Дипломная (вкр): Монтаж буровых установок, строительство скважин (бурение), ремонт скважин и транспортное обеспечение

4.3.4 В [2] приведены паспортные данные буровой лебёдки ЛБУ-1200Д-1, расчёт электропривода которой предусмотрен в проекте. Мощность на приводном валу лебёдки составляет 690 кВт, частоты вращения приводного вала для различных скоростей 5-ступенчатой коробки передач составляют, соответственно, 0,628(37,7); 1,413(84,8); 2,416(145); 3,716(223); 5,733(344) с-1 (об/мин). Исходя из выражения (7), определим моменты на приводном валу лебёдки в режиме подъёма, предполагая, что лебёдка работает с максимальной мощностью. Результаты вычислений приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Частота вращения приводного вала лебёдки и момент на валу в зависимости от номера скорости.

Для привода лебёдки исходя из номинальной мощности и требуемой частоты вращения приводного вала выберем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором марки ДА3044500406УХЛ3 мощностью 800 кВт, синхронной частотой вращения 500 об/мин, Мmax/Mном = 2,6 [6]. Для привода лебёдки будем использовать редуктор. Передаточное число редуктора выберем так, чтобы, с учётом регулирования частоты питающего напряжения с использованием частотного регулятора, максимальная частота вращения приводного вала лебёдки совпадала с частотой вращения вала на 5-й скорости. Поскольку большинство частотных регуляторов, используемых для высоковольтного электропривода, поддерживают регулирование частоты питающего напряжения в диапазоне до 150 Гц, а частота напряжения сети составляет 50 Гц, передаточное число редуктора может быть найдено из отношения:

,             (4.14)

где n5 - частота вращения приводного вала лебёдки на 5-й скорости;

.

Проверим выполнение условия (8) с учётом (9). При синхронной частоте вращения двигатель развивает номинальный момент:

;

Момент на приводном валу лебёдки при синхронной частоте вращения двигателя:

.

Найденное значение превосходит величину момента на приводном валу лебёдки при третьей скорости редуктора. Проверим выполнение условия (8) при минимальной частоте вращения. Учитывая характеристики преобразователя частоты, номинальный момент двигателя на частоте вращения 1 с-1 составит 1,5Мдв ном, максимальный момент на приводном валу лебёдки будет равен:

.

Поскольку условие выполняется, для привода лебёдки исходя из требования обеспечения надёжности [1] выбираем два электродвигателя серии ДА304 марки ДА3044500402УХЛ3 на напряжение 6 кВ [6] номинальной мощностью 800 кВт, частотой вращения 1500 об/мин, имеющих степень защиты IP44 и предназначенных для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью и запылённостью либо на открытом воздухе при температуре от +40 до -40 °С.

Для обеспечения возможности остановки электродвигателей привода лебёдки в заданном положении на валах двигателей следует установить датчики угла поворота вала.

5. Выбор частотных преобразователей

.1 Определение параметров преобразователей частоты

Выбор преобразователей частоты осуществляется исходя из номинального напряжения, номинальной мощности, необходимого диапазона регулирования выходной частоты а также по наличию возможностей автоматизации управления электроприводом.

В современных условиях для управления технологическим оборудованием находят применение промышленные сети. Один из перспективных стандартов интерфейсов промышленных сетей для управления электроустановками - RS-485 и протокол MODBUS.

RS-485 является симметричным последовательным интерфейсом, обеспечивающим двунаправленную полудуплексную передачу данных [3]. Связь обеспечивается по кабелям типа «витая пара» на дальность до 1200 м. Максимальное количество передатчиков сети RS-485 составляет 32, приёмников - 32, максимальная скорость передачи - 10 Мбит/с. Несмотря на то, что стандарт предусматривает наличие в сети до 32 пар передатчик/приёмник, что определяется суммарным сопротивлением приёмников, многие производители расширили возможности стандарта с поддержкой до 255 устройств на одной линии за счёт увеличения сопротивления приёмников. Стандарт RS-485 за счёт поддержки трёх состояний позволяет осуществлять связь двух устройств по одной витой паре. В случае наличия второй пары организуется дуплексная передача данных, при этом одно из устройств выполняет функции ведущего.

