических помеще ниях, имеющих легкие металлические утепленные ограждаю щие конструкции. Сигнализация о работе нефтенасосных агре гатов выводится на щит оператора КСП и передается по кана лам телемеханики на диспетчерские пункты.
33. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ВОДЯНЫХ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ
Насосные для законтурного и внутриконтурного заводнения являются весьма энергоемкими установками. В нефтяных рай онах СССР, где большое число скважин находится в режиме фонтанной эксплуатации, расход электроэнергии на закачку воды в пласт превышает 60 % общего расхода электроэнергии на добычу нефти.
Необходимость обеспечения непрерывной подачи воды при больших ее расходах и высоких требованиях к ее качеству требует создания специальных систем водоснабжения. Воду для закачки в пласт забирают из рек и озер, водохранилищ. Используются подземные воды, которым отдается предпочте ние, так как применение их возможно без очистки и химиче ской обработки. Забираемую из открытых водоемов воду пе ред подачей в магистрали системы водоснабжения очищают, с тем чтобы освободить ее от взвешенных частиц, железа и других примесей, которые могут засорить поры нефтеносного пласта.
Начальными звеньями системы водоснабжения в этих слу чаях являются насосные станции водозабора первого (и вто рого) подъема, от которых вода, пройдя через водоочиститель-
233
ные сооружения, поступает в магистральные трубопроводы. Из последних вода забирается кустовыми насосными станциями (КНС), где насосы высокого давления повышают ее давление и по разводящим напорным трубопроводам посылают в сква жины.
Электрооборудование водонасосных станций может быть нормального исполнения, так как здесь взрывоопасные смеси отсутствуют. По необходимой бесперебойности питания элек троэнергией ответственные насосные станции центрального во доснабжения следует относить к потребителям 1-й категории надежности. Кустовые насосные могут быть отнесены ко 2-й категории [5].
Водозаборные насосные станции на открытых водоемах снабжаются несколькими агрегатами с двигателями мощностью от 100 до 250 кВт (первого подъема) и 800—2500 кВт— на насосных второго подъема. На старых насосных, построенных десять и более лет назад, используются четырехполюсные ко роткозамкнутые асинхронные двигатели. На современных на сосных применяются синхронные двигатели. В частности, для объединенного водозабора трех нефтяных месторождений За падной Сибири применена установка с тремя блоками насо сов первого подъема типа 12НДС-60 п 300 Д/90 с асинхрон ными электродвигателями по 100 и 250 кВт. Насосная станция второго подъема имеет 12 насосов с электродвигателями мощ ностью 1600 и 2500 кВт на 6 кВ. Электроснабжение этой си стемы осуществляется от трансформаторной подстанции 35/6 кВ с двумя трансформаторами по 10 МВ-А, потребителей напряжением 380/220 В (двигатели мощностью до 100 кВт, электроосвещение, вентиляторы, электроотопление) — от четы рех трансформаторных подстанций 6/0,4—0,23 кВ.
Насосные станции проектируются обычно так, чтобы на сосы при пуске оказывались залитыми за счет заглубления по следних или за счет использования для этого напорных маги стралей и других элементов системы водоснабжения. Лишь в относительно редких случаях прибегают к установке вакуум ных насосов, у которых управление электроприводом связыва ется с системой пуска основных насосов. Если водоснабжение основывается на использовании грунтовых вод, то водозабор осуществляется жри помощи специальных насосных агрегатов, которыми оборудуются скважины водозабора. Здесь применя ются вертикальные глубинные центробежные насосы шли по гружные насосные агрегаты [5J.
Вертикальные погружные центробежные насосы для забора и нагнетания воды из модрусдовых н артезианских скважин типа АТН с подачей 35—200 м®/ч при напоре 80—100 м снаб жаются асинхронными двигателями мощностью 17—100 кВт, 380 В, 1450 об//мин. Применяемые для той же цели насосы 12ЫА с подачей 150 м®/ч ш напором 33—35 м снабжаются дви гателями такого же ш ла мощностью 21—33 кВт, 1450 ©б//мнн,
Ш
а насосы АП с подачей 7,2—100 м3/ч и напором 50—280 м — двигателями мощностью 2,5—147 кВт, 2950 об/мин.
