Разработка частотно-регулируемого асинхронного электропривода для бурового насоса



In the article principle of work of boring options, layout chart, is examined basic and auxiliary technological equipped, varieties of the used electromechanics of direct and variable current, their property, and also the results of their analysis are presented, the choice of the frequency-managed asynchronous drive is reasonable for a boring pump and possibilities of economy of electric energy are imagined numeral values during his exploitation

Буровые насосы служат для создания в скважине циркуляции промывочной жидкости, которая очищает забой и выносит выбуренную породу на поверхность, а при турбинном бурении передает энергию турбобуру. Чаще применяются поршневые насосы, у которых подача меняется за счет смены цилиндровых втулок [1].

Силовой привод буровой установки может быть дизельным, электрическим, дизель-электрическим и дизель-гидравлическим. Дизельный привод применяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Электрический привод с использованием электродвигателей переменного и постоянного тока применим только в электрифицированных районах. Дизель-электрический привод состоит из двигателя внутреннего сгорания (дизеля), который вращает электрический генератор, питающий электродвигатель [1, 2].

Суммарная мощность силового привода буровых установок составляет от 1000 до 4500 кВт. В процессе бурения она распределяется на привод буровых насосов и ротора.

Рис. 1. Схема буровой установки для глубокого вращательного бурения: 1 — долото; 2 — турбобур; 3 — бурильная труба; 4 — бурильный замок; 5 — лебедка 6 — двигатели лебедки и ротора; 7 — вертлюг; 8 — талевый канат; 9 — талевый блок; 10 — крюк; 11 — буровой шланг; 12 — ведущая труба; 13 — ротор; 14 — вышка; 15 — желоба; 16 — обвязка насоса; 17 — буровой насос; 18 — двигатель насоса; 19 — приемный резервуар

На рис. 1 представлена схема расположения технологического оборудования буровой установки для глубокого вращательного бурения Электропривод буровых установок может быть регулируемым и нерегулируемым. В приводе постоянного тока применяется регулируемый ЭП по системе «тиристорный преобразователь — двигатель» (ТП-Д), в котором на выходе преобразователя изменяется среднее значение выпрямленного напряжения.

Применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода обеспечивает плавный запуск бурового насоса с токами не выше номинального, регулирование частоты вращения бурового насоса в пределах 400–1500 об/мин и стабилизацию заданной частоты с высокой точностью, снижение весогабаритных характеристик электропривода в два раза по сравнению электропривода на постоянном токе.

Это позволило снизить мощность комплектной трансформаторной подстанции буровой установки, что повлекло за собой снижение стоимости трансформаторов, проектных и строительно-монтажных работ. Кроме этого снизилось энергопотребление буровой установки и упростилось регулирование частоты вращения электропривода.

На рис. 2 представлена однолинейная схема электроснабжения буровой установки.

Рис. 2. Схема электроснабжения буровой установки: СТ — силовой трансформатор, снабжающий вспомогательное оборудование, ИТН — измерительный трансформатор напряжения, СДН — синхронные двигатели насосов, АДПА – асинхронный двигатель преобразовательного агрегата

Асинхронный двигатель преобразовательного агрегата является приводным двигателем системы Г-Д, который механически соединен с ротором синхронного генератора СГ и скорость определяет частоты тока обмотки статора СГ, а значения напряжения его регулируется током возбуждения [3, 4].

В настоящее время в буровых насосах используются основном синхронные электроприводы с нерегулируемыми синхронными двигателями. Замена нерегулируемых синхронных электроприводов с частотно-регулируемыми асинхронными электроприводами позволяет повыщения энергетических показателей буровых насосов.

Выбор мощности АД осуществляется исходя из непрерывного режима работы бурового насоса и поэтому мощность двигателя достаточно выбрать примерно на 20 % больше мощности нагрузки. Номинальное напряжение АД должен быть соответствовать напряжению сети (6 или 10 кВ). В настоящее время действующих буровых установках синхронная скорость двигателей не превышает 750 об/мин.

Для бурения глубинных скважин с глубиной 7–10 км используются буровые насосы типа У8–7 и в качестве приводного двигателя можно применять асинхронный двигатель типа 1ВАО-560LB-4У2Б5 с следующими номинальными техническими данными: Р_Н = 1000 кВт, n₀ = 1000 об/мин,U_H = 6,0 кВ, I_Н = 110,7 А, . , b_H = 2,5, b_п ҳ 1,5, I_п / I_H = 7.

Для регулирования скорости бурового насоса будем применять частотно-регулируемый асинхронный электропривод с высоковольтным преобразователем частоты типа ВПЧА. На рис. 3 представлена функциональная схема автоматизированного частотно-регулируемого асинхронного электропривода бурового насоса [4].

Рис. 3. Функциональная схема частотно-регулируемого асинхронного электропривода бурового насоса У8-7 на базе ВПЧА

ВПЧА функционирует следующим образом. Напряжение от электрической сети выпрямляется в выпрямителе В и сглаживается в промежуточном фильтре Ф1. Синусоидальное (в среднем) напряжение формируется в ВПЧА при помощи инвертора И с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Пульсации ШИМ сглаживаются фильтром СФК, поэтому напряжение на выходе ВПЧА синусоидальное. Содержание высших гармоник в нем не выше, чем в сетевом напряжении (не более 5 %) и двигатель в установившемся режиме работает как при питании от сети — без добавочных потерь. В переходных режимах амплитуда и частота напряжения формируются по принципу векторного управления, обеспечивая оптимальный режим двигателя в процессе пуска при изменениях уставки скорости (производительности). Величина уставки может задаваться либо с местного пульта, либо дистанционно из автоматизированной системы.

Применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода с преобразователями частоты для управления бурового насоса обеспечивает [2]:

− исключение необходимости перезапуска всего технологического процесса после кратковременных отключений питающей сети благодаря безударному повторному включению на вращающийся двигатель;

− возможность точной дозировки и повышение КПД процессов транспортировке жидкости. В результате расход электроэнергии снижается на 3 %...10 % при той же производительности насоса.

Таким образом, используя вместо регулируемого электропривода постоянного тока бурового насоса, частотно-регулируемый асинхронный электропривод с АД с аналогичной мощностью типа 1ВАО-560LB-4У2Б5, можно будет экономить электроэнергии примерно на 7–8 % от потребляемой мощности бурового насоса, что составляет 70–80 кВт.

Литература:

1. Imomnazarov A. T. Neft va gaz konlarining elektr jihozlari. O1quv qo1llanma. — Toshkent: «CHO`LPON», 2007. — 145 b.
2. Imomnazarov A. T. Ekektromexanik tizimlarning elementlari. Darslik. Toshkent: «Ta’lim», 2009. — 155 b.
3. Hoshimov O. O., Imomnazarov A. T. Ekektromexanik tizimlarda energiya tejamkorlik. 2- nashr. Darslik. — Тoshkent: Fan va texnologiya, 2015. — 155 b.
4. Имомназаров А. Т., Аъзамова Г. А. Асинхрон моторларнинг энергия тежамкор иш режимлари. Монография. — Тошкент: ТошДТУ, 2014. — 140 б.