Источники электроэнергии и особенности её распределения на предприятиях нефтяной и газовой промышленности
Введение.
Рассматривается электрооборудование, применяемое при добыче и транспорте нефти и газа, а также при строительстве магистральных нефте- и газопроводов. Здесь имеется в виду силовое электрооборудование, непосредственно связанное с приведением в действие технологических установок % (электропривод, электронагрев, электрическая деэмульсация. нефти и др.), и электрооборудование, устанавливаемое в устройствах электроснабжения этих установок (устройства электроснабжения представляют собой систему, предназначенную для производства, передачи и распределения электрической энергии). Даются также основные сведения об устройстве электрического освещения технологических установок нефтяных и газовых промыслов.
Рассматриваемое электрооборудование, как правило, работает на переменном токе стандартной частоты 50 Гц при стандартных напряжениях. Согласно ГОСТ 721—77 для приемников электрической энергии установлены стандартные напряжения трехфазного переменного тока: 36, 220, 380, 660 В и 3, 6, 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ. Для однофазного тока предусмотрены также стандартные напряжения 12, 24 и 127 В. Напряжения у источников питания, в частности у генераторов и вторичных обмоток трансформаторов, устанавливаются на 5% выше, чем у приемников, например 230, 400, 690 В, 6, 3, 10,5 кВ и т. д.
Рассматриваемое здесь
силовое электрооборудование
В тех случаях, когда необходим постоянный ток, его получают путем выпрямления переменного тока и в редких случаях — от генераторов постоянного тока местных электростанций.
Электрооборудование, применяемое в рассматриваемых установках, достаточно подробно описано в соответствующих главах книги.
Добыча нефти в нашей стране возрастает из года в год. Она составляла (с газовым конденсатом), в млн. т: в 1970г.— 353, в 1975 г.— 491, а в 1979 г.— 564. Потребление электроэнергии на промыслах только за этот период (1970—1975) возросло с 16,2 до 28 млрд. кВт-ч.
Если в 1975 г. электровооруженность составляла 150 000 кВт-ч на одного работающего из производственного персонала, то в 1980 г. она достигнет 210 000 кВтч • ч, а потребление электроэнергии вырастет до 47,5 млрд. кВт-ч.
Добыча газа с 1958 до 1968 г. возросла с 29,9 до 172 млрд. м3, в 1975 г. она составляла 28,9 млрд. м3, а в 1977 г. 346 млрд. м3. В 1980 г. она должна составить 400 - 435 млрд. м3.
Электрооборудование механизмов для бурения, добычи, транспорта нефти и газа постоянно совершенствуется. Разрабатывается и внедряется регулируемый электропривод, работающий с помощью преобразователей тока, построенных на базе полупроводниковой техники, внедряются более совершенные электродвигатели, комплектные трансформаторные подстанции др.
Растет производительность перекачивающих насосных станций магистральных нефтепроводов, где для насосов применяются двигатели мощностью до 8 000 кВт.
Увеличиваются мощности компрессорных станций газопроводов, где начинают применяться электродвигатели мощностью до 12 500 кВт и газовые турбины мощностью до 25 000 кВт, требующие также сложного вспомогательного электрооборудования.
Совершенствуется электропривод механизмов для прокладки трубопроводов.
Источники электроэнергии и особенности её распределения на предприятиях нефтяной и газовой промышленности.
Источники энергии, требования к системам электроснабжения и электрооборудования.
Питание потребителей нефтяной и газовой промышленности электрической энергией осуществляется от сетей энергосистем или от собственных местных электрических станций.
Установки с
большой установленной
Энергетической системой называется совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии.
Часть энергосистемы, содержащая только электрические устройства— генераторы, распределительные устройства, трансформаторные подстанции, линии электрической сети и присоединенные к энергосистеме приемники электроэнергии,— называется электрической системой.
В состав электрических сетей, предназначенных для передачи электроэнергии от места ее производства до мест потребления, входят кабельные и воздушные линии различных напряжений, трансформаторные и распределительные подстанции.
Районные сети, предназначенные для питания электроэнергией больших районов, связывают электростанции электросистемы (ЭС) между собой и с центрами нагрузок и имеют напряжение 110 кВ и выше.
Местные сети предназначены для питания небольших районов с радиусом действия до 15—20 км (например, промысловые) и напряжением до 35 кВ включительно.
Линии передачи напряжением 220—750 кВ переменного и 800 кВ постоянного тока, связывающие между собой электрические системы, принято называть межсистемными связями.
Потребители электроэнергии нефтяной и газовой промышленности подключаются на питание к районным или местным сетям электросистемы.
