Разработка системы электроснабжения электропривода буровых лебедок
Применение высокопроизводительных подъемных систем, конструктивные схемы и параметры которых избираются с учетом особенностей силового привода. Электропитание буровой установки. Система электроснабжение буровой лебедки с высоковольтным электродвигателем.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.03.2022 |
| Размер файла | 7,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт энергетики
Кафедра электропривода и электрического транспорта
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к выпускной квалификационной работе магистра
Разработка системы электроснабжения электропривода буровых лебедок
Программа магистратуры «Электрооборудование установок для добычи и транспортировки нефти и газа» по направлению подготовки 13.04.02 - Электроэнергетика и электротехника
Разработала студентка гр. ЭНГм-19-1 А.Э. Юсупов
Руководитель М.О, Арсентьев
Нормоконтроль М.О, Арсентьев
Иркутск 2021 г.
Задание
На выпускную квалификационную работу студентке А.Э. Юсупов группы ЭНГм-19-1.
1 Тема работы: Разработка системы электроснабжения электропривода буровых лебедок
Утверждена приказом по университету от 5 марта 2021 г. № 504
2 Срок представления студентом законченной работы в ГЭК 10 июня 2021 г.
3 Исходные данные: технические характеристики буровой установки БУ5000/320.
4 Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):
4. 1 Введение
4.2 Общая часть
4.3 Основной расчетный часть
4.4 Система электроснабжение буровой лебёдки с высоковольтным электродвигателем
4.5 Заключение
5 Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей):
5.1 Буровая лебедка ЛБУ 1500-АС1
5.2 Электроснабжение буровой установки с низковольтным приводом буровой лебедки.
5.3 Электроснабжение буровой установки с высоковольтным приводом буровой лебедки.
6 Дополнительные задания и указания
7 Консультанты по работе с указанием вопросов, подлежащих решению
Календарный план
|
Разделы |
Месяцы и недели |
|||||||||||||||||||
|
март |
апрель |
май |
июнь |
|||||||||||||||||
|
Введение |
х |
х |
||||||||||||||||||
|
Глава 1 |
х |
х |
х |
х |
||||||||||||||||
|
Глава 2 |
х |
х |
х |
х |
||||||||||||||||
|
Глава 3 |
х |
х |
х |
|||||||||||||||||
|
Заключение |
х |
х |
||||||||||||||||||
|
Список используемых источников |
х |
|||||||||||||||||||
|
Оформление работы |
х |
х |
Дата выдачи задания 5 марта 2021 г.
Руководитель работы ____________ М.О. Арсентьев
подпись И.О.Фамилия
Заведующий кафедрой ЭЭТ _____________ О.В. Арсентьев
подпись И.О.Фамилия
Задание принял к исполнению студент ____________ А. Э. Юсупов
План выполнен полностью
Руководитель работы 10 июня 2021 г. ______________ М.О. Арсентьев
Содержание
лебедка подъемный буровой электропитание
Введение
1. Общая часть
1.1 Буровые установки
1.2 Буровая лебедка
1.3 Электропривод буровой лебедки
1.4 Электроснабжение буровой установки БУ 5000/320
1.5 Оснастка талевой системы
2. Основной расчетный часть
2.1 Выбор буровой лебёдки
2.2 Выбор электродвигателя для привода лебедки
2.4 Автономные электропитание буровой установки
3. Система электроснабжение буровой лебёдки с высоковольтным электродвигателем
3.1 Шкаф высоковольтного ввода ШВВ - 3
3.2 Управление электропривода
3.3 Нагрузочный высоковольтный модуль
Заключение
Список использованных литератур
Введение
В создании главных производственных фондов в нефтяной и газовой промышленности определяющим является строительство скважин. Повышение технико-экономических признаков этого процесса поддерживается улучшением использования календарного времени строительства скважин, увеличением скорости бурения и сокращением материальных затрат, т., в конечном счете, повышением производительности труда и снижением стоимости метра проходки. На эти факторы, наряду с совершенствованием технологических процессов, улучшением качества и расширением ассортимента материалов, повышением уровня организации и культуры производства, значительное влияние оказывает технический уровень применяемого бурового оборудования. При создании бурильных установок для глубокого и сверхглубокого бурения особенное внимание уделяется повышению эффективности спускоподъемного агрегата и снижению затрат на спускоподъемные операции, более длительные и трудоемкие в процессе проводки скважины.
Основной технологической схемой спускоподъемных операций, принятой как в нашей стране, так и за рубежом, является дискретная способ с разборкой колонны на свечи; спуск и подъем колонны в современных буровых установках производятся с помощью лебедки и талевой системы. Одним из основных путей увеличения производительности работ по спуску и подъему бурового инструмента является использование высокопроизводительных подъемных систем, конструктивные схемы и параметры которых избираются с учетом особенностей силового привода. Привод буровой лебёдки относится к главным приводам буровой установки, следовательно от производительности и экономичности привода буровой лебедки зависит производительность и экономичность всей буровой установки в целом.
1. Общая часть
1.1 Буровые установки
Буровые установки (рисунок 1.1) предназначены для бурения эксплуатационных и глубоких разведочных скважин вращательным способом.
1 - кронблок; 2 - вышка; 3 - комплекс механизации спускоподъемных операций АСП; 4 - талевый блок; 5 - автоматический элеватор; 6 - вертлюг; 7 - подсвечники для труб; 8 - укрытие буровой площадки; 9 - буровая площадка; 10 - приемный мост со стеллажами и наклонным желобом; 11 - буровая лебедка; 12 - буровой насос; 13 - циркуляционная система; 14 - укрытие насосного блока; 15 - основание; 16 - пульт управления; 17 - ротор; 18 - вспомогательная лебедка
Рисунок 1.1 Общий вид установки глубокого бурения
Технология вращательного бурения состоит из следующих основных операций:
- вращение и продольная подача породоразрушающего инструмента по мере углубления скважины;
- промывка скважины и вынос разрушенной породы на поверхность;
- наращивание бурильной колонны по мере углубления скважины;
- подъем и спуск в скважину бурильной колонны для смены породоразрушающего инструмента и забойного двигателя;
- приготовление, обработка и очистка промывочного раствора;
- спуск обсадных колонн для крепления скважины.
