Новые технологии и современное оборудование в электроэнергетике нефтегазовой промышленности =: New technologies and modern equipment in electrical power plants of oil and gas industry 9785836502836

Citation preview

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУдОВАНИЕ

В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

НЕФТЕГАЭОВОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

NEW

TECHNOLOGIES AND MODERN EQU1Prv1ENТ

IN

EL.EC'ТRCAL

PL.ANТ5 GдS INDUSТRY

PONER

OF OIL ANO

I.V. Belousenko G.R. Shvarts S.N. Velikiy M.S. Ershov A.D. Yarizov

NEW TECHNOLOGIES AND MODERN

EQUIPMENТ IN ELECTRICAL POWER PLANTS OF OIL AND GAS INDUSТRY

El MOSCOW

NEDRA 2007

И.В. Белоусенко Г.Р. Шварц С. Н. Великий М.С. Ершов А.Д. Яризов

HOBbiE ТЕХНОЛОГИИ И СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУдОВАНИЕ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

НЕФТЕГА80ВОЙ

ПРОМЫШЛЕННОGГИ

El МОСКВА НЕДРА

2007

у/!$.

ББК

(622.323+6.22.324) :621.3 13(075) 31.29 Б43

Б43

Белоусеико И.В., Шварц Г.Р., Великий С.Н., Ершов М.С., Яризов А.Д. Новые технологии и современное оборудование в электроэнергетике нефтегазовой промышленности. М.: 000 «Недра-Бизнесцентр», 2007. - 478 с. ил.

ISBN 978-5-8365-0283-6 Рассмотрены основные типы электростанций собственных нужд. комплектные распределительные устройства на напряжение до и выше 1000 В, отечественная и зарубежная коммутационная аппарату­ ра нового поколения, источники бесперебойного питания, автомати­ зированные системы контроля и управления энергопотреблением, применяемые в нефтегазовой промышленности. Приведены сведения о современных полупроводниковых прибо­ рах, схематехнике силовых полупроводниковых преобразователей энерrии и области их применении в регулируемых электроприводах, а также в устройствах плавного пуска электроприводов технологиче­ ских установок нефтеrазовой промышленности. Для инженерно-технических работников, связанных с проектиро­ ванием и эксплуатацией электротехнических установок и комплекоов нефтеrазовой промышленности. Может быть полезна студентам элек­ тротехнических специальностей нефтегазовых вузов и факультетов, а также слушателям учебных центров повышения квалификации ин­ женерно-технических работников нефтеrазовой промышленности.

Belousenko I.V., Shvarts G.R., Velikiy S.N., Ershov M.S., Yarizov A.D. New Technologies and Modern Equipment in Electrical Power Plants of Oil and Gas Industry. Consideration is given to the main types of electric power stations used for own needs, complete distributing devices operating at voltage 1000 V and more, domestic and foreign commutation devices of а new generation, continuity power supplies, automated systems for monitoring and controlling power consumptiotJ., which are used in gas industry. Also present is the information on modem semiconductor devices, schemes of semiconductor energy transformers together with information on the areas of application of such devices in regulated electrical drivers and in soft start devices in electrical drivers technological plants of gas industry. · Recommended to engineers and technicians, dealing with design and exploitation of electrical engineering plants and oil and gas industry facilities. Мау Ье also useful for students of electrical engineering specialty in oil and gas high educational institute and departments. Helpful for training and upgrading the skill of specialists engaged in oil and gas industry. ISBN 978-5-8365-0283-6

© ©

Белоусеяко И.В .. Шварц Г.Р., В~кий С.Н., Ершов М.С., Яризов АД.. 2007 Оформление. 000 >. Для питания привода может использоваться переменный

или постоянный ток на напряжение 48- 11 О- 125- 220 В или 24-30-48-60-110-125-220 В соответственно. Ток отклю­ чения равен 1О А при напряжении 220 В переменнаго тока или 1,5 А nри напряжении 220 В nостоянного тока. Ячейка типа DI серии MCset, предназначенная для пита­ ния трансформатора малой мощности (например, первичный

трансформатор для собственных нужд КРУ), оснащены элега-

59

Рис.

2.6.

Принцип работы выключателя наrрузки в процессе

ero

отключе­

ния:

а

-

выключатель

включен;

б

выключатель выключен;

-

в

-

выключатель

заземлен

зовым выключателем нагрузки типа

TF

в комплекте с приво­

дом типа Cl2. В выключателе TF три вращающихся контакта помещены в оболочку, заполненную газом под относитель­ ным давлением 0,4 бар (0,04 МПА). Принцип работы выклю­

2.6.

чателя нагрузки при отключении показан на рис. усилить охлаждение дуги,

относительно

ее

Чтобы

создается движе­

ние элегаза. Взаимодействие электрического тока и магнит­ ного

поля

круг

неподвижного

постоянного магнита вызывает вращение дуги контакта,

ее

охлаждение

и

во­

растяжение

вплоть до гашения при прохождении тока через ноль. Систе­ ма гашения дуги проста и надежна, что обеспечивает высо­ кую электрическую прочность и малый износ контактов вы­

ключателя нагрузки.

Выключатели нагрузки

предохранителями типа

Fusarc.

В табл.

2.7

TF

оснащаются

приведены данные

для выбора параметров предохранителей для защиты транс­

форматоров мощностью от В

цепях измерения,

пользуются

25

1250

до

контроля

и

кВ·А.

MCset

защит ячеек

многофункциональные

датчики

тока,

ис­

обычные

трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Таблица

2.7

Данные для выбора предохранителей защиты трансформаторов мощностью 25-1250 кВ·А Значения номинальных токов, А. при защите трансформаторов указанной мощности, кВ·А

Напряжение, кВ

60

25

50 100 125

б

10

!б

25

32

40

50

50

63

во

100

-

-

-

-

10

б

б

16

16

25

25

32

40

50

50

б3

во

во

100

1б0

200 250 315 400 500

бЗО

800 1000 1250

Многофункциональные датчики тока типа танные фирмой

Merlin Gerin,

CSP,

разрабо­

основаны на принципе катушки

Роговского. Специальные методы намотки обмоток и отсуrст­ вие магнитного сердечника позволяют избежа:гь явления на­

сыщения и остаточного потока. Таким образом, будучи пол­

ностью линейными, они передают на вторичную обмотку сигналы,

не искажая стационарные и переходные процессы в

первичной обмотке. По сравнению с обычными трансформа­ торами у многофункциональных датчиков тока значительно

шире диапазон первичных токов. Кроме того, всего четыре типа датчика обеспечивают возможность перекрытия широ­

кого диапазона первичных токов

-

от

Обычные трансформаторы тока на

30 до 2500 А 1 А или 5 А

вторич­

ного тока доnускают силу тока первичной обмотки от

10

3000

типами

А

Устройство

трансформатора дер»

разработала

Sepam

тока.

nрименяется

Тем

перечень

не

менее

со

всеми

компания

трансформаторов тока,

шим образом совместимых с

А до

«Шней­ наилуч­

цифровыми устройствами за­

щиты.

Трансформаторы

MCset,

напряжения,

применяемые

VRQ3 - с наnряжения для

выпускаются в двух вариантах:

лированным

вводом высокого

в

ячейках

одним изо­ включения

между нейтралью и фазным nроводам в трехфазной сети че­ рез выкатной предохранитель; ными

VRC 1 -

вводами высокого напряжения

с двумя изолирован­ для

включения меж­

ду фазными проводами. Для защиты от замыкания на землю

используется тороидальные трансформаторы тиnов и

CSH 200.

CSH 120

Они отличаются только диаметром.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО УСТРОЙСТВАМ ЗАЩИТЫ, КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ СЕРИИ SЕРАМ

В устройствах серии

Sepam

используются цифровые тех­

нологии, которые при выполнении функций защиты, контро­ ля

и

управления

обесnечивают

ряд nреимуществ,

изложен­

ных ниже.

Готовность к работе Использование

передовых

методов

самотестирования

и

самодиагностики обеспечивает полный контроль за состояни­ ем самого устройства. Обслуживающий nереопал nостоянно nолучает информацию о состоянии устройства, отnадает не­ обходимость в проведении периодических nроверок. На слу-

61

чай повреждения имеются эффективные средства вмеша­ тельства. Риск эксплуатации установки с неисправной релей­ ной защитой сведен к минимуму.

Снвженне общей стонмости

Интеграция

всех функций,

необходимых для

управления объектом в одном блоке,

защиты и

позволяет обеспечить

более рациональную эксплуатацию, оптимизировать техниче­ ские характеристики и снизить общую стоимость устройства при

улучшении

технических

характеристик

и

качества

об­

служивания.

Снижение затрат обеспечивается: на этапе разработки путем выбора блоков, готовых к эксплуатации без детального проектирования;

на

вспомогательных

реле,

этапе

-

установки

а также

путем

измерительных

интеграции

приборов

устройств сигнализации; на этапе ввода в действие даря

простоте

монтажа

и

наладки;

на

этапе

-

и

благо­

эксплуатации

-

благодаря дистанционному управлению и облегченному дос­ тупу к информации; на этапе технического обслуживания благодаря уменьшению профилактических работ.

Гибкость Встроенный в

Sepam 2000

программируемый контроллер

позволяет адаптировать устройство к любым возможным ти­ пам логики управления и стандартам применения для защиты

контроля и управления подстанций, сборных шин, трансфор­ маторов,

Каждое

двигателей,

устройство

конденсаторных

располагает

батарей,

полным

генераторов.

набором

функций

релейной защиты, измерений, управления, контроля и сигна­ лизации, необходимых для соответствующего стандарта при­

менения.

Характеристики релейных защит имеют широкий

диапазон настройки и могут быть адаптированы к любой ло­ гике

защиты.

Логика

защиты

может быть изменена

путем

смены картриджа с постоянным запоминающим устройством

(ПЗУ).

Наличие функции логической селективности позволя­

ет уменьшить время отключения при аварии в защищаемой установке независимо от величины ступени селективности по

времени или типа защитной характеристики. Такой принцип позволяет

задавать

выдержку

времени

на

стороне

питания

более короткую, чем на стороне потребления, при сохране­ нии селективности срабатывания.

62

ПромыiiiЛенная серия устройств вые модели:

Sepam 1000

и

Sepam включает две базо­ Sepam 2000, технология производ­

ства которых сертифицирована по международному стандар­

ту IS09001 и включает цикл температурных и вибрационных испытаний. Наряду с указанными Sepam включает серию дополнительных модулей

Sepam 100

следующих типов:

защита в фазах и защита от замыканий на землю с независимой выдержкой времени без вспомогательного пи­

LA -

тания;

обработка информации от контактов термостата и

RT -

газового реле трансформаторов;

MI -

Ш

дифференциальная защита;

управление и сигнализация о состоянии коммутаци­

онного аппарата.

Эти

модули

могут устанавливаться Sepam 1000 или

как

Устройство серии

Sepam 1000

отдельно,

так и

Sepam 2000.

вместе с устройствами

является модулем, исполь­

зующим наиболее распространенные схемы защиты, не тре­ бующие автоматики и дистанционного управления, и имеет стоимость. Существует несколько типов Sepam адаптированных к применению со следующим электро­ оборудованием: фидер; сборные шины; трансформатор; элек­ тродвигатель. Каждый тип имеет несколько видов защит, не­ невысокую

1000,

обходимых для данного применения,

а также обеспечивает

необходимые измерения. Например, тип МО2, предназначен­ ный для электродвигателей, обеспечивает измерения: фазного тока,

максимального значения

фазного тока, тока отключе­

ния, тока небаланса, числа пусков, числа часов работы. Уст­ ройство

этого

же

типа

обеспечивает

следующие

защиты:

максимальная токовая в фазах; МТЗ на землю; от перегрева;

от небаланса токов; от блокировки ротора; от затянутого пус­ ка; ограничения числа пусков; минимального тока. На перед­ ней паиели устройства для

вывода

Sepam 1000

измеряемых

величин

и

расположены: клавиатура регулировки

параметров;

цифровой дисплей; сигнальные светодиоды.

Новой

является серия Sepam 1000+. По сравнению с у нее расширены функции защиты, измерения, управления и контроля. Sepam 1000+ открывает новые воз­ можности для расширения функций простым добавлением

Sepam 1000

модулей и для интеграции в любую систему диспетчерского управления.

Sepam 2000 амперметры,

боры

заменяет такие измерительные приборы, как

вольтметры,

измерения

ваттметры,

температуры

и

счетчики

качества

энергии,

при­

электроэнергии.

83

Большая жет

часть информации

быть

выведена

информация,

на

дисплей,

гут

быть

включая

и

об

измеренных величинах мо­

Sepam.

на дисплей устройства результаты

дополнительные

выведены

на пульт

измерений,

результаты

TSM.

Полная

выводимые

измерений

Указанный

мо­

переносной

пульт предназначен для считывания информации и осуществ­ ления

регулировки

защит.

Доступ

к

регулировке

защищен

па роле м.

Sepam

Управление выводом информации на дисплей

осу­

ществляется с помощью клавиш выбора измерений, индика­

ции

и сброса сообщений,

расположенных под дисплеем. В

целях безопасности эксплуатации ячейки

MCset

клавиши не

дают доступа к регулировке защит.

Кроме дисплея и клавиш управления на передней паиели

Sepam чен»; ми;

установлены сигнальные лампы: «выключатель отклю­ «выключатель включен»;

зеленая лампа

током;

красная

индикации

лапма

«trip» наличия

индикации

отключение защита­ питания оперативным

повреждения

и

перехода

в

нерабочее состояние. Рядом с информационным окном рас­ положена дверца доступа к разъему для подключения пульта

или компьютера и доступа к гнезду картриджа ПЗУ. Функции

управления,

контроля,

измерения

и

настройки

защит могут быть осуществлены через переанальный компь­ ютер (ПК), подключаемый к тому же разъему, что и пульт, но через специальный адаптер и с использованием программно­

го обеспечения

ность

записи

функция

SFT2801. Sepam 2000 осциллограмм

позволяет

обеспечивает возмож­

аварийных

записывать

режимов.

аналоговые

Данная

сигналь1 тока

и

напряжения,

а также логические состояния в течение време­

ни действия

повреждения. Для графического

ния

осциллограмм

на

компьютере

воспроизведе­

используется

программа

SFT 2826. Sepam Mcset, в

Коммуникационные возможности чить

КРУ,

состоящее

из

ячеек

позволяют вклю­ единую

систему

управления на базе специальной автоматизированной систе­ мы ISIS 1000, разработанной для управления и контроля обо­ рудования высокого и низкого напряжения. На рис. 2.7 при­ веден пример объединения устройств

му управления.

1000

специально

Пользовательский разработан

для

Sepam

в общую систе­

интерфейс

системы

ISIS

специалистов-электриков,

диспетчерское управление и сбор данных реализовано в сис­ теме

SCADA.

ном

использовании.

уровневую

64

Интерфейс прост в понимании и в повседнев­

Кроме

систему доступа

того,

интерфейс

через

специальные

имеет коды,

много­ кото-

пк

ПК

-

Рис. 2.7. Диспетчерская система управления КРУ: компьютер; ЦУ - центр управления; М - двигатель; G -

1 рые

ответственный

Sepam; 2 за

генератор;

модуль связи

безопасность

установки

сотрудник

распределяет среди операторов.

