Энергомодуль для управления буровой установкой с частотно регулируемыми силовыми электроприводами

Электрооборудование буровых установок

Электротехнический комплекс современной буровой установки с электрическим приводом главных механизмов представляет совокупность подсистем, обеспечивающих выработку (при отсутствии централизованного электроснабжения), распределение, преобразование и использование электрической энергии, а также управление всеми указанными подсистемами, и включает:

  • распределительные устройства высокого напряжения;
  • силовые и преобразовательные трансформаторы;
  • электрические машины переменного и постоянного тока;
  • комплектные тиристорные устройства;
  • комплектные устройства управления, защиты и распределения электрической энергии низкого напряжения;
  • кабели и провода;
  • электрические источники света;
  • передвижные электростанции.

Структуры электротехнических комплексов, несмотря на многообразие схем буровых установок, предопределенное широким спектром требований к глубинам бурения, назначению и условиям эксплуатации, могут быть сведены к двум типовым схемам, применение которых на установках различных исполнений сводится к количественному изменению параметров используемого электрооборудования.

Типовая структура электропривода переменного тока для установок с централизованным электроснабжением (рисунок) ориентирована на применение частично регулируемых электроприводов главных механизмов, позволяющих формировать пусковую характеристику и обеспечивать экономичное регулирование частоты вращения в ограниченном диапазоне.

Типовая однолинейная схема электротехнического комплекса буровой установки с электроприводом переменного тока:

  • КРУ — комплектное распределительное устройство высокого напряжения;
  • ТV — силовые понижающие трансформаторы;
  • МЛ, МН, МР, МП — электродвигатели соответственно лебедки, буровых насосов, ротора, регулятора подачи долота;
  • ЭМТ — электромагнитный тормоз;
  • АВК — асинхронный вентильный каскад;
  • ТРС — тиристорный регулятор скольжения;
  • ТПР, ТПП — силовые тиристорные преобразователи соответственно ротора и регулятора подачи;
  • ТВ — тиристорные возбудители;
  • А2 — шкафы управления электроприводами вспомогательных механизмов

Типовая структура электропривода постоянного тока для установок с централизованным и автономным электроснабжением (рисунок) ориентирована на применение глубоко регулируемых электроприводов главных механизмов на базе электродвигателей постоянного тока и силовых тиристорных преобразователей.
Энергетический блок в неэлектрифицированных районах представляет набор дизель-электрических агрегатов переменного тока, а в электрифицированных — набор ячеек комплектного распределительного устройства и трансформаторов, понижающих напряжение сети до необходимого уровня.

Электрооборудование, входящее в состав электротехнического комплекса, является либо изделиями конкретного назначения, т. е. разработанными по индивидуальным техническим требованиям и имеющими один основной вариант применения, либо относится к продукции общепромышленного назначения.
В каталоге, как правило, приводятся сведения только об электрооборудовании конкретного назначения.

Типовая однолинейная схема электротехнического комплекса буровой установки с электроприводом постоянного тока:

Д — дизель; G — генератор переменного тока; ФКУ — фильтрокомпенсирующее устройство; ТП — силовые тиристорные преобразователи в прямоугольнике (топкие линии); А1 — комплектное устройство с силовыми переключателями постоянного тока. (Остальные обозначения см. предыдущий рисунок)

Набор электротехнических средств, используемых на установках с дизельным приводом главных механизмов, полностью входит в комплект установок соответствующего класса с электроприводом и обычно относится к изделиям общепромышленного назначения, поэтому сведения об этом электрооборудовании в каталоге не приводятся.

Для питания электроприводов вспомогательных механизмов буровой установки с дизельным приводом последняя обычно комплектуется 2 мя дизель-электрическими агрегатами мощностью по 200 кВт каждый.
Принципиальная схема электрооборудования предусматривает возможность использования полной мощности каждого агрегата в отдельности для питания всех потребителей электроэнергии, а также предусматривает параллельную работу дизель-генераторов.
Этим обеспечивается резервирование электроснабжения при необходимости остановки 1 агрегата, а также распределение нагрузки на 2 дизель-генератора при подключении дополнительных потребителей.
Для резервного электроснабжения установок с централизованным электроснабжением устанавливается 1 дизель-электрический агрегат.