Протокол MODBUS реализует взаимодействие устройств в режиме главный/подчинённый. Главное устройство инициирует передачу (делает запрос), подчинённые устройства передают запрашиваемые данные или выполняют требуемые действия. Главное устройство может посылать запрос конкретному подчинённому устройству или выполнять широковещательный запрос. Подчинённое устройство посылает ответ на запросы, адресованные лично ему. Ответы на широковещательные запросы не возвращаются. Допустима последовательная передача в режимах ASCII или RTU. На данный момент протокол MODBUS получил широчайшее распространение в сфере энергетики и поддерживается большей частью цифрового промышленного оборудования.

В целях реализации эффективного управления электроприводом будем рассматривать только те преобразователи, которые имеют встроенную поддержку интерфейса RS485 и протокола MODBUS.

Мощность частотного преобразователя определяется из следующего соотношения:

,                (5.1)

где  - номинальный  двигателя;

 - КПД двигателя.

Преобразователи частоты для двигателей ДА3044500402УХЛ3 (буровые насосы, буровая лебёдка) должны иметь мощность, не менее:

.

Преобразователь частоты для двигателя ВАО710М-8 (ротор) должен иметь мощность, не менее:

Частотные преобразователи должны быть выполнены на номинальное напряжение 6 кВ.

5.2 Выбор типа преобразователей частоты

На рынке широко представлены преобразователи частоты для частотно-регулируемого асинхронного электропривода как зарубежного (Siemens, ABB, Schneider Electric и др.), так и отечественного (Компания «Веспер», Корпорация «Триол» и др.) производства. В таких условиях важными составляющими выбора типа оборудования, и, как следствие, его поставщика, кроме стоимости решения, являются обеспечение возможности сервисного обслуживания оборудования, открытость производителя и поставщика, готовность поставщика участвовать в проектировании системы и пуско-наладочных работах, гибкость получаемого решения и его соответствия принятым стандартам, а для рассматриваемого случая - возможность работы частотных преобразователей в суровых климатических условиях.

Для осуществления частотно-регулируемого электропривода основных механизмов буровой установки будем применять преобразователи частоты EI-7009 мощностью 1000 кВт, удовлетворяющие условию (15), в контейнерном варианте в исполнении УХЛ3. Использование однотипных преобразователей позволит уменьшить количество необходимых элементов замены и запасных частей, упростить обслуживание систем привода.

6. Выбор дизель - генераторов для дизельной электростанции

.1 Критерии выбора дизель-генераторов

Для обеспечения электроэнергией буровой установки и рабочего посёлка используется дизельная электростанция, имеющая в своём составе 3 дизель-генератора. Два дизель-генератора обеспечивают питание всех электроприёмников, третий используется в качестве резервного.

Суммарная мощность двух дизель-генераторов должна покрывать общую потребность буровой установки и рабочего посёлка в электрической энергии:

,

где SГ - мощность одного генератора, кВА;

SПОТР - расчётная мощность потребителя, кВА.

Генераторы должны быть выполнены на номинальное напряжение 6 кВ. По конструктивному исполнению блоков дизель-генератор предпочтителен вариант размещения установки в стандартном контейнере, что позволяет обеспечить удобство транспортировки. Генераторы должны обладать автоматическими регуляторами тока возбуждения. Предпочтительная конструкция возбудителя - бесщёточная, что позволяет повысить надёжность и снизить затраты на текущее обслуживание. Аппаратура блока дизель-генератор должна иметь возможность удалённого управления с использованием цифровых каналов связи. Система охлаждения двигателя и выхлопная система должны позволять использовать энергию охлаждающей жидкости и выхлопных газов двигателя для обогрева рабочего посёлка и буровой установки.

6.2 Выбор типа и мощности дизель-генераторов

Для определения необходимой мощности дизель-генераторов следует определить расчётную мощность нагрузки. Нагрузка представлена:

·        тремя мощными электродвигателями (P=800 кВт), приводящими во вращение 2 буровых насоса и ротор (ротор и буровая лебёдка совместно не включаются), режим работы двигателей продолжительный (S1);

·        вспомогательными механизмами буровой установки, расчётная мощность P = 300 кВт, cos(f)=0,8;

·        потребителями рабочего посёлка, расчётная мощность 200 кВт, cos(f)=0,95.