Для выполнения этих операций, а также аварийных работ требуются различные по функциональным назначениям машины, механизмы и оборудование.
Буровая установка - это комплекс буровых машин, механизмов и оборудования, собранный на точке бурения и обеспечивающий с помощью бурового прибора самостоятельное выполнение технологических операций. Сегодняшние буровые установки подразделяются на следующие составные части:
- буровое оборудование (талевый механизм, насосы, лебедка, вертлюг, ротор, топливомаслоустановка, дизель-электрические станции, пневмосистема);
- буровые сооружения (вышка, основания, сборно-разборные каркаснопанельные укрытия);
- оборудование для механизации трудоемких работ (регулятор подачи долота, механизм для автоматизации спускоподъемных операций, пневматический клиновой захват для труб, автоматический буровой ключ, вспомогательная лебедка, пневмораскрепитель, краны для ремонтных работ, пульт контроля процессов бурения, посты управления);
- оборудование для приготовления, очистки и регенерации промывочного раствора;
- устройства для обогрева блоков буровой установки.
1.2 Буровая лебедка
Буровая лебедка - основной механизм подъёмной системы буровой установки. Она предназначена для проведения следующих операций:
· спуска и подъёма бурильных и обсадных труб;
· удержания колонны труб на весу в процессе бурения или промывки скважины;
· приподъёма бурильной колонны и труб при наращивании;
· передачи вращения ротору; свинчивания и развинчивания труб;
· вспомогательных работ по подтаскиванию в буровую инструмента, оборудования, труб и др;
· подъёма собранной вышки в вертикальное положение.
Буровые лебедки различаются по мощности и другим техническим параметрам, а еще по кинематическим и конструктивным признакам.
Мощность буровых лебедок, регламентируемая для отечественных лебедок ГОСТ 16293-82, располагаться в пределах 200-2950 кВт в зависимости от глубин бурения.
По числу скоростей подъема различают двух-, трех- четырех- и шестискоростные буровые лебедки. За рубежом используются восьми и десятискоростные буровые лебедки. Скорости подъема изменяются путем переключения передач посреди валами лебедки либо посредством розной коробки перемены передач.
В зависимости от используемого привода отличают буровые лебедки со ступенчатым, непрерывно-ступенчатым и бесступенчатым изменением скоростей подъема. Ступенчатое изменение скоростей подъема имеется в буровых лебедках с механическими передачами через тепловые двигатели и электрических двигателей переменного тока. При гидромеханических передачах лебедки с теми же двигателями имеют непрерывно-ступенчатое изменение скорости подъема. В случае применения привода от электродвигателей постоянного тока, скорости подъема лебедки меняются бесступенчато по кривой постоянства мощности двигателя.
По схеме включения быстроходной передачи отличают буровые лебедки с независимой и зависимой «быстрой» скоростью. Как известно, при спуске бурильных и обсадных труб в соответствии с последовательностью выполняемых действий используются две скорости: тихая - для приподъема колонны труб с целью освобождения клиньев или элеватора и быстрая -для последующего подъема незагруженного элеватора по очередной свече. Для ускорения спуска переключение указанных скоростей не должно много времени и поэтому осуществляется фрикционными муфтами с поста бурильщика. Буровые лебедки с независимой схемой скоростей позволяют подымать незагруженный элеватор на быстрой скорости свободно от тихой скорости, используемой для приподъема. При зависимой схеме незагруженный элеватор поднимают на разных скоростях, одинаковых или пропорциональных скорости, используемой для приподъема колонны труб.
По числу валов различают одно-, двух- и трех вальные буровые лебедки. Одно- и двух вальные лебедки снабжаются отдельной коробкой перемены передач. В трех вальных лебедках скорости подъема изменяются с помощью передач, установленных между валами самой лебедки. Для вспомогательных работ двух- и трехзальные буровые лебедки снабжаются фрикционной катушкой. В случае использования одновальной лебедки для этого подключают дополнительную вспомогательную лебедку.
Буровые лебедки различаются по числу скоростей, передаваемых ротору, и кинематической схеме передач, установленных между лебедкой и ротором.
По способу управления подачей долота различают буровые лебедки с ручным и автоматическим управлением, осуществляемым посредством регулятора подачи долота.
По конструкции буровые лебёдки делятся на две группы:
Двух или трёх вальные (см. рисунок 1.3).
Расшифровка обозначений:
У - завод Уралмаш; первая цифра - номер агрегата;
вторая цифра - число скоростей лебёдки (для У2-5 с учётом скоростей коробки скоростей, а для У2-2 с учётом только скоростей лебёдки без коробки скоростей);
третья цифра - номер модели в хронологической порядке проектирования.
Одновальные с коробкой переменных передач (ЛБУ-750, ЛБУ-1100, ЛБУ-1200, ЛБУ-1700). Расшифровка обозначений: ЛБ - лебёдка буровая; У - завод Уралмаш; 750, 1100, 1200, 1700 - мощность на барабане в лошадиных силах.
Буровые лебёдки первой категории состоят из сварной рамы, на которой вмонтирован подшипник качения, подъёмный вал с барабаном для навивки талевого каната, промежуточные и трансмиссионные валы. Все валы кинематически сопряжены между собой цепными передачами, которые передают им крутящие моменты и применяются для регулирования частоты вращения валов. На промежуточном валу, кроме звёздочек цепной передачи, в ряде случаев установлены специфические катушки для проведения работы по подтаскиванию грузов, навинчиванию и развинчиванию труб, при спускоподъёмных операциях. Такие валы именуются катушечными. В одно и двухвальных лебёдках катушки не устанавливаются, а для выполнения работ по подтаскиванию грузов и свинчиванию труб применяют вспомогательные лебёдки и пневмораскрепители. Рама лебёдки перекрыта предохранительными щитами.
Подъёмный вал лебёдки оборудуется двумя вариантами тормозов - ленточным с ручным и пневматическим управлением (расположенными на тормозных шкивах барабана лебёдки) и гидравлическим или электрическим (соединённым через муфту с подъёмным валом).