Выработанная электроэнергия с генератора поступает на панель управления, а затем передается в шкафы управления электроприводами вспомогательных механизмов. Питание потребителей осуществляется через автоматические выключатели, расположенные в шкафах управления.

Номенклатура основного электрооборудования новых серийных буровых установок (ГОСТ 16293-82) с электрическим приводом главных механизмов представлена в табл. 34.

В каталоге не рассматривается электрооборудование установок индивидуального производства для специальных условий бурения (за исключением электрических машин для установок морского бурения), а также аппаратура, встраиваемая в комплектные устройства управления, и электрооборудование систем контроля процесса бурения.

Электротехнические изделия для установок наземного бурения выпускаются в климатических исполнениях У (для макроклиматических районов с умеренным климатом) и УХЛ (для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом) с температурой воздуха при эксплуатации (при категориях размещения 1, 2 и 3) от +40 до -45 ?С и от +40 до -60 о С соответственно.
Высота над уровнем моря — до 1000 м, относительная влажность воздуха 80% при температуре +20 о С.
Окружающая среда не должна содержать взрыво- и пожароопасных, а также значительного количества агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы, изоляцию, покрытия.

Читайте также:  Форд фокус 2 магнитола с алиэкспресс установка

Категории размещения оборудования (ГОСТ 15150-69) предусматривают эксплуатацию на открытом воздухе, в помещениях, где колебания температуры и влажности несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе, или под навесом, или в закрытых помещениях, с естественней вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий.

Сведения о степени защиты, а также о некоторых других особенностях условий эксплуатации и конструктивного исполнения приведены в табл. 35.

Для обозначения степени защиты применяются латинские буквы 1Р и следующие за ними две цифры (ГОСТ 14254-80).
Первая цифра обозначает степень защиты персонала от соприкосновения с находящимися под напряжением частями и с движущимися частями, находящимися внутри оболочки, а также степень защиты от попадания внутрь твердых посторонних тел.
Вторая цифра обозначает степень защиты от попадания воды. «Прочерк» в табл. 35 означает, что данный параметр техническими условиями не регламентируется.

Источник



Системы управления буровыми насосами

субн1

Система управления применяется в составе мобильных и стационарных буровых установок и служит для автоматизированного управления приводами буровых насосов с заданной частой вращения, а также для управления вспомогательными электродвигателями насосной установки.

Автоматизированная системы управления блоком насосным (АСУ БН) выполняет следующие функции:

  • автоматический запуск (в том числе под нагрузкой) и остановка оборудования (в том числе систем смазки и орошения штоков) МН по соответствующим алгоритмам;
  • автоматического отключения по соответствующим алгоритмам оборудования МН в аварийных ситуациях, определение первопричины аварийной ситуации и выдач соответствующего сообщения на панель оператора;
  • выдачи управляющих воздействий на преобразователь частоты электропривода бурового насоса;
  • автоматическое поддержание заданного давления в нагнетательной линии путем изменения оборотов главного двигателя;
  • включения/выключения отопления и освещения модуля АСУ БН;
  • архивацию параметров работы модуля АСУ БН (в том числе систем смазки и орошения штоков) с возможностью отображения в функции от времени;
  • обводную, аварийную схему управления бурового насоса, «аварийный режим» от специального ключа.
  • аналитический расчет числа двойных ходов в минуту.
  • Самодиагностика исправности АСУ
  • Учет времени наработки основного оборудования и потребляемой электроэнергии.

