Выбор электродвигателей, трансформаторных подстанций и компенсирующего устройства технологических установок добычи нефти

Выбор электродвигателей, трансформаторных подстанций и компенсирующего устройства технологических установок добычи нефти

Курсовой проект

Выбор электродвигателей, трансформаторных подстанций и компенсирующего устройства технологических установок добычи нефти

1. Выбор электродвигателей для привода насосных установок

трансформаторный насосный станок качалка

Номинальная мощность P_ном электродвигателя выбирается из условия

Скважины №6,8,12 оборудованы станками-качалками (СК). Данные о требуемой мощности их привода приведены в таблице 2. Для привода СК выбираем общепромышленные АД серии 4А с повышенным пусковым моментом и перегрузочной способностью. Согласно номеру в списке группы 30 синхронную скорость принимаем равной n₁ = 1500 об/мин.

Скважины №7,11 оборудованы ЭЦН. Требуемую мощность их привода определяем по выражению

где Q - подача насоса (дебит скважины),

H - напор, развиваемый насосом (высота подъема жидкости),

γ - плотность жидкости,

η_нас - КПД насоса, согласно [1] при номинальной производительности равен 0,34-0,58. Выберем среднее значение 0,46.

Плотность добываемой жидкости

где α_в - коэффициент обводненности,

γ_в - плотность воды (1000 кг/м³),

γ_н - плотность нефти (700 кг/м³).

Для скважины №7

Аналогично для скважины №11

Требуемая мощность привода скважины №7

Аналогично для скважины №11

Для привода ЭЦН выбираем погружные ЭД серии ПЭД согласно условию.

Технические данные выбранных ЭД сведем в таблицу.

Технические характеристики выбранных ЭД

Расчет и построение механических характеристик АД

Для рассмотрения выбираем АД для скважины №8.

Скорость вращения ротора

Номинальное скольжение двигателя

Номинальный момент АД

Пусковой момент АД

Максимальный (критический) момент АД

Активная мощность, потребляемая двигателем из сети

Номинальный ток АД

Критическое скольжение АД

Момент, требуемый на валу АД

Наибольший момент сопротивления СК

Как видно, критический момент АД больше наибольшего момента сопротивления

Расчет механической характеристики АД  производится по формуле Клосса

Также используется зависимость

Механическая характеристика АД

Оценка возможности пуска АД при снижении напряжения сети

Для успешного пуска АД должно выполняться условие

Момент сопротивления при пуске для СК

Так как пусковой момент  то выбранный АД не проходит по условиям пуска. Выбираем двигатель 4А180S4 (см. таблицу 3 для скважины №6). Для него номинальный момент

Пусковой момент

- данный двигатель не проходит по условиям пуска. Выбираем двигатель 4А200М4. Произведем расчет.

Номинальный момент

Пусковой момент

Момент, требуемый на валу АД

Наибольший момент сопротивления СК

- условие пуска соблюдается.

Вращающий момент, развиваемый АД, пропорционален квадрату напряжения сети

Тогда момент, развиваемый АД при пониженном напряжении

Условие пуска соблюдается.

Аналогично проверим на условие пуска, двигатели других скважин.

Скважина №6

Номинальный момент

Момент, требуемый на валу АД

Наибольший момент сопротивления СК

- условие пуска не соблюдается, выбираем двигатель 4А180S4.

Номинальный момент

Пусковой момент

Момент, требуемый на валу АД

Наибольший момент сопротивления СК

- условие пуска не соблюдается, выбираем двигатель 4А180M4.

Номинальный момент

Пусковой момент

Момент, требуемый на валу АД

Наибольший момент сопротивления СК

- условие пуска соблюдается.

Скважина №12

Номинальный момент

Пусковой момент

Момент, требуемый на валу АД

Наибольший момент сопротивления СК

- условие пуска не соблюдается, выбираем двигатель 4А200М4.

Номинальный момент

Пусковой момент

Момент, требуемый на валу АД

Наибольший момент сопротивления СК

- условие пуска не соблюдается, выбираем двигатель 4А200L4.

Номинальный момент

Пусковой момент

Момент, требуемый на валу АД

Наибольший момент сопротивления СК

- условие пуска соблюдается.

2. Выбор трансформаторных подстанций

Выбор трансформаторных подстанций для станков-качалок

Для скважины №12 куста 2 выбираем комплектную трансформаторную подстанцию КТПСК-I. Для скважин №6,8 куста 1 выбираем комплектную трансформаторную подстанцию КТПСК-II.

Так как в кусте 2 одна скважина, оборудованная СК, то полная мощность, потребляемая из сети двигателем

Номинальная мощность трансформатора выбранной комплектной подстанции должна удовлетворять условию

По таблице П3 выбираем мощность трансформаторной подстанции

Произведем расчет полной мощности для куста 1.

где для обеих типов ЭД

По таблице П3 выбираем мощность трансформаторной подстанции

Выбор трансформаторных подстанций для установок с ЭЦН

Для скважины №7 куста 1 выбираем комплектную трансформаторную подстанцию КТППН с трехобмоточным трансформатором типа ТМТПН. Полная мощность, потребляемая из сети двигателем. Аналогично для скважины №11 куста 2.

По таблице П4 выбираем подстанцию КТППН3-63.