Ленточные тормоза служат для удержания колонны труб навесу, регулирования скорости спуска и абсолютного торможения, а также для подачи долота на забой при бурении скважин. Гидравлические или электрические тормоза необходимы для замедления спуска колонны и облегчения работы на ленточном тормозе.
Для обеспечения однородной подачи долота на забой все современные конструкции лебёдок снабжаются автоматами АПД или регуляторами РПД подачи долота, которые соединяются цепными передачами с подъёмным валом и во время бурения подключаются с цепными кулачковыми муфтами. рисунок 1. 2) Лебёдки снабжены специальной трансмиссией для вращения ротора.
В лебёдках ЛБУ-1100, ЛБУ-1200, ЛБУ-1700, ЛБУ-3000, входящих в комплекты буровых установок соответственно БУ-5000, БУ-6500, БУ-8000 с электроприводом, трансмиссия ротора отсутствует, а привод ротора осуществляется от отдельного электродвигателя.
Рисунок 1.2 Буровая лебедка ЛБУ-1100
Одновальная лебёдка ЛБ-750 состоит из: станины, на которой на двух кронштейнах в подшипниках смонтирован подъёмный вал барабана с тормозными шкивами, шинопневматическими фрикционными муфтами и кулачковой муфтой, а также звёздочками цепных передач. На станине также смонтирован пульт управления лебёдкой, промежуточный вал привода ротора и вспомогательный тормоз
1 - главный барабан; 2 - механический тормоз (главный); 3 - фрикционная муфта медленного вращения; 4 - вертлюжок для подвода воды и воздуха; 5 - шпилевая катушка; 6 - передача медленного вращения; 7 - трансмиссионный вал; 8 - передача привода катушечного вала; 9 - муфта включения катушечного вала; 10 - передача привода быстрого вращения; 11 - катушка для раскрепления замков; 12 - фрикционная муфта включения быстрого вращения; 13 - муфта включения вспомогательного тормоза; - вспомогательный тормоз; 15 - вертлюжок для подачи воздуха и отвода воды; 16 - передача привода ротора; 17 - балансир механического тормоза; 18 - коленчатый вал тормоза; 19 - тормозная лента; 20 - рычаг тормоза; 2.1 - цилиндр пневматического торможения.
Рисунок 1.3 Принципиальная схема трехвальной лебедки
Рисунок 1.4 Кинематическая схема буровую лебедку ЛБУ-1100
При подъёме инструмента из скважины вращение подъёмного вала 1 производится через звёздочку z = 41 (см. рисунок 1.4) трансмиссионного вала 2 от главного привода при этом работает одна из цепных передач, в зависимости от включённой скорости:
2-я и 3-я скорости передача 68/21
5-я и 6-я скорости передача 36/29
Включение передачи 68/21 производится пневматической муфтой 1, передачи 36/29 муфтой 3. При подъёме инструмента из скважины электропорошковый тормоз ТЭП-4500 отключён от барабана кулачковой муфтой 4. В случае выхода из строя главного привода, подъём инструмента можно производить с помощью вспомогательного привода. Вращение подъёмного вала в этом случае производится через звёздочку z =39 трансмиссионного вала 2, цепную передачу 72/34 и кулачковую муфту 2.
Иногда при ликвидации осложнений в скважине необходимо производить подъём инструмента с одновремённом вращением инструмента. Кинематика лебёдки позволяет осуществлять одновремённую передачу вращения подъёмному валу и ротору.
Подъёмный вал приводится в действие в указанной выше последовательности. Трансмиссия ротора 6 передаёт мощность от трансмиссионного вала 2 через передачу 23/34 и звёздочку z =45 ротору.
При спуске инструмента подъёмный вал отключён от привода муфтами 1 и 3 и подключён к тормозу ТЭП-45000 кулачковой муфтой 4. Скорость спуска регулируется ленточным и электропорошковым тормозом 6. При необходимости подачи инструмента с одновремённым вращением ротора, подъёмный вал отключён от привода муфтами 1 и 3, а вал трансмиссии ротора подключён к валу 2 муфтой 5.
Подъём и опускание буровой вышки производится с помощью вспомогательного привода. Передача вращения подъёмному валу происходит через звёздочку z =39, цепную передачу 72/34 и кулачковую муфту 2.
Для ликвидации прихватов используется 1-я скорость. Эта же скорость используется при спуске обсадных колонн. Вращение подъёмного вала при этом происходит от передачи 68/21.
1.3 Электропривод буровой лебедки
Для привода всех главных механизмов буровой лебедки, буровых насосов и для привода ротора применены двигатели переменного тока типа 1000кВт, 660В фирмы РУСЭЛПРОМ (см. рисунок 1,5).
Рисунок 1.5 Габаритный чертеж электродвигателя АДБС-1000-6У2
Электродвигатель асинхронный для буровых установок АДБС-1000-6У2 (1) предназначен для привода бурового насоса в составе частотно-регулируемого электропривода буровой установки во взрывоопасной зоне согласно маркировке по взрывозащите и указаний ГОСТ Р МЭК 60079-14 (см. таблица 1,1)
Таблица 1.1
Техническая характеристика АДБС-1000-6У2
|
Наименование характеристики |
Значение характеристики |
|
|
Тип ротора: |
С короткозамкнутым ротором |
|
|
Категория: |
Асинхронные электродвигатели |
|
|
Серия: |
АДБС |
|
|
Номинальное рабочее напряжение, В: |
600; 660 |
|
|
Мощность, кВт: |
1000 |
|
|
КПД, %: |
96; 96,3 |
|
|
Cos ц: |
0,8; 0,82 |
|
|
Частота вращения, об/мин: |
1000 |
|
|
Высота оси вращения, мм: |
450 |
|
|
Степень защиты, IP: |
54 |
|
|
Режим работы: |
S1; S9 |
|
|
Монтажное исполнение, IM: |
1003 |
|
|
Масса, кг: |
3750; 3800 |
1.4 Электроснабжение буровой установки БУ 5000/320
Основной объем бурения в Российский Федерации выполняется буровыми установками (БУ) с электроприводом (ЭП) главных механизмов. Выбор того или иного варианта системы электроснабжения определяется рядом факторов: вид привода главных механизмов (электрический регулируемый, электрический нерегулируемый, дизель-электрический или дизельный); уровень питающего напряжения; схема компоновки оборудования.