Линии местных сетей
присоединяются к распределительным
устройствам генераторного
Линия передачи, по которой электроэнергия передается от ЦП к РП или подстанции без распределения этой энергии по ее длине, называется питающей, а линия передачи, на которой имеется несколько мест отбора энергии по длине (несколько ТП или вводов к потребителям),— распределительной.
Сети напряжением до 1000 В, прокладываемые непосредственно на территории (и в зданиях) потребителей, подразделяют на питающие, отходящие от источника питания (подстанции) к групповому распределительному пункту, и распределительные, непосредственно питающие электроприемники. Электростанции энергосистем подразделяются на тепловые и гидроэлектрические. Тепловые электростанции вырабатывают электроэнергию за счет тепла, получаемого при сжигании топлива или при ядерных реакциях (атомные). Гидростанции вырабатывают электроэнергию, используя энергию водных потоков на реках. Существуют станции, работающие на энергии морских приливов (приливные). Основными тепловыми станциями энергосистем являются паротурбинные, которые разделяются на конденсационные и теплофикационные станции (ТЭЦ).
Конденсационные электростанции, работающие за счет сжигания топлива, используют каменный уголь, торф, нефть, природный газ. Получаемый в результате сжигания топлива пар проходит через все ступени турбины и поступает в конденсатор, где охлаждается проточной циркуляционной водой. Образованная в результате конденсации пара вода перекачивается в питательный бак, откуда после подогрева поступает в котел. Около26—30% энергии, выделяющейся при сжигании топлива, превращается в электрическую.
В теплофикационных станциях от промежуточных ступеней турбины отводится часть пара для снабжения близлежащих предприятий и жилых массивов теплом. Часть отводимого пара используется непосредственно на производстве, другая часть — для подогрева воды, идущей в теплофикационную сеть. Вследствие уменьшения потерь на конденсацию получаемая от станции энергия, идущая на теплофикацию и в электрическую сеть, здесь составляет около 60—70% от энергии сжигаемого топлива. Мощность тепловых паротурбинных станций доходит до 3 млн. кВт и более.
Современные атомные станции работают на основе использования тепла, выделяемого в атомном реакторе в результате деления ядер урана под действием нейтронной бомбардировки, для получения пара, приводящего в действие паровые турбины, вращающие электрические генераторы. В нашей стране работают атомные станции мощностью 2 млн. кВт, строятся и более мощные.
Гидростанции на реках, использующие энергию массы воды, падающей с высоты, разделяются на деривационные и плотинные. В первых при относительно небольшом расходе воды за счет большой высоты падения может быть получена достаточно большая мощность (десятки тысяч киловатт). Деривационные станции имеются на горных реках (Кавказ, Алтай, Средняя Азия), Вода в них после плотины отводится к турбинам через водоводы в виде туннелей или трубопроводов. Более важную роль в энергетическом балансе страны играют плотинные гидростанции, мощность которых достигает 6,5 млн. кВт (Саяно-Шушенская ГЭС). В плотинных ГЭС используется напор воды, создаваемый между нижним и верхним бьефами при помощи плотим. Большая мощность здесь получается за счет большого расхода воды при ее напоре, намного меньшем, чем в деривационных станциях.
Местные стационарные электростанции, обслуживающие предприятия, расположенные в районах, где отсутствуют сети энергосистем, или передвижные электростанции, питающие энергией строительные объекты, имеют сравнительно небольшую мощность (десятки, сотни или тысячи киловатт). В качестве первичных двигателей здесь применяются дизели, газовые турбины, газовые поршневые двигатели, бензиновые автомобильные двигатели. Очень редко применяются собственные ТЭЦ.
Часто при освоении новых нефтяных и газовых месторождении, расположенных далеко от сетей энергосистем, при разведочных работах и в начальный период эксплуатации для временного электроснабжения применяются местные дизельные и газотурбинные электростанции мощностью несколько тысяч киловатт, энергопоезда с тепловыми электростанциями, которые после постройки сетей энергосистемы перевозят в другое место.
Структурное построение систем электроснабжения.
На рис. 1 представлен вариант схемы электроснабжения потребителей нефтяных и газовых промыслов (питание от энергосистемы). От районной электрической сети энергосистемы при помощи линий ПО—220 кВ получает питание ЦП. От последнего электроэнергия при напряжении 35 кВ подается на промысловые подстанции 35/6 кВ.