Комплектность системы управления

Привод насоса без электродвигателя (рама, подшипниковые опоры, муфта, ведущий шкив, натяжное устройство)

Контейнер утепленный 3200х3200х12000мм с системой климат-контроля, пожарной сигнализации, освещения, с панелями разъемов

Сухой трансформатор 2500 кВА, 6/0,69/0,69 кВ

Частотно-регулируемый привод с выключателем и предохранителями

Шкаф управления буровыми насосами с аппаратурой для управления вспомогательным электрооборудованием насосов U=0,4 кВ (МСС), на базе контроллера (на выбор) с программируемым терминалом

Пульт управления бурового насоса

Выносной пульт управления на посту бурильщика (взрывозащищенный)

Комплект поверенных датчиков

Комплект кабельной продукции с герметичными разъемами быстрого соединения

Комплект эксплуатационной и разрешительной документации

Схема

Системы управления буровыми насосами могут изготавливаться для приводов буровых насосов серии УНБ-600(А), УНБТ-950, УНБТ-1180, а также насосов серии F 800 — F 1600.

Комплекс управления спроектирован и изготовлен для работы в условиях крайнего севера. Климатическое исполнение «У» категории размещения 3 по ГОСТ 15150-69 (температурный диапазон от — 40°C до + 45°С) на месторождениях с содержанием сероводорода до 6%. Температура хранения – — 60 + 55°С.

Технические характеристики электропривода:

  • Мощность: 1000-1400 кВт
  • Режим работы: длительный, без перегрузок
  • Электродвигатель: тип – асинхронный с КЗ ротором; 1000 – 1400 кВт, 690 В, 810/2200 об/мин, номинальный ток 1080 А
  • Диапазон регулирования скорости двигателя: 0 — 1000 об/мин

Управление электроприводом буровых насосов может производиться:

  • с пульта управления насосами;
  • с пульта бурильщика с использованием автоматизированной микропроцессорной системы управления;
  • вручную с двери приводного блока из контейнера КТУ.

При разработке системы управления использован принцип модульности и взаимозаменяемости элементов системы. Восстановление работоспособности системы при отказах производится, как правило, путем замены элементов на аналогичные из комплекта ЗИП. Такой принцип построения системы позволяет повысить ее ремонтопригодность, надежность и безотказность.

Источник

Системы управления буровыми установками

Буровая установка представляет собой сложный комплекс различных машин и механизмов, обеспечивающих выполнение разнообразных технологических операций при проводке сква­жин. Эффективность работы этого комплекса зависит от экс­плуатационных качеств, маневренности, четкости и надежности работы всех его элементов. Важную роль в комплексе играет система управления.

Системы управления обеспечивают:

пуск, остановку и регулировку работы двигателей;

Читайте также:  Какой выбрать пункт при установке 7

включение и выключение трансмиссий, которые блокируют двигатели, приводящие буровые насоса, ротор или лебедку;

включение и выключение буровых насосов, лебедки, ротора, механизма подачи и тормозов (гидравлического, электрического и ленточного); изменение частоты вращения барабана лебедки, насосов и ротора; включение и выключение устройств для свинчивания и раз­винчивания бурильных труб;

управление работой ключей, клиньев и других механизмов при отвинчивании и установке бурильных свечей в магазин в процессе спуска и подъема колонны;

управление оборудованием для герметизации устья скважи­ны при бурении и проявлениях газа;

включение и выключение компрессора, вспомогательной ле­бедки или насоса, осветительной установки, устройств для очи­стки и приготовления бурового раствора и других вспомогатель­ных механизмов.

Для приведения в действие органов управления используют­ся различные виды энергии: в системах ручного механического управления -сила оператора; в пневматических, гидравличе­ских и электрических системах -энергия сжатого воздуха, жид­кости или электричества.

Система управления состоит из двух типов органов: управ­ляющих функциями главных и вспомогательных исполнитель­ных механизмов и аппаратуры, сигнализирующей оператору или регистрирующей результаты исполнения команды.

Система управления (рис. XI. 1) содержит пять основных органов:

•1 — воспринимающий команду (кнопка, рукоятка, рычаг, пе­даль и др.), на который воздействует оператор — человек, про­граммирующее устройство или микропроцессор;

•2 — промежуточный, передающий команду к исполнительным механизмам с использованием внешней энергии: тяги, трубопро­вода, электрокабеля и др.;

•3 — исполнительный, воздействующий на механизм, выпол­няющий технологическую функцию: муфта сцепления, золотник, кран и др.;

•4 — фиксирующий или ограничивающий исполнение коман­ды: защелка, концевой выключатель, стопор и др;

•5 — обратная связь, информирующая оператора об исполне­нии команды или заданного режима работы: измерительный прибор, манометр, термометр, динамометр, световая или звуко­вая сигнализация.