Электроснабжение буровой установки возможно как от линии передач 6кВ (ЛЭП), так и от дизельных электростанций 6кВ (ДЭС).
Для распределения электроэнергии напряжением 6кВ на буровой установке применены два комплектных распределительных устройства КРУ1, КРУ2, КРУ3(верхний привод)
КРУ 1 установлено в модуле КРУ буровой установки в эшелоне и передвигается при передвижке буровой установки вместе со всем эшелоном.
КРУ 2 расположено на территории куста буровой установки и при передвижке буровой установки не передвигается (см. приложение 2).
Напряжение с вторичных обмоток трансформаторов Т1 1250кВА подается на общие шины 380/220В контейнера низковольтного комплектного устройства НКУ (см. рисунок 1.6). На эти же шины может подаваться напряжение с электростанции ДЭС мощностью 220кВт, 400В являющейся резервным (аварийным) источником электроэнергии. Выключатели подачи напряжения от Т1 (ЛЭП) и ДЭС 220кВт сблокированы и их одновременное включение исключается. С общих шин через автоматические выключатели напряжение 380В подается на низковольтные шкафа ввода и распределения электроэнергии напряжением 380В.
В контейнере НКУ предусмотрены автоматические выключатели для питания шкафов ШЛБ, АКЛ, ПН. Распределение электроэнергии 0.4кв производиться от НКУ. (2)
Рисунок 1.6 Низковольтное комплектное устройство
Для возможности работы одного из главных приводов при отсутствии электроснабжения ЛЭП 6кВ, предусмотрена ДЭС2 630кВА 690В с преобразовательным трансформатором Т5 690/690-690В (см. рисунок 1.7).
Таким образом на буровой установке предусмотрено следующее резервирование: по напряжению 0,4кВ - ДЭС1 220кВА;
по напряжению 0,69кВ - ДЭС2 630кВА,
Рисунок 1.7 Аварийное электроснабжение
Для привода главных механизмов принята концепция многодвигательных приводов (см. рисунок 1.8), характерной особенностью которых является наличие общих шин постоянного тока, от которых получают питание приводные блоки (инверторы).
В состав КТУ входит преобразовательное оборудование в составе:
· общий выпрямитель (блок питания) с шинами постоянного тока;
· приводной блок (инвертор) двигателя 1 буровой лебедки;
· приводной блок (инвертор) двигателя 2 буровой лебедки;
· приводной блок (инвертор) двигателя первого бурового насоса;
· приводной блок (инвертор) двигателя второго бурового насоса;
· приводной блок (инвертор) двигателя ротора;
· электронный ключ (чоппер);
· тормозные сопротивления.
Рисунок 1.8 Комплектные тиристорные устройства
Применение общего выпрямителя и, следовательно, применение общих шин постоянного тока создает наиболее выгодную системную конструкцию, кроме этого, уменьшается расход электроэнергии, расходы на прокладку кабелей, монтаж и обслуживание.
Для питания общих шин постоянного тока многодвигательных частотно регулируемых приводов буровой установки принят 12- пульсный диодный блок питания. При применении 12-импульсной схемы выпрямления коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения не превышает допустимого по ГОСТ13109-87
В КТУ также расположена пускорегулирующая аппаратура управления электродвигателями механизмов системы очистки и приготовления бурового раствора и аппаратура питания цепей освещения буровой установки.
Система управления буровой установкой
1. Автоматизированная система управления (АСУ) буровой установки предназначена для управления приводами главных и вспомогательных механизмов и другими системами.
2. структура АСУ
2.1. Автоматизированная система управления буровой установки выполнена на базе программируемых логических контроллеров фирмы Allen-Bradley.
АСУ буровой установки представляет собой систему распределительного типа, в состав которой входят:
· шкаф МПК с центральным процессором и графическим дисплеем, расположенными в контейнере КТУ;
· шкаф с удаленными модулями входа/выхода лебедочного блока АКЛ;
· пульт бурильщика ПБ с графическим дисплеем;
· пульт управления буровыми насосами со станцией удаленных модулей входов/выходов (ПН);
· шкафов с микропроцессорными системами управления электроприводами (преобразователями частоты)
1.5 Оснастка талевой системы
Оснастка талевой системы - это последовательность навивки каната на шкивы кронблока и талевого блока исключающая трение ветвей друг о друга. Оснастка определяется числом шкивов, находящихся в работе.
а - однострунная; б - двухструнная; в - трехструнная; г - четырехструнная; д - шестиструнная.
Рисунок 1.9 Оснастка талевой системы
Если «мертвый» конец каната закрепляется на низ вышки, то поднимаемый груз распределяется на 2z струн каната, если же «мертвый» конец закрепляется на подвижный блок, то груз распределяется на 2z+ 1 струн, где z - число подвижных шкивов талевого блока (см. рисунок 1.9).
Для оснастки талевой системы применяют стальные канаты диаметром 16,5...22,5 мм с пределом прочности на растяжение 1400...1900 МПа.
Канаты, применяемые при подземном ремонте скважин, свиваются на канатовьющих машинах из светлой или оцинкованной проволоки высокой прочности. Проволоки свиваются в пряди, а пряди свивают в канат вокруг органического или металлического сердечника.
Канаты (рисунок 10) выполняют с линейным касанием проволок в прядях и с проволоками одинакового диаметра, а канаты (рис. 21) - с точечным касанием отдельных проволок между слоями прядей; проволоки могут быть одинакового и разного диаметра.
а б
а) Канат типа ЛК-О б) Канат типа ТК
Рисунок 1.10 Вид канатов
Классификация стальных канатов
1. По основному конструктивному признаку:
одинарной свивки или спиральные состоят из проволок, свитых по спирали в один или несколько концентрических слоев. Канаты одинарной свивки, свитые только из круглой проволоки, называют обыкновенными спиральными канатами. Спиральные канаты, имеющие в наружном слое фасонные проволоки, называют канатами закрытой конструкции. Канаты одинарной свивки, предназначенные для последующей свивки, называют прядями.