Рис. 1. Вариант схемы электроснабжения объектов нефтяных промыслов: ЦП — центр питания; ГПП — главная понижающая подстанция; РП — распределительный пункт; ТП — трансформаторная подстанция; ВУ — буровая установка; 1— двигатели насосов внешней перекачки нефти; 2 — двигатели компрессоров; 3, 6 — двигатели индивидуального насоса закачки воды в пласт; 4 —двигатели насосов охлаждения компрессоров; 5 — двигатели станков-качалок и погружных электронасосов; 7 —внутренняя перекачка нефти; 8 — ротор и лебедка; 9 — буровые насосы;
10 — вспомогательные механизмы; 11 — ротор и лебедка
При напряжении 6 кВ энергия подается к буровым установкам, компрессорным станциям, насосным перекачки нефти, водяным насосным системы поддержания пластового давления, трансформаторным подстанциям 6/0,4 кВ, питающим электрооборудование скважин насосной эксплуатации.
Распределение электроэнергии на буровых установках.
На буровых установках напряжение питания основных двигателей (ротор, лебедка, буровые насосы) 6 кВ, а двигатели вспомогательных механизмов питаются при напряжении 0,38 кВ через понижающие трансформаторы 6/0,4 кВ. На некоторых буровых установках двигатели ротора и лебедки получают электроэнергию при напряжении 500 В от бурового трансформатора 6/0,525 кВ.
Двигатели станков-качалок и установки погружных центробежных электронасосов получают питание напряжением 380 В от устанавливаемых на скважинах понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ или (на промыслах, обустроенных 8—9 лет назад и ранее) от промысловых подстанций 6/0,4 кВ, от которых питаются и другие потребители с двигателями мощностью, не превышающей 150 кВт (насосы артезианских скважин, внутрипромысловая перекачка нефти и др.)- В последнее время внедряется система глубокого ввода, при которой более высокое напряжение подводится непосредственно к узлам потребителей. В частности, на буровые установки, а чаще на кустовые насосные станции закачки воды в пласт (см. рис. 1); при этом непосредственно заводятся линии электропередачи 35 кВ или ПО кВ.
Схемы электроснабжения нефтепромысловых объектов Западной Сибири отличаются своими особенностями. Технологические объекты по добыче нефти Самотлорского месторождения, покрытого озерами и болотами, располагаются на насыпных площадках. Здесь на небольшой площади концентрируются нагрузки, достигающие 50 000 кВт. Каждая площадка оборудуется подстанцией глубокого ввода 110/6 или 110/35/6 кВ.
Компрессорные станции магистральных газопроводов и перекачивающие насосные станции магистральных трубопроводов получают электроэнергию от внутрисистемных районных распределительных сетей энергосистем при напряжении 110— 220 кВ и снабжаются собственными мощными понижающими подстанциями ПО—220/6 кВ, содержащими также ступени вторичной трансформации.
Электрифицированные машины
для строительства трубопроводо
Категории потребителей.
По степени обеспечения надежности электроснабжения электроприемники согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) делятся на три категории — 1-ю, 2-ю, 3-ю,— начиная с наиболее ответственных. При этом понятие «электроприемник» относится к установке, агрегату и т. п., имеющему резервные элементы. Таким образом, отдельный двигатель, трансформатор и т. п. не могут быть приемниками 1-й и 2-й категорий, так как повреждение самого приемника приводит к остановке агрегата, машины и т. п. и обеспечение бесперебойности питания здесь не имеет смысла.
К 1-й категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб, связанный с повреждением оборудования, массовым браком продукции или длительным расстройством технологического процесса.
Ко 2-й категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоями работников, механизмов и промышленного транспорта.
К 3-й категории относятся
все остальные
Установки, отнесённые к 1 – й категории, должны иметь питания, обеспечиваемое двумя независимыми источниками с автоматическим резервированием. При этом независимым считается такой источник, который может обеспечить питание рассматриваемых потребителей при исчезновении напряжения на других источниках.
Питание нагрузок 1-й категории при любой аварии или ремонтных работах не должно прерываться вовсе или должно быть немедленно автоматически восстановлено, т. е. для этих нагрузок допускается перерыв в электроснабжении лишь на время, необходимое для автоматического включения резервного источника.
Для установок, отнесенных ко 2-й категории, допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания. Так как воздушные линии напряжением 6 кВ и выше имеют высокую надежность и могут быть быстро восстановлены при повреждениях, допускается питание потребителей 2-й категории одной воздушной линией. Питание по одной кабельной линии допускается, если она расщеплена на два кабеля. Возможно питание потребителей этой категории через один трансформатор, если имеется централизованный резерв трансформаторов.
Для нагрузок 3-й категории допустим перерыв в питании па время, необходимое для ремонта линии электропередачи или неисправного электрооборудования, но не превышающее 24 ч. Питание таких потребителей осуществляется от одного источника.