Программное обеспечение системы

ISIS 1000, модули свя­ (SFT 2801, SFT 2826) для инди­ устройства Sepam с ПК и адаптер для

зи, так же как и программы видуальной

работы

подключения

заказу.

компьютера,

Система

(Jbus/Modbus

ISIS 1000

в

комплекте

по

с

специальному

модулем

связи

или иной) для подключения к системе диспет­

черизации обеспечивает: сигнализацию;

поставляются

измерение электрических величин;

управление

выключателем;

считывание

и

из­

менение регулировок; диагностику сети путем записи собы­

тий в хронологическом порядке и графического отображения измеряемых величин.

В табл. различных

2.8

и

типах

2.9 приведены функции, реализованные в Sepam 2000, которые предназначены для

работы с трансформаторами и двигателями соответственно. Далее nриведены пояснения некоторых функций, которые не являются широко расnространенными.

Устройство

Sepam 2000

может включать несколько плат

nриема сигналов тока или напряжения. Токи, напряжения и

65

1

Таблица

Функции Sераш

'2000

2.8

защиты коитроЛJI и управлени11 трансформатора

Функция

~ f-o Защита

Тепловая

(49)

1

1

1

МТЗ в фазах

4 4

4 4 1

4 4

МТЗ на

(50/51) землю (50N/51N)

Мисимального остаточного пряжения (59N)

на-

1 4 4

1

1

1

1

4 4 1

4 4 1

4 4

4 4

1 4 4 1

1 4 4 1

1

4 4 1

1

4 1 4 1 4 1 4 1 4 1 4 1 4 1

1

1

1

Направленная максимальная тоKOBIUJ В фазах (67) Направленная максимальная токовая на землю (67N) От замыкания на корпус

(50/51) (50N/51N) 1 напряжения (27)

В цепи нейтрали Минимального Минимального пряжения (27R)

остаточного

Максимального напряжения

1

1

1

1

~

1

1

1

~ ~ 1

1

1

1

~ ~ 1

1

1

1

1

1

1

1

1 2 1 2 1

1

1

1

1

1

1

~

~

1

1

1

1 2 1 2

на-

(59) 1

Защита в цепи заземленной нейтрали (64REF) Измерения

Фазный ток

(11, 12, 13)

Мисиметр фазного тока

1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:

мощ-

+

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+

Максиметр активной и реактивной мощности

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Коэффициент мощности

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

+ + + + + + + + +

+ + + +

+ + + +

+ + + +

+ + +

+ + +

+ + + + + + + + +

+ + + +

+ + +

+ + + + + + + + +

+ + + + + + + + +

+ + + + + + + + +

+ + + + + + + + +

Напряжение (И21, Активная и ность (Р, Q)

Частота

+

Нагрев Активная и реактивная энергия

Токи отключения

(1 1, 12, 13,

+

+

U32, U13)

реактивная

1о)

Действующее значение тока Запись осциллограмм

Остаточный ток

+ + + +

Остаточное напряжение

Коммулятивное значение токов отключения и число отключений

+

+

+

+ + + +

+ + + +

+

+

Упрамение и контроАЬ В~чение/отключение

Удержание/квитирование Блокировка в~чения Сигнализация

(86) (69)

(30)

Газовое реле Взаимотключение

Логическая селективность

(68) (74) разъема (74)

Контроль цепи отключения

~

Контроль наличия

+ + + + + + + + +

+ + + + + + + + +

+ + + + + + + + +

+ + + +

+ + + +

+ + +

+ + +

+ + + + + + + + +

+ + + +

+ + +

+ + + + + + + + +

+ + +

:

Продолжение табл.

Счетчик коммутаций Счетчик отключений по междуфазным КЗ Запуск

аварийного

записи

Тип

-~

Функция

ре-

жима

2.8

-

N

С")

~

L/')

i=

i=

i=

~ !-