Определим расчётную мощность двигателей главных приводов с учётом их подключения через частотные преобразователи. В состав частотного преобразователя входят последовательно подключенные мостовой трёхфазный выпрямитель и инвенртор. Для мостового трёхфазного выпрямителя cos(f)=1, поскольку его включение не приводит к сдвигу фаз основной гармоники тока по отношению к питающему напряжению. В то же время, для двигателя, включенного за преобразователем частоты, cos(f)<1, следовательно, полный ток преобразователя частоты необходимо определять с учётом реактивной составляющей мощности двигателя. Соответственно, cos(f) блока двигатель-частотный преобразователь равет 1, а расчётная мощность определяется из выражения

,                (6.1)

где  - КПД частотного преобразователя, для выбранного типа частотных преобразователей равен 0,95;

Расчётная мощность привода бурового насоса:

Расчётная мощность привода ротора:

Суммарная расчётная мощность всех одновременно включаемых электроприёмников:

,

где  - расчётная мощность рабочего посёлка, кВА;

 - расчётная мощность вспомогательных механизмов буровой установки, кВА;

Мощность генератора в продолжительном режиме работы должна составлять не менее 1781 кВА (1776 кВт). На рынке представлены, в основном, дизель генераторы зарубежного производства таких прозводителей, как SDMO, Cummins Power Generation, FGWilson и др. Для электроснабжения буровой установки и рабочего посёлка выбираем три генератора производства Cummins Power Generation типа DQLB мощностью 2400 кВТ (3000 кВА) (рисунок 1) в контейнерном исполнении с номинальным напряжением 6,3 кВ.

Рисунок 1. Дизель-генератор Cummins Power Generation DQLB мощностью 2400 кВТ (3000 кВА)

7. Выбор схемы электроснабжения буровой установки и рабочего посёлка

.1 Выбор схемы электроснабжения

Для электроснабжения буровой установки и рабочего посёлка выберем схему с двумя секциями шин главного распределительного пункта (ГРП), позволяющую за счёт резервирования основных элементов системы электроснабжения обеспечить высокую надёжность системы в целом. ГРП имеет две секции шин: СШ-1 и СШ-2. Мощные электроприёмники - системы привода основных механизмов буровой установки - подключены к шинам ГРП через вакуумные выключатели. Электроприёмники на напряжение 0,4 кВ подключены через два трансформатора Т-1 и Т-2 напряжением 6,3/0,4 кВ для обеспечения резервирования трансформаторов. К СШ-1 подключены:

·        привод первого бурового насоса М-2;

·        основной привод буровой лебёдки М-4;

·        трансформатор Т-1

К СШ-2 подключены:

·        привод ротора М-1;

·        привод второго бурового насоса М-3;

·        резервный привод буровой лебёдки М-5;

·        трансформатор Т-2.

Таким способом обеспечивается резервирование наиболее критичных электроприёмников, а в основном режиме работы нагрузки на СШ-1 и СШ-2 будут иметь близкие значения.

7.2 Выбор трансформаторов

Для установки будем выбирать сухие трансформаторы, т.к. они обладают рядом значимых преимуществ, связанных с отсутствием бака с охлаждающей жидкостью: простотой установки и перевозки, меньшей взрыво- и пожароопасностью. Выбор мощности трансформаторов для системы электроснабжения буровой установки осуществляется согласно методике, изложенной в [8]. Так, при проектировании двухтрансформаторной ТП номинальную мощность трансформатора принимают равной 0,7 максимальной мощности нагрузки. Соответственно, номинальная мощность трансформатора будет равна:

Выбираем два трансформатора типа ТСЗ-400/10 номинальным напряжением 6,3/0,4

8. Выбор марки и сечения кабелей

.1 Методика определения марки и сечения кабелей

Распределительную сеть 6 кВ выполним кабелями марки АСБ, проложенными открыто. Ток в линиях находим по формуле:

,                  (8.1)

где

Sр - расчётная нагрузка на кабель, кВА;

Uн - номинальное фазное напряжение, кВ.

Допустимый ток кабельной линии принимаем из соотношения:

,       (8.2)

где I’Д - допустимое по условиям нагрева значение длительно допустимого тока при заданных расчётных условиях, А;

kП - поправочный коэффициент, вводимый для случаев, когда фактические условия отличаются от расчётных.

Расчётная предельная температура, для которой определены значения I’Д, составляет 25°С, что соответствует применяемым условиям прокладки кабеля, kП=1. Определим марку, сечение и сопротвление кабельной линии, которой подключен привод ротора:

По условиям нагрева выбираем кабель марки АСБ с сечением жил 50 мм2. Удельное сопротивление кабеля r0 = 0,67 Ом/км; X0 = 0,06 Ом/км. Длина кабеля составляет 40 м. Отсюда сопротивление кабеля составляет: