Частотно-регулируемый привод

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра Электротехники и электрооборудования предприятий.

 

 

РЕФЕРАТ

 

Тема: «Частотно-регулируемый привод».

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студ. гр. БАЭ-10-01                                                Мавлютов А.Ф.

Проверил старший преподаватель кафедры ЭЭП :                Макулов И. А.

 

 

 

 

 

 

Уфа 2013

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………........3

1. Общие сведения о  буровых установках и их электроприводе…………..6

2.  Основные сведения о способах регулирования скорости электроприводов.

3. Электропривод буровых насосов……………………………………………9

    3.1. Режимы работы буровых насосов……………………………………….9

3.2Энергетические показатели  регулируемого электропривода буровых  насосов……………………………………………………………………......11

4.Регулируемый электропривод буровой лебедки………………………..…14                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     4.1Режимы работы буровой лебедки при нерегулируемом и регулируемом электроприводах…………………………………………………………..…14

4.2 Функциональная схема частотно-регулируемого электропривода буровой лебедки……………………………………………………………..…18

Заключение…………………………………………………………………...19

Список использованной литературы…………………………………….....20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Определяющим направлением развития нефтяной и газовой промышленности в последние годы является переход к плавному и (оптимальному) регулированию технологических режимов на основе внедрения энергосберегающих технологий. Одним из важнейших факторов, определяющим переход к оптимальному управлению технологическими режимами, является активное внедрение регулируемою электропривода.

В период становления отечественной нефтяной и газовой промышленности все основные технологические механизмы установок бурения, добычи и транспорта нефти и газа оснащались простейшими системами нерегулируемого электропривода или дизельного привода. На буровых установках (БУ) широкое применение получили асинхронные двигатели с фазным ротором (серии АКБ).

Развитие электропривода тесно связано с развитием систем электроснабжения и силовой электроники. Первоначально нефтепромысловые объекты получали питание от районных электростанций, не связанных и энергосистему, по линиям электропередачи напряжением 20 - 35 кВ. Во вновь осваиваемых районах источниками электроэнергии были в основном дизельные электростанции и энергопоезда. Для подачи электроэнергии к БУ использовалось напряжение 2. 5 и 6 кВ. Наличие нескольких ступеней трансформации и линий среднего и низкого напряжений относительно большой длины приводило к большим потерям электроэнергии в электрических сетях. Наличие сетей напряжением 380 В резко снижало надежность электроснабжения установок добычи нефти. При таких условиях невозможно было использовать мощные электроприводы.

Вместе с ростом напряжений и мощностей электрических сетей росли мощности применяемых электродвигателей. С развитием электрических сетей, с ростом глубин и скоростей бурения суммарная мощность приводных электродвигателей возросла от 150 кВт в первые годы освоения нефтегазовых месторождений до 2000-2500 кВт в конце 1970-х годов. В буровых установках 1970-1980-х годов мощности электродвигателей в приводе лебедки и бурового насоса возросли до 450-630 кВт при напряжении питания 6 кВ в комплекте с электромагнитными муфтами. По мере роста глубин и скоростей бурения, а также вследствие широкого внедрения турбинного способа бурении мощность асинхронных и синхронных электродвигателей увеличилась до 850 кВт. Переход к синхронному приводу буровых насосов позволил существенно улучшить энергетические показатели нефтепромыслов вследствие повышения коэффициента мощности.

На основе электрического привода были автоматизированы такие процессы, как подача долота на забой, расстановка свечей при спускоподъемных операциях, очистка и приготовление бурового раствора. Установленная мощность электрических машин на современной буровой установке достигает 4000 кВт, т.е. в 8-10 раз превосходит установленную мощность электрических машин буровых установок довоенного выпуска.

При работе в районах, не имеющих централизованного электроснабжения, особенно при бурении с барж и плавучих оснований, широкое распространение получили электромашинные передачи с дизель-генераторами переменного тока. Такие дизель-генераторы работали на общие шины, от которых получали питание как асинхронные двигатели вспомогательных механизмов, так и тиристорные преобразователи, предназначенные для питания двигателей постоянного тока привода буровой лебедки, роторного стола и насосов. Такая система привода позволила добиться высокой степени унификации электрооборудования буровых установок, поскольку в электрифицированных районах дизель-генераторы могут быть заменены трансформаторами, а остальное электрооборудование остается неизменным.

В настоящее время успехи, достигнутые в области силовой полупроводниковой техники, позволяют приступить к массовому внедрению регулируемых электроприводов для технологических установок и механизмов НГП. Целесообразность применения регулируемого привода установок бурения, добычи и транспорта нефти и газа была установлена еще в первые годы освоения нефтегазовых месторождений . Основное внимание разработчиков регулируемого электропривода в те годы было обращено на регулирование режимов главных механизмов БУ. Экономический эффект систем регулируемого электропривода в бурении определяют следующие основные факторы, связанные с его применением: повышение производительности и надежности исполнительных механизмов; экономия электроэнергии и сокращение эксплуатационных расходов; улучшение условий труда, эффективности и безопасности работы буровиков. Однако в те годы внедрение регулируемого привода было весьма непростой задачей. Поэтому сначала появились БУ с частично-регулируемым приводом. На БУ с частично-регулируемым приводом, использовался электропривод переменного тока по системе «асинхронный вентильный каскад», введение дополнительных сопротивлений в цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором, а также электромагнитные муфты скольжения.                                                 Первые буровые установки с полностью регулируемым электроприводом главных механизмов были выполнены на основе электромашинного привода постоянного тока по системе «генератор - двигатель». Предназначены они были для глубокого и сверхглубокого бурения (БУ-300, БУ-15000 и др.). На установках БУ-300 в 1960-х годах, БУ-15000 в 1980-х г. были получены рекордно высокие показатели. Так при бурении сверх глубокой исследовательской скважины буровой установкой БУ-15000 «Кольская» в 1981 г. был достигнут и превышен мировой рекорд: была достигнута глубина 12262 м.

Нефтяная и газовая отрасли промышленности, являясь основными производителями и поставщиками энергоресурсов, в то же время относятся к  крупным потребителям электроэнергии. Поэтому снижение энергозатрат набурение, было и остается важнейшей задачей. Значительная экономия электроэнергии может быть достигнута при оснащении технологических установок отрасли регулируемым электроприводом. Его применение, по данным , обеспечивает сокращение потребления электроэнергии в отрасли на 25-35 %. Регулируемый электропривод практически не имеет альтернативы для регулирования и оптимизации технологических режимов бурения. В данном реферате будем рассматривать основы регулируемого электропривода только основных механизмов буровых установок, нефти. При подготовке данного реферата использованы расчеты, выполненные аспирантами кафедры ЭЭП УГНТУ Кабаргиной О.В. и Никулиным О.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общие сведения о буровых установках и их электроприводе.

 Буровая установка (БУ) представляет собой комплекс функционально взаимосвязанных машин, механизмов и конструктивных элементов для строительства буровой скважины. Основным этапом строительства скважины является ее проводка.                                                                             Все операции по проходке скважины, а также по ликвидации осложнений и аварий выполняют главные или основные буровые механизмы, к которым относятся ротор (при роторном бурении), буровая лебедка и буровыенасосы.                                                                                             Для выполнения технологического процесса собственно бурения, как процесса разрушения породы на забое, необходимо обеспечить вращение долота при определенной осевой нагрузке. При роторном бурении вращающий момент на долото передается через колонну бурильных труб. При этом привод ротора осуществляет вращение всей колонны бурильных труб и жестко связанного с колонной долота. Частота вращения должна изменяться в зависимости от условий бурения. Чтобы обеспечить требуемую частоту вращения при любых условиях бурения можно только с помощью регулируемого электропривода. При турбинном бурении забойный гидравлический двигатель (турбобур) приводится во вращение буровым раствором, а при электробурении долото приводится во вращение погружным электродвигателем (электробур).                                                                                       Прокачивание бурового раствора  осуществляется буровыми насосами. Скорость вращения регулируемого электропривода буровых насосов должна изменяться по закону постоянства момента.                                     Для регулирования осевого давления долота на забой и скорости опускания колонны в процессе разбуривания породы применяются специальные устройства - регуляторы подачи долота (РПД). Для быстрой и более точной отработки требуемых режимов используются электроприводы, способные изменять не только величину, но и знак скорости колонны (РПД активного типа). Для привода РПД широко используются регулируемые электроприводы.                             Периодически из скважины посредством буровой, лебёдки (БЛ) производится подъём колонны бурильных труб с целью замены износившегося долота, а также забойного двигателя (при его наличии) и других элементов забойной компоновки! Для рационального использования мощности привода лебёдки и возможного сокращения времени спуско-подъемных операций (СПО) привод должен действовать таким образом, чтобы скорость возрастала с уменьшением веса приблизительно по закону постоянства мощности для экономии энергии.

 

 

 

 2. Основные сведения о способах регулирования скорости электроприводов.

Электроприводом называют электромеханическую систему, предназначенную для приведения во вращение производственного механизма в соответствии с требованиями технологического процесса. Современный регулируемый электропривод включает в себя силовой электронный (полупроводниковый) преобразователь СЭП, электродвигатель ЭД, передаточный механизм ПМ и управляющее устройство УУ (рисунок 1).

 

Рисунок 1-Структурная схема регулируемого электропривода.

Силовой электронный преобразователь предназначен для преобразования электрической энергии питающей электрической сети в электрическую энергию с другими параметрами. Под силовыми электронными преобразователями понимают управляемые или неуправляемые выпрямители, инверторы, частотные преобразователи и т. д. Электродвигатель или электромеханический преобразователь - это основной элемент электропривода. Он предназначен для преобразования электрической энергии в механическую. Передаточное устройство предназначено для согласования скорости вращения электродвигателя и исполнительного органа рабочей машины РМ. В качестве передаточного устройства используются муфты, редукторы, шкивы, талевая система и т. п. Силовой электронный преобразователь, электродвигатель и передаточный механизм образуют силовой канал регулируемого электропривода.

Управляющее устройство УУ на основании информации о параметрах технологического процесса ТП, рабочей машины, электродвигателя и силового электронного преобразователя вырабатывает управляющие сигналы, обеспечивающие управление электроприводом в соответствии с заданными требованиями и законами. Управляющее устройство электропривода включает в себя датчики (котроллеры) параметров ротора, рабочего механизма и технологического процесса и контроллер управления, или электрический контроллер, посредством которого регулируются параметры электрической энергии на выходе электронного преобразователя. Управляющее устройство вместе с датчиками электрических, механических и технологических параметров и каналами передачи информации образуют информационную часть регулируемого электропривода.

Электроприводы могут работать не только в двигательном, но и в тормозном режиме (например, спуск колонны буровых труб при спускоподъемных операциях в бурении или движение вниз колонны насосно- компрессорных труб установок добычи нефти станками-качалками и т.п.). В этом случае энергия торможения - потенциальная энергия спускаемого груза- поступает в электромеханический преобразователь, который работает в режиме генератора. Эта энергия может отдаваться в питающую сеть, если силовой электронный преобразователь допускает рекуперацию энергии. Если рекуперация энергии не допускается, ее избыток энергии рассеивается в балластных резисторах полупроводникового преобразователя.