Стационарная насосная станция первого подъема для Самотлорского месторождения с подачей воды 180 млн. м3/год уста новлена на шпунтовом основании в русле реки. Два каркасных здания насосной высотой 7 м с ограждающими конструкциями из утепленных металлических панелей имеют размеры в плане 30X9 м каждое. В здании насосной устанавливаются 24 насоса марки 24А-18Х1 с вертикальными асинхронными электродви гателями мощностью по 250 кВт, напряжением 6 кВ. Общая мощность этих электродвигателей составляет 6 МВт, вспомо гательного оборудования напряжением 0,4 кВ — 160 кВт.
Вспомогательное электрооборудование напряжением 0,4 кВ (электроотопление, электроосвещение, вентиляция и др.) пита ется от двухсекционного щита станций управления. Чтобы обеспечить требуемую надежность питания нагрузок 0,4 кВ, предусмотрены две трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ, установленные на эстакаде. Эстакада предназначена для связи насосной станции с берегом, для транспортировки оборудова ния, прокладки водоводов и других коммуникаций. В частности, по эстакаде проложены 66 силовых и контрольных кабелей на пряжением 6 и 0,4 кВ.
Электродвигатели мощностью 250 кВт питаются от объеди ненного распределительного устройства 6 кВ, размещенного на берегу, вблизи от насосной станции второго подъема.
Для водозаборов небольшой производительности применя ются плавучие насосные станции первого подъема. Плавучая насосная представляет собой металлический понтон с над стройкой из утепленных металлических панелей. В надстройке смонтированы три насосных агрегата с насосами 300Д90 и электродвигателями мощностью по 100 кВт, вспомогательное оборудование, распределительный щит напряжением 0,4 кВ, аппаратура автоматики типа АБН. Производительность такой насосной составляет 20 млн. м3/год. Плавучая насосная стан ция в собранном виде транспортируется по реке с завода-изго- товителя на место строительства водозабора [14].
Система местной автоматики насосной станции на базе ап паратуры АБН обеспечивает возможность автоматического пуска резервного насоса при аварийной остановке рабочего насоса, самозапуск рабочих насосов после кратковременного перерыва электроснабжения, автоматическое управление за движками во время пуска насосов, автоматическое управление
электроотоплением (рис. 94).
Водоводы от плавучей насосной имеют гибкие вставки, так как понтон с насосной станцией перемещается по вертикали в соответствии с колебаниями уровня воды в реке. Электро энергия подводится к насосной от трансформаторной подстан ции 6/0,4 кВ, устанавливаемой на берегу, гибкими кабелями в резиновой оболочке.
235
Плавучие насосные станции должны быть защищены от ле дохода и должны иметь направляющие свайные основания для вертикального перемещения. На них в зимнее время периоди чески нужно скалывать лед. От этих недостатков свободны на сосные станции со струйными насосами. Понтоны со струйными насосами укрепляют на дне реки на подготовленном основа-
1
Рис. 94. |
П ринципиальная |
электрическая |
схема |
плавучей |
насосной станции |
|||
|
|
|
первого |
подъем а: |
|
|
||
/ — вводы; |
2 — электродвигатели |
100 кВт |
привода |
насосов; 3 — электрокалорифер; 4 — |
||||
освещение; 5 — электромагнитные |
клапаны |
слива; |
6 — электромагнитные заливочные |
|||||
клапаны; |
7 — электродвигатели |
0,6 кВт привода |
задвижек; 8 — электродвигатель 1,7 кВт |
|||||
|
привода насоса; 9 — электродвигатель |
1,1 |
кВт |
привода |
вентилятора |
нии. Струйные оголовки соединены водоводами с приводными насосами, которые расположены на незатопляемом берегу со вместно с насосами второго подъема. Приводные насосы на гнетают воду к струйным установкам, энергия потока воды пе редается воде, подсасываемой из реки.