В буровых установках применяется три вида систем управ­ления:

централизованная — расположенная у поста бурильщика и позволяющая ему управлять основными исполнительными меха­низмами: лебедкой, насосами, ротором, превенторами и др.;

индивидуальная или местная — расположенная вблизи того или иного агрегата;

смешанная—позволяющая управлять агрегатом как с поста бурильщика, так и непосредственно около агрегата; например, ДВС с суммирующей трансмиссией могут управляться дизели­стом или бурильщиком и др.

Всеми устройствами управляют с постов бурильщика, дизе­листа или с пульта, расположенного вблизи того или иного агрегата (оборудования). В соответствии с выполняемыми функциями цепи управления подразделяются на независимые и взаимосвязанные. Независимые цепи применяют в тех случаях, когда устройства не связаны друг с другом, например, включение лебедки, насосов, ротора. Взаимосвязанные (сблокированные) системы управления используют, когда недо­пустимо одновременное включение нескольких движений, напри­мер, одновременное включение прямого и обратного вращения ротора или двух скоростей лебедки.

В связи со сложностью и многообразием функций, выполняе­мых механизмами для обеспечения маневренности, быстроты и удобства манипулирования, в буровых установках применяют комбинированные системы управления, позво­ляющие наиболее полно удовлетворить все требования.

Степень совершенства системы управления зависит от ее качеств, главными из которых являются:

мощность, усилие или крутящий момент для осуществления операций управления;

легкость, маневренность и автоматизм органов, на которые воздействует оператор и которые осуществляют исполнение ко­манды.

Совершенство системы управления зависит как от конструк­ции органов системы управления, так и от рабочей позы бу­рильщика и усилий, затрачиваемых им в процессе управления. Неудобство позы рабочего, необходимость приложения больших усилий вызывают быстрое утомление рабочего и снижают его производительность. Усилие, затрачиваемое рабочим на мани­пуляции рычагами, обычно не более 30-50 Н, тормозной руко­яткой- не более 150 Н, ножными педалями и редко переклю­чаемыми рычагами — не более 100-200 Н. Давление рукоятки, кроме тормозной, обычно осуществляется в течение нескольких секунд и неутомительно для бурильщика. Рукоятки и педали располагают так, чтобы ими было удобно пользоваться без изменения рабочей позы и места бурильщика.

Четкость, стабильность и мнемоничность управления обеспе­чиваются тем, что каждая команда соответствует определенной функции и не вызывает изменения положения других органов управления. Величина хода, например, рукоятки, при включе­нии и выключении должна быть всегда одинакова и стабильна при каждом повторении команды.

Мнемоничность управления обеспечивается таким располо­жением органов управления, при котором оператор освобожден от излишнего напряжения памяти. Оператор не должен каждый раз вспоминать, где находится тот или иной рычаг управления, в какую сторону и на какое расстояние следует его передвинуть или повернуть, чтобы включить или выключить, например, ключ для свинчивания или развинчивания бурильных замков.

Читайте также:  Парящий натяжной потолок сумма трех технологических составляющих

Направление движения руки оператора должно совпадать с направлением движения механизма. При вертикальном рас­положении рычага, например тормозного, торможение осуще­ствляется движением рычага вниз, так как при этом удобнее приложить к усилию руки еще вес тела рабочего, а при растормаживании наоборот. При горизонтальном расположении рыча­гов включение, требующее большого усилия рабочего, осуществ­ляется поворотом рычага «на себя», а выключение — «от себя». Штурвалы при включении обычно вращают «от себя», а при выключении — «на себя». Педальное управление при рабочей позе стоя осуществляется только в механизмах, требующих эпизодического включения. Включение осуществляется нажати­ем педали «вниз», а выключение — «вверх». При кнопочном управлении — верхняя кнопка «пуск», а нижняя «стоп».