двойной свивки состоят из прядей, свитых в один или несколько концентрических слоев. Канаты двойной свивки могут быть однослойные или многослойные. Широкое распространение получили однослойные шестипрядные канаты двойной свивки. Канаты двойной свивки, предназначенные для последующей свивки, называют стренгами.
тройнойсвивки состоят из стренг, свитых по спирали в один концентрический слой.
2. По форме поперечного сечения прядей:
круглые
фасоннопрядные (трехграннопрядные, плоскопрядные), имеют значительно большую поверхность прилегания к шкиву, чем круглопрядный.
3. По типу свивки прядей и канатов одинарной свивки:
ТК - с точечным касанием проволок между слоями (см. рисунок 1.10),
ЛК - с линейным касанием проволок между слоями,
ЛК-О - с линейным касанием проволок между слоями при одинаковом диаметре проволок по слоям пряди,
ЛК-Р - с линейным касанием проволок между слоями при разных диаметрах проволок в наружном слое пряди,
ЛК-З - с линейным касанием проволок между слоями пряди и проволоками заполнения,
ЛК-РО - с линейным касанием проволок между слоями и имеющих в пряди слои с проволоками разных диаметров и слои с проволоками одинакового диаметра,
ТЛК - с комбинированным точечно-линейным касанием проволок в прядях.
2. Основной расчетный часть
Высоковольтный двигатель имеет малый ток, большой крутящий момент, большую стабильность, энергосбережение и высокую эффективность.
Высоковольтный двигатель с плавным пуском, подходящий для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором высокого напряжения или асинхронного запуска высоковольтного синхронного двигателя напряжением 3 кВ, 6 кВ, номинальный ток 10 кВ в пределах 1000А. Мягкий пуск высоковольтного двигателя использует однофазный метод преобразования частоты переменного тока в одну. Частота и напряжение статора, подаваемого в двигатель, постепенно увеличиваются с 1 Гц, так что двигатель имеет характеристику плавного пуска с небольшим пусковым током и постепенно увеличивающимся крутящим моментом в процессе запуска. Это снижает мощность системы распределения мощности и избегает воздействия на старте. По сравнению с текущими режимами плавного пуска (за исключением пуска с переменной частотой) пусковой ток меньше и может запускаться при нагрузке.
По сравнению с низковольтными двигателями высоковольтные двигатели имеют ряд преимуществ:
1. Мощность двигателя может быть большой, достигая нескольких тысяч или даже десятков тысяч киловатт. Это связано с тем, что ток двигателя высокого напряжения может быть намного меньше, чем ток двигателя низкого напряжения при одинаковой мощности. Например: 500 кВт, четырехфазный трехфазный двигатель переменного тока имеет номинальный ток около 900 А при номинальном напряжении 380 В и только около 30 А при номинальном напряжении 10 КВ. Следовательно, в обмотке двигателя с большим полем может использоваться меньший диаметр провода. В результате потери в меди статора двигателя высокого напряжения также меньше щелчка низкого давления. Для двигателя с более высокой мощностью, когда используется низковольтная мощность, требуется большая площадь паза статора из-за необходимости более толстой проволоки, чтобы диаметр сердечника статора был большим;
2. Для двигателей большей мощности силовое и распределительное оборудование, используемое в высоковольтных двигателях, имеет меньшие общие вложения, чем низковольтные двигатели, и меньшие потери тока, что может сэкономить определенное количество потребляемой мощности. В частности, высоковольтный двигатель 10 кВ может напрямую использовать сетевой источник питания, так что инвестиции в устройство электропитания становятся меньше, использование становится проще и частота отказов уменьшается (см. рисунок 12.1).
Рисунок 2.1 Подключение высоковольтный и низковольтного двигателя
Высоковольтный двигатель подключается непосредственно к электрической сети в отличие от других стандартных высоковольтных двигателей, которым необходим промежуточный трансформатор. (3)
Запуск больших высоковольтных двигателей сопровождается потреблением большого количества энергии и может привести к временному нарушению работы сети и снабжения мощностью ближайших потребителей. Компания РУСЭЛПРОМ разработала специальные методы запуска с задержкой, позволяющие избежать сбоя питания. Для этого использовали аппаратуру стабилизации, которая продлевала время запуска приблизительно до 20 секунд, и добавляли конденсаторы для повышения мощности сети во время запуска.
Добавочное сопротивление служит для запуска двигателя с нагрузкой на его валу. Как только достигаются номинальные обороты вала, сопротивление отключается за ненадобность, а кольца закорачиваются. В противном случае работа электродвигателя будет нестабильной, возникнут потери КПД.
Роль добавочного внешнего сопротивления, как правило, выполняет ступенчатый реостат. В этом случае двигатель будет разгонятся тоже ступенчато. Часто используются устройства, способные поднять КПД двигателя, при этом избавляя щетки от излишнего трения о кольца. После разгона устройство поднимает щетки и замыкает кольца. Самые распространённые - это трёхфазные с короткозамкнутым ротор.
Статор имеет круглую форму и набирается с листов специальной стали, которые изолированы между собой, и эта собранная конструкция образует сердечник с пазами. В пазы сердечника укладываются обмотки, со специального обмоточного, изолированного лаком провода. Провод это отливают в основном из меди, но также есть и с алюминия. Если двигатель очень мощный, то обмотки делаю шиной. Обмотки укладывают так, чтобы они были сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов. Соединяются обмотки статора в звезду или в треугольник.
Основные достоинства асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором:
1. Очень простое устройство, что позволяет сократить затраты на его изготовление.
2. Цена намного меньше по сравнению с другими двигателями.
3. Очень простая схема запуска.
4. Скорость вращения вала практически не меняется с увеличением нагрузки.
5. Хорошо переносит кратковременные перегрузы.
6. Возможность подключения трёхфазных двигателей в однофазную сеть.
7. Надёжность и возможность эксплуатировать практически в любых условиях.
8. Имеет очень высокий показатель КПД и cos ц.