Чем ближе к источнику энергии находится рассматриваемая ступень электрической сети, тем больше ущерб при прекращении ее питания, так как по мере приближения ступени сети к источнику возрастает число питаемых ею потребителей. Поэтому уровень надежности системы электроснабжения повышают по мере перехода к более высоким ступеням системы.
Для нормальной работы токоприемников необходимо выполнять требования, предъявляемые к качеству электроэнергии.
Показателями качества
электрической энергии у
Типовые схемы распределения электроэнергии: радиальные, магистральные, смешанные.
Схемы электрических сетей напряжением до 1 000 В и местных сетей напряжением выше 1 000 В могут быть двух видов: магистральные и радиальные.
В местных сетях внутреннего электроснабжения напряжением выше 1000 В (обычно 6 и 10 кВ), выполненных по магистральной схеме, к одной питающей линии присоединяются вводы нескольких подстанций.
Исходя из требований быстрейшего восстановления питания потребителей при повреждении участков магистрали к одной магистрали присоединяют не более 3 - 5 подстанций.
Находят применение схемы с одиночными магистралями (рис. 2а), где одна линия последовательно обходит ряд подстанций, а резервирование обеспечивается магистралью, рассчитанной на нагрузку наиболее загруженной магистрали.
Более надежно электроснабжение при схеме сквозных магистралей с двухсторонним питанием (рис. 2б), когда магистраль с двух сторон присоединена к разным питающим источникам и в нормальных условиях разомкнута на одной из подстанций. При этом одна часть подстанций питается от первого источника, а другая — от второго с возможно одинаковым распределением нагрузок. При выходе из работы одного из источников все подстанции переводятся на питание от другого (замыкается перемычка, показанная на рисунке пунктиром).
Применяется также схема, аналогичная предыдущей, но с питанием обоих концов магистрали от одного источника с присоединением их к разным секциям или к системам шин этого источника (рис. 2в). Эта схема, называемая схемой кольцевой магистрали, несколько менее надежна, чем предыдущая. Работа с замкнутой перемычкой в обеих схемах редко практикуется из-за вызываемого этим усложнения релейной защиты.
Рис. 2 Магистральные схемы сетей напряжения выше 1000 В.
Конечные участки магистралей в этих двух схемах должны рассчитываться на бесперебойную работу потребителей при питании всех подстанций с одного конца магистрали.
Магистральные схемы
сетей могут быть также выполнены
как схемы двойных магистралей с питанием
от разных секций
или систем шин от одного источника или
от двух разных источников (рис. 2г).
Радиальные схемы питания в сетях напряжением выше г 1000 В характеризуются наличием отдельной линии, соединяющей каждого потребителя (подстанцию, РП, электродвигатель) С источником питания (ЦП, ГПП). На рис. 3, а показано питание по одной линии. Выход из строя этой линии приводит к прекращению электроснабжения потребителя до ее восстановления. Схема радиального питания с резервированием (рис. 3,б) часто применяется в кабельных сетях и позволяет за 20—30 мин восстановить питание потребителей при выходе из строя одного из спаренных кабелей. Схема с выключателями на питающих концах (рис. 3, в) позволяет быстро восстановить электроснабжение потребителей, присоединенных к секции шин, которая питается вышедшей из строя линией, так как для этого требуется замкнуть секционный выключатель. Нормально работают обе линии при разделенных секциях шин.
На рис. 3, г показана схема радиального питания по двум линиям с выключателями на обоих концах линий и между секциями шин.
Рис. 3. Радиальные схемы сетей напряжения выше 1000 В.
Питание потребителей, лишившихся
напряжения при выходе из строя одной
линии, обычно восстанавливается
Схема смешанного типа (рис. 3, д) сочетает в себе элементы магистральных и радиальных схем. Основное питание каждого из потребителей здесь осуществляется радиальными линиями, а резервное — одной сквозной магистралью.
Применение магистральных схем позволяет сократить число ячеек на ЦП или на ГПП, так как одна линия питает несколько потребителей. Это уменьшает количество аппаратуры и проводов. Сети требуют меньших затрат на сооружение по сравнению с радиальными. В связи с тенденцией внедрения глубокого ввода напряжений выше 1 000 В непосредственно в район расположения приемников энергии (к двигателям погружных насосов и т. п.) возрастает число подстанций. При этом сильнее сказываются преимущества магистральных схем.
Радиальные схемы проще в эксплуатации, чем магистральные; они дают возможность использовать несложные виды защиты и простейшие устройства автоматизации.
Питание одной линией только одной подстанции позволяет быстро обнаружить и ликвидировать повреждение линии.
На нефтяных и газовых
промыслах применяются как
Схему радиального питания (см. рис. 3, а) применяют для потребителей 3-й категории, которые могут быть отключены на время ремонта линии. При воздушной линии эта схема применима для потребителей 2-й категории, но при этом рекомендуется на питающем конце линии установить устройство автоматического повторного включения. На промыслах эта схема используется для буровых установок и других объектов, которые отнесены ко 2-й категории, и допустимы для объектов 1-й категории, если на них имеются автономные источники резервного питания (например, электростанция с двигателем внутреннего сгорания на буровой). Одиночные радиальные кабельные линии широко используются для подвода электроэнергии при напряжении 6 кВ к двигателям компрессорных станций промыслов и магистральных газопроводов, к двигателям водяных и нефтеперекачивающих насосов на промыслах и магистральных нефтепроводах.
Магистральные (см. рис. 2, а, б, в), радиальные (см. рис. 3, б, в) и смешанная (см. рис. 3, д) схемы используются па промыслах для питания потребителей 2-й категории.
Для ответственных потребителей
1-й категории на промыслах применяются схемы двойных магистралей (см.
рис. 2,г),
схемы с питанием от разных секций или
систем шин одного ЦП,
а также радиальные схемы (см. рис. 3, г).
Здесь в ряде случаев может быть использована
и радиальная схема (см.
рис. 3, б): при выходе из работы одной линии
часть потребите
лей, присоединенных к секции шин, питаемой
другой линией,
остается в работе.
Магистральные схемы сетей напряжением до 1 000 В применяются иногда для питания двигателей станков-качалок и погружных электронасосов на промыслах, для питания электродвигателей станков и другого силового электрооборудования ремонтных цехов и заводов, а также для электродвигателей вспомогательных устройств компрессорных и насосных станций.
Электродвигатели установок насосной эксплуатации скважин питаются одиночными магистралями при напряжении в сети 6 кВ без резервирования.
Внутренние (цеховые) питающие сети напряжением до 1 000 В, прокладываемые от подстанций к распределительным пипкам, чаще всего выполняются в виде одиночных магистралей, распределительные сети от щитков к потребителям — по магистральным и радиальным схемам. Радиальное питание применяется главным образом для сосредоточенных нагрузок: крупных электродвигателей, электропечей и т. п.
Аппаратура управления электрооборудованием, установленным во взрывоопасных помещениях, обычно выносится за пределы этих помещений. Электроэнергия от аппаратов управления к электродвигателям и другим электроприемникам подводится обычно по радиальным схемам.
Воздушные проводные
и кабельные линии
Электрические линии, расположенные на открытых территориях вне зданий, выполняются воздушными и кабельными, внутри зданий линии выполняются изолированными проводами и кабелями, прокладываемыми в туннелях и каналах, непосредственно на стенах и потолках, в стальных трубах. Как на открытом воздухе, так и внутри зданий применяют иногда проводку в виде голых шин, закрепленных на изоляторах — шинопроводы.
Воздушные линии имеют следующие конструктивные элементы: провода, тросы для защиты проводов от атмосферных перенапряжений, опоры, поддерживающие провода и тросы, изоляторы, арматуру для крепления провода на изоляторах и изоляторов на опоре.
Существуют одноцепные и двухцепные воздушные линии, причем иод одной цепью принято понимать три провода одной трехфазной линии или два провода одной однофазной линии.
В настоящее время
для воздушных линий
На морских нефтяных промыслах алюминиевые провода могут быстро разрушаться от коррозии; они менее надежны, чем медные. Для морских воздушных линий и кабелей разрешается применять провода с медными жилами. Защитные тросы выполняются стальными.
Опоры изготовляют из дерева, стали и железобетона. Деревянные опоры просты в изготовлении, дешевы, но недолговечны из-за гниения древесины. Срок службы опор, пропитанных антисептиком, составляет 15—20 лет. Деревянные опоры применяются для линий всех напряжений (от 0,38 до 220 кВ).
Металлические опоры, устанавливаемые
на железобетонных фундаментах, требуют
большой затраты стали и

- Источники энергии звезд
- Источники энергии звезд
- Источники энергии звёзд
- Источники эффективной деятельности ТНК
- Источник межличностных конфликтов
- Источниковедение
- Источниковедение и вспомогательные исторические дисциплины
- Источники экологического права РК
- Источники экологической опасности
- Источники экологической опасности
- Источники экологической опасности регионов России
- Источники электрической энергии
- Источники электромагнитных излучений
- Источники электроснабжения строительных площадок