Пульт бурильщика снабжается табличкой с указанием на­правления движения каждой кнопки или рычага и выполнения ими функций. Надписи должны быть четкими, хорошо освещать­ся и легко читаться без изменения рабочей позы оператора. Прогрессивность, мягкость и гибкость — важные качества систем управления. Прогрессивность обеспечивает безударность и мягкость включения за счет того, что полное усилие на органе управления возникает не сразу, а с некоторым запаздыванием, а затем быстро и энергично возрастает до требуемой величины, осуществляя включение без рывков и ударов. Например, в лен­точных тормозах, буровых лебедок применяют кулачковые или рычажные механизмы, с помощью которых передаточное отно­шение изменяется по мере поворота рычага. Это обеспечивает прогрессивное увеличение тормозного усилия.

Быстродействие системы управления — важное качество для таких механизмов, как подъемная система буровых лебедок, вы­полняющая массовые, часто повторяющиеся операции при СПО. При этом оператор должен всегда знать или видеть, что его команда выполнена точно.

Структурная прочность органов системы управления и их конструкция выполняются такими, чтобы не происходило изно­са и деформации их элементов в процессе работы, монтажа, демонтажа и транспортировки буровой установки, приводящих к нарушению точности и четкости управления.

Безопасность системы управления обеспечивается хорошим расположением органов управления, легкостью их обслужива­ния, соблюдением необходимых расстояний, хорошей освещен­ностью, легкостью и удобством манипулирования. Все это ис­ключает возможность травматизма обслуживающего персонала и порчу оборудования.

Источник

Энергомодуль для управления буровой установкой с частотно регулируемыми силовыми электроприводами

Блок управления электроприводами буровой установки (далее блок управления) изготавливается для мобильной и стационарной буровых установок с электрическим частотно-регулируемым приводом.

В состав модуля блока управления включены:

  • Водная ячейка с вакуумным выключателем и релейной защитой МТЗ и ТО, а так же с группой учета электрической энергии;
  • Две ячейки отходящих линий для подключения трансформаторов 2500 кВА (питание приводов лебедки 800 кВт и ротора 400кВт) и 800 кВт (питание верхнего привода). Камеры отходящих линий укомплектованы выключателями нагрузки, предохранителями соответствующей величины, заземляющими ножами;
  • Сухой трансформатор с литой изоляцией мощностью 2500 кВА;
  • Кабельных лотков;
  • Шкафы выпрямителя;
  • Шкаф регулировки скоростей лебедки (800 кВт, 600В) с тормозным прерывателем и резистором;
  • Шкаф регулировки скоростей ротора (600 кВт, 600В);
  • Шкаф управления скоростью аварийного привода (37 кВт, 400В) с тормозным прерывателем и резистором;
  • Шкафы управления вспомогательным оборудованием буровой установки (гидростанция, освещение, обогрев,вентиляторы охлаждения и т.д.);
  • Шкаф с микроконтроллерным оборудованием для управления и контроля технологических параметров работы буровой установки (с возможностью дистанционного обмена данными с верхним уровнем управления);
  • Система освещения и поддержания микроклимата в отсеке управления;
  • Шкаф с разъемами для подключения низковольтных потребителей буровой установки;
  • Шкаф для документации, шкаф для хранения электротехнических средств и ЗИП;

4. Техническое и программное обеспечение, необходимое для тестирования и диагностирования;

Контейнер изготовлен в климатическом исполнении У категория 1 согласно ГОСТ 15150-69 (oт-40 до +40). Имеет приспособления для закрепления его на транспортной платформе (фитинги) аналогичные креплениям стандартных автомобильных контейнеров. Выдерживает транспортирование в соответствии с условиями «С» по ГОСТ23216-78.

На период транспортирования и хранения оборудование контейнера должно подвергаться консервации. Консервация должна обеспечить сохранность оборудования по условиям транспортирования «С» согласно ГОСТ23216-78.

При разработке и изготовлении контейнера должны быть соблюдены все требования ПУЭ, ПТЭЭП, ПБ 08-624-03 Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности, а также требования стандартов системы безопасности труда.

Источник