Недостатки:
1. Не возможности контролировать частоту вращения ротора без потери мощности.
2. Если увеличить нагрузку, то уменьшается момент.
3. Пусковой момент очень мал по сравнению с другими машинами.
4. При недогрузе увеличивается показатель cos ц
5. Высокие показатели пусковых токов.
2.1 Выбор буровой лебёдки
К основным параметрам буровой лебедки относятся: максимальное натяжение ходовой ветви талевого каната, мощность на входе в лебедку, мощность на барабане лебедки, диаметр талевого каната, геометрические размеры барабана (диаметр и длина барабана), момент на барабане лебедки.
Определение натяжения в ходовой ветви каната:
где Gт.с. - вес талевой системы;
Gт.с. = 0,06ЧQкр.
Uт.с. - количество струн в талевой системе;
з т.с. - к.п.д. талевой системы;
Мощность на входе в лебёдку, кВт,
- рабочая скорость подъёма крюка, = (0,4..0,5) м/с
- кпд трансмиссии лебёдки (от выходного вала двигателя до барабана лебёдки)
Мощность на барабане лебёдки, кВт,
Буровые лебёдки с зубчатой трансмиссией оригинальной разработки серии ЭТ и АС грузоподъёмностью от 160 до 500 тонн. (см. таблица 2.1 и 2.2).
Таблица 2.1
Буровые лебёдки с односкоростной трансмиссией
|
Наименование характеристики |
Буровые лебедки |
||||||
Параметры/Модель |
ЛБУ 750 Э-СНГ |
ЛБУ 900 ЭТ-3 |
ЛБУ 900 АС-2 |
ЛБУ 1200 ЭТ-3 |
ЛБУ 1500 ЭТ-3 |
ЛБУ 1500 АС-2 |
|
|
Грузоподъёмность, т (оснастка) |
225 (5Ч6) |
270 (5х6) |
270 (5х6) |
400 (6х7) |
320 (6х7) |
400 (6х7) |
|
|
Скорость подъёма крюка максимальная, м/с |
1,40 |
1,40 |
1,40 |
1,40 |
1.4 (5х6) 1.25 (6х7) |
1.4 (5х6) 1.25 (6х7) |
|
|
Мощность на входе в лебёдку, кВт |
750 |
900 |
900 |
1200 |
1500 |
1500 |
|
|
Тип электропривода |
Постоянного тока |
Постоянного тока |
Переменного тока |
Постоянного тока |
Постоянного тока |
Переменного тока |
|
|
Число электродвигателей |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
Таблица 2.2
Буровые лебёдки с двухскоростной трансмиссией
|
Наименование характеристики |
Буровые лебедки |
||||||
Параметры/Модель |
ЛБУ 600 АС 2-2 |
ЛБУ 670 ЭТ-1М |
ЛБУ 670 ЭТ-1 |
ЛБУ 670 АС-1М |
ЛБУ 1500 АС-1 |
ЛБУ 1500 АС1-РТС |
|
|
Грузоподъёмность, т (оснастка) |
160 (4х5) |
200 (5х6) |
200 (5х6) |
200 (5х6) |
320 (5х6) 400 (6х7) |
320 (5х6) 400 (6х7) |
|
|
Скорость подъёма крюка максимальная, м/с |
1.4 |
1.4 |
1.4 |
1.4 |
1.4 (5х6) 1.25 (6х7) |
1.4 (5х6) 1.25 (6х7) |
|
|
Диаметр талевого каната, мм |
28 |
28 |
28 |
28 |
35 |
35 |
|
|
Мощность на входе в лебёдку, кВт |
600 |
670 |
670 |
670 |
1500 |
1500 |
|
|
Тип электропривода |
Переменного тока |
Постоянного тока |
Постоянного тока |
Переменного тока |
Переменного тока |
Переменного тока |
|
|
Число электродвигателей |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
Для БУ 5000/320 выбрана буровая лебедка ЛБУ 1500 АС - 1. Лебедка буровой ЛБУ-1500АС1 предназначена для подъема и спуска бурильного инструмента, спуска обсадных труб, автоматической подачи долота на забой, ликвидации аварий, возникающих при проводке скважин, подъема и опускания вышки, периодических силовых испытаний вышки(см. рисунок 2.4).
Рисунок 2.4 Буровая лебедка ЛБУ 1500 АС - 1
Привод односкоростной буровой лебедки грузоподъёмностью 320 тонн выполнен от двух асинхронных двигателей с к.з. ротором мощностью 950кВт (см. таблица 2.3), максимальная скорость подъёма (спуска) грузов составляет 1,4 м/с.
Таблица 2.3
Технические характеристики лебедки буровой ЛБУ-1500АС1
|
Вид характеристики |
Значение |
|
|
Расчетная мощность на входном валу, кВт (л.с.) |
1500 (2040) |
|
|
Допустимое натяжение быстроходной ветви талевого каната при нагрузке на крюке 320 т при оснастке талевой системы 5х6, включая массу всех подвижных частей талевой системы (включая верхний привод), т (кН) |
345 (34,5) |
|
|
При работе двух двигателей и оснастке 5х6 нагрузка на крюке, кН: |
||
|
- на «тихой» передаче |
0…3200 |
|
|
- на «быстрой» передаче |
0…932 |
|
|
Скорость подачи-подъема крюка, м/с |
||
|
- на «тихой» передаче |
0…0,4 |
|
|
- на «быстрой» передаче |
0…1.4 |
|
|
При работе одного двигателя и оснастке 5х6: |
||
|
Нагрузка на крюке, кН |
||
|
- на «тихой» передаче |
0…1743 |
|
|
- на «быстрой» передаче |
0…466 |
|
|
Скорость подачи-подъема крюка, м/с |
||
|
- на «тихой» передаче |
0…0,35 |
|
|
- на «быстрой» передаче |
0…1.4 |
|
|
Масса (без электродвигателей главного привода), кг |
29740 |
2.2 Выбор электродвигателя для привода лебедки
Расчет необходимой мощности электродвигателя для лебедки очень важен, так как от этого будет зависеть дальнейшая работа всего привода. Чаще всего при неправильном выборе ЭД не выдерживает нагрузки и выходит из рабочего состояния.