Проверим выбранные трансформаторы по диапазону регулирования рабочего напряжения. Диапазон регулирования U_ном должен соответствовать требуемому рабочему напряжению U_р.треб по условию

где

 - номинальное напряжение погружного двигателя,

 и - максимальное и минимальное значения рабочего напряжения вторичной обмотки трансформатора. Для скважины №7 по таблице П4 определяем

 - потеря напряжения в кабеле, по которому электрическая энергия подводится к погружному двигателю,

 - потеря напряжения в трансформаторе.

Потеря напряжения в кабеле определяется по выражению

где  - номинальный ток ПЭД,

 - длина кабеля в м, равная глубине скважины. Для скважины №7

 - удельное индуктивное сопротивление кабеля, равное 0,1 Ом/км,

 - удельное активное сопротивление кабеля в Ом/км, определяется по выражению

где  - средняя температура кабеля по всей длине, которая зависит от глубины скважины и температурного градиента, равного 0,03°С/м, в приближенных расчетах можно принимать

 - сечение жилы кабеля в мм², по таблице 3 выбираем

Тогда

Потеря напряжения в трансформаторе

где  - напряжение короткого замыкания трансформатора.

По таблице П5 находим для трансформатора ТМТПН-63

тогда для скважины №7 получаем

Таким образом, для скважины №5

что удовлетворяет условию

Следовательно, выбранная трансформаторная подстанция проходит по диапазону регулирования рабочего напряжения. Аналогичную проверку проведем для выбранных трансформаторных подстанций для скважин №7 и №9. Результаты приведены в таблице.

Проверка трансформаторов по диапазону регулирования рабочего напряжения

Схема электроснабжения скважин представлена на рисунке.

Схема электроснабжения нефтяных скважин

Выбор сечения жил электрического кабеля КЛ для подачи электроэнергии от КТПСК к двигателю станка-качалки

При небольшой длине кабельной линии сечение жил электрического кабеля выбирают из условия

где  - номинальный ток обмотки статора двигателя,

 - допустимый длительный ток кабеля.

Номинальный ток двигателя для скважины №8

По таблице 4 выбираем допустимый длительный ток

Ему соответствует сечение кабеля

Номинальный ток двигателя для скважины №6

По таблице 4 выбираем допустимый длительный ток

Ему соответствует сечение кабеля

Таким образом, для скважины №6 выбираем кабель ААШВ-3x10.

Номинальный ток двигателя для скважины №12

По таблице 4 выбираем допустимый длительный ток

Ему соответствует сечение кабеля

Таким образом, для скважины №10 выбираем кабель ААШВ-3x16

Выбор мощности батареи статических конденсаторов

Расчет производится по формуле

где - сумма номинальных мощностей двигателей, получающих электроэнергию от промысловой подстанции,

 - угол между током и напряжением до компенсации,

 - угол после компенсации.

Для рассматриваемой подстанции

Тогда

3. Расчет компенсирующего устройства компрессора

Цель: выбор мощности компенсирующего устройства компрессора и расчет экономии средств от его установки, а также выбор сечения кабелей для питания компрессоров (рисунок 7) [1].

Расчетная схема

Компрессоры оснащены двухскоростными двигателями с характеристиками, представленными в таблице.

Характеристики двигателей компрессоров

Расстояние от места расположения компрессорной до подстанции принимается равным 300 м. При этом применяется кабель алюминиевый, со способом прокладки по воздуху на конструкциях. Измеренный коэффициент загрузки двигателей принимается 0,93.

Допускается, что в отчетном году двигатель работал на малой мощности 2600 ч.

Сначала определяется полная мощность, потребляемая из сети:

Далее определяются ток сети:

Далее по рабочему току выбирается кабель ВВГ сечением 2×50 мм², для которого длительно допустимый ток 208 А. Прокладка 2 кабелей обеспечит прохождение тока.

Удельное активное и индуктивное сопротивления для выбранного кабеля соответственно равны r₀ = 0,39 Ом/км, x₀ = 0,06 Ом/км. После этого осуществляется проверка выбранного сечения на потери напряжения:

Рассчитывается мощность, потребляемая из сети в каждом режиме и потери напряжения для каждого режима:

Потери напряжения составляют 5% от номинального. Потери напряжения не должны превышать 5% от номинального значения, условие выполняется.

Далее находится мощность компенсирующего устройства и подсчитывается экономия от его применения.

При работе потребляемая реактивная мощность составляет 198,18 кВАр.

Рассчитаем потери мощности:

Далее определяются потери мощности в кабеле:

Тогда потери электроэнергии составят:

После этого рассчитывается общее потребление электроэнергии, тогда мощность в месте присоединения:

Тогда годовое потребление электроэнергии:

При компенсации реактивной мощности используется батарея конденсаторов суммарной мощностью 175 кВАр - КРМ - 0,4-175-4 с четырьмя ступенями регулирования:

Тогда потери мощности и электроэнергии соответственно составят:

Далее определяется суммарная экономия и время, за которое окупится установка данного компенсирующего устройства, при стоимости 82010 руб.:

Список использованной литературы

1 Анчарова Т.В., Рашевская М.А., Стебунова Е.Д. Электроснабжение и электрооборудование зданий и сооружений. - М.: ФОРУМ; НИЦ ИНФРА-М, 2012. - 416 с.

Шабанов В.А. Проектирование электротехнических комплексов нефтегазовой отрасли: Учеб. пособие. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. - 69 с.

Коршак А.А., Шаммазов А.М. Основы нефтегазового дела: Учебник для вузов. - Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2005. - 528 с.

Щуров В.И. Технология и техника добычи нефти. - М.: Недра, 2003. - 510 с.

Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. - М: Недра, 2000. - 487 с.