Кинетическая энергия суммарного потока преобразуется в статический напор, необходимый для создания требуемого давления на приеме насосов второго подъема. Все электрообо рудование насосной со струйными установками располагается на берегу совместно с электрооборудованием насосной станции второго подъема вблизи от источника питания — объединенного
236
РУ 6 кВ. Насосные станции второго подъема, а также привод ные насосы для струйных установок применяются только в блочном исполнении. Насосные агрегаты на заводе-изготови- теле собирают в блоки, состоящие из рамы или понтона с ог раждающими конструкциями из утепленных металлических панелей. В одном блоке монтируется от одного до шести насос ных агрегатов в зависимости от типа насоса и электродвига теля. В насосных второго подъема применяются синхронные двигатели мощностью 2500 кВт и асинхронные двигатели мощ ностью 200—1600 кВт напряжением 6 кВ. На объединенном водозаборе со струйными установками для системы ППД Аганского, Ватинского и Северо-Покурского месторождений уста новлено 15 двигателей мощностью по 250 кВт, три двигателя мощностью по 1600 кВт и два двигателя мощностью по 500 кВт. Насосные агрегаты размещаются в семи отдельных блоках, что дает возможность строить водозабор отдельными очередями [14].
Общая установленная мощность потребителей электроэнер гии для этого водозабора составляет 9,9 МВт. Объединенное распределительное устройство водозабора обеспечивает пита ние 20 электродвигателей напряжением 6 кВ и двух трансфор маторных подстанций, от которых питаются все потребители напряжением 380/220 В (электроотопление, электроосвещение, вентиляция и др.). РУ 6 кВ получает питание от подстанции 35/6 кВ мощностью 2ХЮ МВ • А, расположенной на террито рии водозабора, вблизи от насосной станции второго подъема. Управление аварийной и исполнительной сигнализацией от ап паратуры АБН блочных насосных станций выведено на общий щит оператора, установленный в отдельном помещении. Реги страция показаний приборов замера количества перекачиваемой воды по каждому водоводу также предусмотрена на щите опе ратора. Возможна передача этих пока-заний, а также аварий ных сигналов по каналам телемеханики. Для всех насосных агрегатов предусмотрена единая система автоматического по очередного пуска при восстановлении электроснабжения после кратковременного перерыва [14].
Кустовые насосные станции располагаются на небольших расстояниях от нагнетательных скважин и оборудуются тре мя—пятью насосными агрегатами каждая. Здесь используются центробежные насосы, а иногда поршневые. Частота вращения рабочего вала у первых 3000 (иногда 1500) об/мин; у поршне вых 375 об/мин. На КНС, построенных в 60-е годы и ранее, используют синхронные двигатели 750—1000 кВт, 6 кВ и асин хронные короткозамкнутые 450—850 кВт 6 кВ на 3000 син хронных оборотов в минуту, монтируемые так же, как и на сосы в зданиях. В последние годы строятся и находятся в экс плуатации КНС в блочном исполнении. Эти станции (БКНС) изготовляются в заводских условиях и монтируются на место рождении в течение 3—4 мес. Типовыми проектами нормаль
237
ного ряда БКНС предусмотрены станции производительностью 150, 300 и 450 м3/ч с давлениями на выходе 10—20 МПа. Число установленных агрегатов соответственно 2, 3 и 4, из которых один резервный. Насосы приводятся в действие синхронными двигателями СТД-1250-2,1250 кВт, 6 кВ, 3000 об/мин. БКНС содержит 2—4 насосных блока, блоки низковольтный и управ ления, блоки напорного коллектора и блок распределительного устройства 6 кВ.
В частности, на месторождениях Западной Сибири приме няются БКНС производительностью 450 м3/ч с насосами ЦНС-180-1422 и двигателями 1250 кВт и БКНС производитель ностью 2100 м3/ч с насосами ЦНС-50-1900 с двигателями 4000 кВт. Двигатели — синхронные марки СТД на 3000 об/мин 6(10) кВ с бесщеточной системой возбуждения [14].