Определить мощность Р, двигателей лебедки трудно, поскольку эти двигатели при спускоподъёмных операциях работают в повторно-кратковременном режиме с переменной продолжительностью цикла и переменным моментом статического сопротивления на валу.
Поэтому сначала по основным параметрам буровой лебедки, пользуясь приближенными формулами, ориентировочно определяют Рдл‚ а затем, выбрав двигатель и рассчитав его действительную нагрузочную диаграмму с учетом выполнения вспомогательных операций.
Наиболее простой для предварительного определения потребной мощности двигателя лебёдки является формула:
(6)
где , - грузоподьемная сила на крюке при номинальном весе инструмента, кН;
- скорость подъема веса крюком, м/с;
- КИД системы (0,6...0,8);
- возможная перегрузочная способность электродвигателя (1,3...2);
Таблица 2.4
Асинхронны электродвигатель АОД-1000-4У1
|
Технические параметры электродвигателя |
||
|
Тип сети |
Трехфазная, 4-х проводная |
|
|
Номинальное входное напряжение |
6000 В |
|
|
Частота |
50Гц |
|
|
cos ф |
0,88 |
|
|
Номинальная мощность |
1000 кВт |
|
|
Частота вращения |
1500 об. /мин. |
|
|
Режим работы |
S1 |
|
|
КПД (при номинальной нагрузке) |
94,9 % |
|
|
Кратность пускового момента |
1,1 |
|
|
Кратность пускового тока |
7 |
|
|
Кратность максимального момента |
2,4 |
|
|
Маховый момент ротора, кг/м3 |
250 |
|
|
Технические параметры электродвигателя |
||
|
Момент инерции допустимого механизма |
1900 |
|
|
Направление вращения |
левое и правое |
|
|
Вид климатического исполнения |
У1 |
|
|
Конструктивное исполнение по способу монтажа |
IM 1001 |
|
|
Степень защиты (двигателя / Коробки выводов / наружного вентилятора) |
IP44 / IP55 / IP21 |
|
|
Класс нагревостойкости изоляции |
F |
|
|
Габариты ДхШхВ |
2190х1800х1865 мм |
|
|
Масса |
4890 кг |
Рисунок 2.5 Конструктивный характеристика двигателя
2.4 Автономные электропитание буровой установки
На данной буровой установке источником питания является линия электропередачи (ЛЭП). Вторым (резервным) независимым источником является дизельная электростанция для проведения аварийных работ (аварийный подъем бурильной колонны и т.п.). Для высоковольтных двигателей переменного тока используется высоковольтный дизельная электростанция (ДЭС) TBD 1380TS-6300 (см. рисунок 2.8)(8).
Рисунок 2.8 Высоковольтный дизельный генератор ТСС АД-1000С-Т6300-1РМ9
Таблица 2.6
Общая характеристика дизельного генератора ТСС АД-1000С-Т6300-1РМ9
|
Общие параметры |
||
|
Мощность номинальная, квт |
1000 |
|
|
Мощность номинальная, ква |
1250 |
|
|
Мощность максимальная, квт |
1100 |
|
|
Мощность максимальная, ква |
1375 |
|
|
Коэффициент мощности |
0.8 |
|
|
Напряжение (в) |
6300 |
|
|
Объём системы охлаждения (л) |
233 |
|
|
Расход топлива при 50% мощности л/ч |
129.2 |
|
|
Расход топлива при 75% мощности л/ч |
191 |
|
|
Расход топлива при 100% мощности л/ч |
259.1 |
|
|
Габаритные размеры (д;ш;в; мм) |
6345x2194x2433 |
|
|
Масса, кг |
9500 |
|
|
Ресурс работы до кап. ремонта (ч) |
32000 |
|
|
Параметры генератор |
||
|
Напряжение бортового электрооборудования, (в) |
24 |
|
|
Постоянная мощность (квт) |
1000 |
|
|
Напряжение (в) |
6300 |
|
|
Номинальный ток (а) |
114.7 |
|
|
Частота вращения, об/мин |
1500 |
|
|
Частота, гц |
50 |
|
|
Количество фаз |
3 |
|
|
Степень изоляции |
IP 23 |
|
|
Фактор мощности (cos ц) |
0.8 |
|
|
Масса, кг |
4960 |
|
|
Габаритные размеры (д;ш;в; мм) |
2200х1240х1750 |
3. Система электроснабжение буровой лебёдки с высоковольтным электродвигателем
Комплектный модуль электроприводов переменного тока (ВКМ) буровой установки предназначен для управления электродвигателями переменного тока электроприводов механизма буровой лебедки (см. рисунок).
Состав комплектного модуля:
· шкаф ввода - предназначен для подключения ВКМ к питающей сети. Содержит вводные автоматические выключатели, приборы учета и контроля качества электроэнергии, аппаратуру управления и индикации;
· шкафы управления электроприводами механизма буровой лебедки.
· шкаф управления нагрузочным модулем - предназначен для сброса электроэнергии при работе лебедки;
Рисунок 3.1 Высоковольтный комплектный модуль
3.1 Шкаф высоковольтного ввода ШВВ - 3
Шкаф высоковольтного ввода с выключателями нагрузки ШВВ - 3 предназначены для коммутации электрических сетей трехфазного переменного тока с изолированной нейтралью частотой 50 Гц, с номинальным напряжением 6 кВ, и применяются в качестве УВН комплектных трансформаторных подстанций внутренней установки в климатическом исполнении и категории размещения У3(см. рисунок 3.1).
