Повышение качества электроэнергии в системе электроснабжения приводов буровых установок

© М.А. Апраксин, A.B. Минеев, 2012

М.А. Апраксин, A.B. Минеев

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ B СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРИВОДОВ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Рассмотрены актуальные на сегодняшний день проблемы электропривода буровых установок, качество электроэнергии в системе электроснабжения и применение фильтрокомпенсируюших устройств.

Ключевые слова: электропривод буровой установки, ФКУ, электроэнергия.

Электроэнергия — это продукт производства, и как всякий продукт он должен обладать определённым качеством. Однако рост нелинейных потребителей обострил вопрос качества электроэнергии, а в частности таких показателей как, искажение синусоидальности напряжения сети и ухудшение коэффициента мощности потребителей.

К потребителям, ухудшающим качество электроэнергии, относятся электротехнические комплексы многих промышленных объектов, которые характеризуются применением системы нескольких вентильных электроприводов постоянного тока, получающих энергию от источника питания, мощность которого соизмерима с мощностью электроприводов. Это обстоятельство приводит к тому, что вентильные электроприводы постоянного тока и источник энергии образуют систему соизмеримой мощности, которой присущи следующие особенности:

• низкий коэффициент мощности;

• значительное отклонение;

• напряжения сети от номинального;

• искажение синусоидальной формы напряжения.

Выше перечисленные особенности отрицательно влияют как на показатели характеристик самих электроприводов, так и на работу другого электрооборудования. Увеличиваются потери электроэнергии в электрооборудовании, сокращается срок службы электроприёмников за счёт дополнительного старения изоляции, увеличивается погрешность электроизмерительных приборов, ухудшается работа систем автоматики.

Типичным примером таких объектов являются современные отечественные буровые установки для разведочного и эксплуатационного бурения на нефть и газ, для главных технологических механизмов которых применяются электродвигатели постоянного тока, получающие питание от трехфазных мостовых тиристорных преобразователей. При этом возможно два варианта поступления электроэнергии. При наличии централизованного электроснабжения электроэнергия на общие шины поступает через один или два параллельно включённых трансформатора от местной линии электропередачи. На буровых установках, которые эксплуатируются в тех местах, где централизованное электроснабжение отсутствует, питание осуществляется от синхронных генераторов, приводимых в движение дизелями.

Для электротехнических комплексов буровых установок, оснащённых системой ТП-Д, на практике имеют место все проблемы питания от источника энергии соизмеримой мощности: низкий коэффициент мощности тиристорных преобразователей (0,5—0,6); заметное увеличение до 20 % коэффициента искажения синусоидальной формы напряжения сети значительное снижение напряжения при питании от относительно слабой линии. Из-за низкого качества электроэнергии, если не принимать специальных мер, нормальная эксплуатация буровых установок затруднительна.

Решением проблемы повышения качества электроэнергии в системе электроснабжения соизмеримой мощности, содержащей электроприводы с полупроводниковыми преобразователями, является применение фильтрокомпенсирующего устройства или в дальнейшем ФКУ.

Проектирование и выбор ФКУ для ЭТК БУ с регулируемым электроприводом существенно затрудняется из-за следующих специфических особенностей работы буровой установки:

• переменный характер нагрузок от относительно спокойных режимов бурения до повторно-кратковременных при спуске и подъеме бурильной колонны;

• значительные изменения уровня максимальных нагрузок в зависимости от текущей глубины скважины;

• изменение числа работающих электроприводов при проходке скважины;

• зависимость длины питающей линии от места нахождения буровой установки;

• изменение числа параллельно работающих синхронных генераторов при автономном электроснабжении.

Ещё более сложная ситуация возникает на отдалённых месторождениях, где питание буровых установок осуществляется от местных маломощных электрических сетей, без строительства новых ЛЭП. Наиболее рациональный выбор ФКУ должен обеспечить существенный технико-экономический эффект за счет экономии капитальных затрат.

ФКУ обеспечивает требуемый коэффициент мощности, допустимые значения отклонения напряжения и коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения. Однако приобретение ФКУ требует дополнительных инвестиций. Поэтому необходимо иметь методику технико-экономической оценки эффективности дополнительных затрат на ФКУ, учитывающую особенности работы регулируемых электроприводов буровых установок.

Рассмотрим пример ФКУ использующегося на БУ 2500/160 ЭПК БМ

Низковольтное комплектное фильтрокомпенсирую-щее устройство ФКУ-2500ЭП

ФКУ обеспечивает следующие показатели качества электроэнергии (ГОСТ 13109—87): средневзвешенный коэффициент мощности при работе буровой установки БУ2500/160 — не менее 0,8; длительное отклонение от номинального напряжения на шинах низкого напряжения источника электроснабжения мощностью не более 2,5 мВ/А, вызванное колебаниями реактивной мощности — не более 5 %; величину коэффициента несинусоидальности напряжения на стороне 6 кВ в установившихся режимах работы — не более 8 %.

Условия эксплуатации. Климатическое исполнение и категория размещения УХЛЗ (ГОСТ 15150—69), диапазон рабочих температур -60...+40 °С. Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных паров и газов в концентрациях, снижающих параметры изделий в недопустимых пределах.

Степень защиты 1Р31, 1Р11.

Воздействие механических факторов (ГОСТ 17516—72): МЗ — при эксплуатации, М18 — при транспортировании.

Конструктивное исполнение. Изделие состоит из шкафа ФКУ и ящика трансформаторов тока, монтируется в металлическом вагоне. В схеме ФКУ предусмотрено освещение и обогрев шкафа.

Обслуживание шкафа — одностороннее.

Габаритные размеры — не более: шкаф — 2200х 2800x800 мм; ящик 400х350х300 мм; масса соответственно 1450 и 50 кг.[1].

Учитывая, чтоотрасли нефтегазового комплекса традиционно занимают ведущее место в экономике нашей страны и многие годы вносят решающий вклад в производство энергоносителей, как для покрытия спроса российских потребителей, так и экспортных поставок в Дальнее и Ближнее Зарубежье. И это влечет за собой дальнейший рост числа буровых установок с регулируемым электроприводом, то повышение энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок является актуальной научной проблемой, имеющей важное энергоэкономическое инароднохозяйствен-ное значение.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Деловой журнал ТОРНЕРТЕСЛ2, http://topneftegaz.ru

2. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. Заведений 3-е изд., перераб. —/I: Энергия, 1978. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Апраксин М.А. — аспирант,

Минеев А.В. — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа, www.sfu-kras.ru.