Синхронные двигатели БКНС снабжены защитой от корот ких замыканий (для двигателей на 1250 кВт токовой отсечкой, а для двигателей на 4000 кВт — продольной дифференциаль ной токовой), перегрузки, минимального напряжения, замыка ний на землю, асинхронного хода. Кроме того, предусматрива ются защиты, действующие от технологических факторов: при падении давления нагнетания; при падении давления масла в подшипниках; при перегреве подшипников или масла в ко нечном участке системы смазки.
На промыслах еще применяют одноагрегатные насосные станции высокого давления. Эти станции располагаются вблизи нагнетательных скважин. Каждая станция закачивает воду под высоким давлением в одну скважину, обеспечивая оптималь ные условия воздействия на пласт.
В нефтедобывающих районах, содержащих мощные водя ные горизонты, для поддержания пластового давления иногда закачивают воду в пласт с помощью специальных погружных электронасосов. Такой насос откачивает пластовую воду из во дозаборной скважины и подает ее в напорный трубопровод и далее в нагнетательные скважины.
В частности, погружные насосы для поддержания пласто вого давления снабжаются погружными двигателями мощ ностью 125—700 кВт, питаемыми от сети 6—10 кВ через ком плектные устройства серии КУПНА 700 наружной установки
климатического |
исполнения |
ХЛ, |
категории размещения 1 |
|
(рис. |
95). Устройство содержит ячейку КРУ 1, установку дрос |
|||
селя |
2, блок |
разъединителя |
3, |
трансформатор собственных |
нужд 4 25 кВ-А, 6/0,4 или 10/0,4 кВ, комплектное устройство питания 5 и шкаф управления 6, смонтированные в утеплен ной кабине 7 контейнерного типа с электрическим обогревом. Конструктивно комплектное устройство КУПНА 700 имеет вы соковольтный отсек и коридор обслуживания, разделенные пе регородкой с сетчатой дверью.
^Напряжение 6 или 10 кВ подводится к комплектному уст ройству через разъединитель, установленный вне комплектного
238
устройства на ближайшей опоре воздушной линии электропе редачи. От разъединителя напряжение подается воздушным вводом на разрядники, предназначенные для защиты КУПНА от атмосферных перенапряжений, и в ячейку КРУ с масляным выключателем и трансформаторами тока. Последние служат для питания реле максимальной токовой защиты, токовых обмоток счетчиков технического учета активной и реактивной энергии, а также для включения амперметра, контролирующего силу тока нагрузки всей установки. После выключателя и высоко-
к силовому трансформатору 6(10)/£/раб, установленному вне комплектного устройства. С выводов низшего напряжения си лового трансформатора основная цепь питания проходит кабе лем вновь в ячейку КРУ на вторую пару трансформаторов тока, а затем кабелем на погружной электродвигатель. Вторая пара трансформаторов тока служит для питания реле защиты и амперметра, контролирующего нагрузку погружного электро двигателя.
От одной из фаз низшего напряжения силового трансфор матора через предохранитель, дроссель, пробивной предохра нитель, разрядник, конденсатор и резистор подается сигнал на прибор контроля изоляции системы «погружной двигатель — кабель». Все перечисленные элементы, за исключением рези стора, размещены в установке дросселя 2 (см. рис. 95).
С неподвижных контактов высоковольтных разъемов, рас положенных до масляного выключателя, напряжение 6(10) кВ через разъединитель и предохранители подается на трансфор-
239
маторы напряжения, предназначенные для питания обмоток напряжения счетчиков активной и реактивной энергии и вольт
метра, |
контролирующего |
линейное |
напряжение сети, и на |
||
трансформатор собственных |
нужд 25 |
кВ «А, |
6 (10)/0,4 |
кВ. |
|
От |
трансформатора собственных |
нужд |
получает |
питание |
комплектное устройство питания привода масляного выключа теля и шкаф управления типа ШГС 9007. В шкафу ШГС 9007 размещается вся релейно-контактная аппаратура, выполняю щая логические функции по управлению погружным двигате лем и его защите. Выходные элементы шкафа ШГС 9007 вклю чены в цепи катушек электромагнита отключения масляного выключателя и контактора, управляющего электромагнитом включения масляного выключателя.
Комплектное устройство КУПНА 700 обеспечивает ручное и автоматическое включение и отключение электронасосной ус тановки, а также управление ею с диспетчерского пункта или по программе; автоматическое повторное включение электронасосной установки после восстановления напряжения сети, если срабатывание защиты вызвано отклонением напряжения питания за пределы рабочей зоны (0,85—1,1) С/цОМ; самозапуск электронасосной установки с регулируемой выдержкой времени от 0,5 до 10 мин при восстановлении напряжения после его исчезновения; быстродействующую защиту, отключающую ус тановку при перегрузке электродвигателя током более чем на (40—70) % /ном, с выдержкой времени 1,5—2 с; отключение установки с выдержкой времени 18—28 с при перегрузке элек тродвигателя током более чем на 20 % /нОМ; отключение уста новки с выдержкой времени 18—28 с при срыве подачи жидко сти насосом и снижении нагрузки по току электродвигателя более чем на 15 % от установившегося рабочего значения; не возможность повторного включения установки при срабатыва нии любого вида защиты, кроме случая срабатывания защиты, вызванного отклонением напряжения за пределы рабочей зоны; грозозащиту установки.
В схеме предусмотрены световая сигнализация, указываю щая на включенное состояние электродвигателя и состояние готовности к включению электродвигателя; наружная световая сигнализация контроля работы установки; непрерывный конт роль сопротивления изоляции системы кабель — погружной двигатель с отключением установки при снижении сопротивле ния изоляции ниже заданного уровня; контроль напряжения сети, силы тока погружного двигателя и всей установки, техни ческий учет активной и реактивной энергии, потребляемой установкой. В шкафу управления ШГС 9007 имеются трехфаз ный штепсельный разъем на 30 А для подключения передвиж ных токоприемников на напряжение 380 В и штепсельная ро зетка 220 В для подключения геофизических приборов.
В схеме управления погружным двигателем |
заложены те |
же решения, что и в схеме управления ШГС 5804 |
(см. рис. 77). |
240
34. Э Л Е К Т Р О С Н А Б Ж Е Н И Е П РО М Ы С Л О В Ы Х
НАСОСН Ы Х СТА Н Ц И Й
Основная особенность объектов электроснабжения нефте промыслов Западной Сибири — высокая концентрация электри ческих нагрузок в узлах распределительной сети 6 кВ при вы сокой насыщенности их синхронными двигателями. Мощность узлов нагрузки составляет десятки МВ-А, а удельная мощ ность электроприемников до 4 МВ • А с большим числом эф фективных электроприемников; при этом суммарная установ ленная мощность электроприемников кустовых (КНС) и до жимных (ДНС) насосных станций, как правило, совмещенных на одной технологической площадке (КСП), составляет соответ ственно 60 и 20 % общей установленной мощности и в решаю щей степени формирует графики электропотребления и потока активной реактивной мощностей нефтепромысла в целом.