Рисунок 3.2 Шкаф высоковольтного ввода ШВВ - 3
ШВВ-3 представляет собой металлоконструкцию, собранную из листовых гнутых профилей. Внутри ШВВ-3 размещена аппаратура главных цепей. Рукоятки приводов и аппаратов управления расположены с фасадной стороны ШВВ-3. Реле защиты, управления, сигнализации, приборы учета и измерения могут быть расположены как в отсеке РЗА, так и с фасадной и внутренней стороны дверей ШВВ-3. Доступ в ШВВ-3 обеспечивают две двери расположенные в верхней и нижней части лицевой стороны. Между отсеком с аппаратурой вспомогательных цепей и высоковольтным выключателем установлена перегородка, предотвращающая доступ в зону высокого напряжения. Между отсеком с высоковольтным выключателем и шинным разъединителем установлено ограждение для предотвращения случайного прикосновения к сборным шинам при обслуживании оборудования в отсеке с высоковольтным выключателем. В ШВВ-3 имеется устройство для установки лампы внутреннего освещения (лампа накаливания 36 В), обеспечивающее возможность безопасной замены перегоревшей лампы без снятия напряжения. Сборные шины ШВВ-3 имеют с фасада сетчатые или сплошные со смотровым окном ограждения. Все установленные в ШВВ-3 аппараты и приборы, подлежащие заземлению, заземлены. Верхняя дверь, в случае установки приборов вспомогательных цепей, заземляется гибким проводом. На фасаде ШВВ-3 в нижней части имеется шинка заземления предназначенная для присоединения к заземленному корпусу элементов, временно подлежащих заземлению. Каркас ШВВ-3 непосредственно приваривается к металлическим заземленным конструкциям. Металлосвязь всех частей ШВВ-3 осуществляется посредством использования врезных шайб в болтовых соединениях.
Таблица 3.1
Шкаф высоковольтного ввода ШВВ - 3
|
Наименование параметра |
Значение параметра |
|
|
Номинальное напряжение, кВ |
6 |
|
|
Номинальное рабочее напряжение, кВ |
7,2 |
|
|
Номинальный ток главных цепей ШВВ-3 с вакуумным выключателем, А |
630 |
|
|
Ток термической стойкости ШВВ-3 с вакуумным выключателем (кратковременный ток), кА |
12,5 |
|
|
Ток электродинамической стойкости ШВВ-3 с вакуумным выключателем, кА |
20 |
|
|
Время протекания тока термической стойкости, Для ШВВ-3 с вакуумным выключателем с. |
31,5 |
|
|
Номинальный ток сборных шин, А |
630 |
|
|
Номинальный ток шинных мостов, А |
800 |
|
|
Номинальное напряжение вспомогательных цепей, В: |
||
|
- цепи защиты, управления и сигнализации |
=/~220 |
|
|
- цепи освещения |
36 |
3.2 Управление электропривода
Преобразователи частоты серии ПЧВМ построены по новейшей схеме многоуровневого преобразования энергии. Конструкция преобразователя частоты серии ПЧВМ использует группу низковольтных ячеек, питаемых от гальванически развязанных источников переменного трехфазного напряжения. Каждая ячейка представляет собой однофазный низковольтный преобразователь частоты. Высокое выходное напряжение получается в результате сложения выходных напряжений ячеек (см. рисунок 2.6). Использование в конструкции хорошо зарекомендовавших себя диодно-тиристорных и IGBT модулей 17 класса позволило добиться высокой надежности и превосходных. (10)
Рисунок 3.3 Конструкция преобразователя частоты серии ПЧВМ
Преимущества:
Серия преобразователей частоты ПЧВМ по сравнению с серией ПЧВН обеспечивает ряд существенных преимуществ:
* высокий коэффициент полезного действия;
* использование сухого многообмоточного трансформатора с фазовращением позволяет получить эквивалентную 18-пульсную схему выпрямления по отношению к питающей сети, что гарантирует высокий коэффициент мощности и минимальный уровень гармонических составляющих потребляемого из сети тока;
* высокий коэффициент мощности по отношению к питающей сети позволяющий использовать в качестве источника энергии автономные генераторы, не создавая избыточного запаса по реактивной мощности источника;
* минимальный уровень гармонических составляющих выходного тока и напряжения без использования синусных фильтров позволяет значительно уменьшить потери в электроприводе и не накладывает ограничения на длину кабеля подключения;
* задание произвольного закона U/f обеспечивает возможность создания высоких пусковых моментов (см. рисунок 2.7);
* сохранение работоспособности привода при глубоких провалах напряжения питающей сети;
* возможность «подхвата» - автоматического повторного безударного включения преобразователя на вращающийся двигатель;
* возможность торможения двигателя постоянным током.
Рисунок 3.4 График работы ПЧВМ и ПЧВН
Таблица 2.5
Характеристики ВВ ПЧВМ-ТТПТ-125 -6000- 50-УХЛ4-ЭИН 1000 кВт
|
Параметры |
Значение |
|
|
Входное напряжение преобразователя |
6 кВ, ± 10%, 50Гц |
|
|
Число фаз напряжения на входе и выходе |
3 |
|
|
Диапазон изменения частоты выходного напряжения |
от 0,1 до 65 Гц |
|
|
Диапазон изменения напряжения на выходе |
от 50В до 6 кВ |
|
|
Номинальная выходная активная мощность (мощность двигателя), кВт |
1000 |
|
|
Номинальный выходной ток, А |
120 |
|
|
Коэффициент мощности преобразователя на входе |
не менее 0,95 |
|
|
КПД преобразователя в номинальном режиме |
не менее 0,98 |
|
|
Интерфейс связи (протоколы передачи данных) |
RS-485 (ModBus ASCII/RTU) CAN, Ethernet - по заказу |
|
|
Аналоговые входы |
2 входа 0...20мА |
|
|
Параметры |
Значение |
|
|
Аналоговые выходы |
3 программируемых аналоговых выхода (4...20мА) с индивидуальной гальванической развязкой |
|
|
Дискретные входы |
8 программируемых входов с групповой гальванической развязкой |
|
|
Дискретные выходы |
4 |
|
|
Тип охлаждения |
принудительное воздушное |
|
|
Степени защиты оболочки |
IP54 |
|
|
Климатические условия для исполнения УХЛ4 |
при эксплуатации: температура от 0 до +40°С; относительная влажность 90% при 20°С (без конденсации влаги) |
|
|
при транспортировке: температура от -40 до +50°С |
||
|
Средняя наработка на отказ |
не менее 20000 часов |
|
|
Средний ресурс |
не менее 50000 часов |
|
|
Среднее время восстановления работоспособного состояния |
3 часа |
|
|
Срок службы |
8 лет |
|