Анализом множества графиков электрических нагрузок (рис. 96) определены коэффициенты использования, максимума и спроса, которые необходимы для определения мощности трансформаторов, площади сечения приводов питающих линий и других параметров (табл. 25). Значения коэффициентов мак-
|
|
|
|
|
|
Таблица 25 |
|
|
Основные |
показатели электрических нагрузок |
|
||||
|
|
|
|
|
Годовое |
|
|
|
|
Коэффи |
|
|
число |
|
|
Группы |
Коэффи |
Коэффи |
часов |
Коэффициент |
|||
циент |
|||||||
электроприемников |
включе |
циент |
циент |
исполь |
мощности |
||
|
|
ния |
формы |
загрузки |
зования |
|
|
|
|
макси |
|
||||
|
|
|
|
|
мума |
|
|
Кустовые насосные стан |
|
|
|
|
0,97 |
||
ции |
|
0,72 |
1,05 |
0,74 |
6000 |
||
|
|
|
|
|
|
(опережаю |
|
Дож им ны е насосные |
|
|
|
|
щий) |
||
|
|
|
|
0,80 |
|||
станции |
|
0,76 |
1,05 |
0,76 |
6000 |
||
Комплексные |
сборные |
|
|
|
|
(отстающий) |
|
|
|
0,76 |
5500 |
0,80 |
|||
пункты |
|
0,76 |
1,05 |
||||
Ц ентральны е |
товарные |
|
|
|
|
(отстающий) |
|
|
1,08 |
0,73 |
5500 |
0,75 |
|||
парки |
|
0,72 |
|||||
|
|
|
|
|
|
(отстающий) |
симума и спроса в зависимости от эффективного числа элек троприемников и коэффициента загрузки определяются извест ными методами
При пуске двигателей мощностью 1250—4000 кВт, установ ленных на КНС, напряжение на шинах 6 кВ питающей под станции кратковременно снижается. Пуск этих двигателей
241
обы чно |
обеспечивается |
при |
сниж ении |
напряж ения |
даж е |
до |
||||||||||
55 % |
от |
ном инального, |
поскольку н агрузкой |
|
двигателя |
явля |
||||||||||
ется |
центробеж ны й |
насос. Кратковрем енное |
сниж ение |
напря |
||||||||||||
ж ения на заж им ах остальны х работаю щ их двигателей |
не |
вы - |
||||||||||||||
зы вет |
вы падания их |
из |
синхронизм а, |
чем у |
способствует |
эф |
||||||||||
ф ективная ф орсировка возбуж дения. Д л я |
норм альной |
работы |
||||||||||||||
всех |
остальны х |
потребителей, |
присоединенны х |
к |
той |
|
ж е |
|
под |
|||||||
станции, |
необходим о |
обеспечить напряж ение |
не |
ниж е |
|
75 % от |
||||||||||
ном инального. О статочное напряж ение |
на |
ш инах |
6 |
кВ |
зависит |
|||||||||||
от м ощ ности энергосистем ы , длины линий |
110 или |
35 кВ , мощ |
||||||||||||||
ности |
трансф орм аторов |
110/6 кВ или 35/6 кВ |
и |
их |
за грузки . |
|||||||||||
Е сли |
ж е при |
пуске |
двигателей остаточное |
напряж ение |
ниж е |
Л е с |
Суточные графш ш электрических натрудил. |
|
и КСП -3 (3). |
|
а — ш а ш й нмрузкш; б — реактивное нагрузки |
75 % от номинального, то необходимо применять реакторы для обешеченжя требуемого значения остаточного напряжения, как это показано на рис. 93.
При пуске двигателей мощностью 1250 кВт от трансформа торов 35|6 кВ мощностью 4—6,3 МВ-А получаются различные уровни остаточного напряжения в зависимости от конкретных условий, причем в ряде случаев применение реакторов не дает желаемого результата, поэтому, если при питании КНС от подстанции 35^5 кВ остаточное напряжение не соответствует нормам, п р и х о д и т с я ма площадке КНС устанавливать две под ставили 35//6 кВ. Одна из них служит только для питания дви гателей КНС и к ней не подключаются никакие другие потре бители. Вторая подстанция предназначается для питания к у стов экстлуатацшошшх скважин, электроснабжения ДНС п питания трансформаторов 6Д),4кВ КНС. Схема электроснабже ния, вшЕолиенмая по такому принципу, приведена на рис. 97 [14].
Объем автоматизации КНС позволяет почта полностью от казаться от обслуживающего персонала, который требуется только для первоначального пуска станции, в случае аварии и
М 2