Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), электрифицированные буровые установки (с электрическим приводом основных исполнительных механизмов) при буре­нии на глубину более 4500 м и в сложных геологических ус­ловиях на меньшую глубину, а также буровые установки на море относятся к потребителям первой категории.

Буровые установки при бурении до 4500 м в неосложнен­ных геологических условиях относятся к потребителям вто­рой категории.

Несмотря на многообразие структурных схем буровых установок, предопределенное широким спектром требова­ний к глубинам бурения (только по этому параметру ГОСТ 16293 — 89 различает 11 классов), назначению и услови­ям эксплуатации, их число может быть ограничено типовыми структурами электротехнических комплексов (ЭТК), приме­нение которых на установках различных исполнений сводит­ся в основном к количественному изменению параметров ис­пользуемого электрооборудования.

Далее представлены основные типовые схемы ЭТК (по данным ОАО «Электропривод»).

Типовая структура электропривода постоянного тока для БУ всех классов, как с централизованным, так и с автоном­ным электроснабжением, представленная на рис. 6.10, ориен­тирована на применение глубоко регулируемых электропри­водов главных механизмов на базе электродвигателей посто­янного тока и силовых тиристорных преобразователей, а также на унификацию электроснабжения. Буровая установ­ка питается от сетей энергосистемы или группы дизель- генераторов переменного тока, число которых определяется единичной мощностью дизель-генераторов и суммарной еди­новременной мощностью исполнительных механизмов при наличии необходимого резерва. При схеме автономного элек­троснабжения высокого напряжения, как и при питании от энергосистемы, между общими шинами и преобразователем

Рис. 6.10. Типовая схема электротехнического комплекса буровой установки с электропринодами постоянного тока исполнительных механизмов: Д — дизель; G — генератор переменного тока; ФКУ — фильтрокомпенси­рующее устройство; КРУ — комплектное распределительное устройство вы­сокого напряжения; TV — силовые понижающие трансформаторы; ТП — силовые тиристорные преобразователи; А1 — комплектное устройство с силовыми переключателями постоянного тока; МЛ, МН, МР, МП — электро­двигатели соответственно буровой лебедки, бурового насоса, ротора и регу­лятора подачи долота; ТВ — тиристорные возбудители; А2 — шкаф уп­равления электроприводами вспомогательных механизмов

устанавливается соответствующий понижающий трансфор­матор, поэтому с точки зрения построения структуры уро­вень первичного напряжения не имеет принципиального зна­чения.

Мощность дизель-генератора суммируется на общих ши­нах распределительного устройства. Здесь же установлены выключатели для подсоединения тиристорных преобразова­телей главных электроприводов и вспомогательных электро­потребителей. Набор переключателей или контакторов, обес­печивающих различные рабочие варианты схемы подключе­ния главных электропотребителей к тиристорным преобразо­вателям (на стороне постоянного тока), представляет собой обычно отдельное комплектное устройство. Для любого элек­тродвигателя главных приводов система электроснабжения предусматривает наличие резервного тиристорного источни­ка питания.

При применении низкого (400 или 690 В) напряжения ди- зель-генератора энергетический блок в неэлектрифицирован - ных районах представляет набор дизель-генераторов, а в электрифицированных — набор ячеек комплектного распре­делительного устройства (КРУ) и трансформаторов, пони­жающих напряжение сети до необходимого уровня.

На буровых установках для преобразования трехфазного переменного тока напряжением 6 или 10 кВ в трехфазный переменный ток с напряжением, необходимым для питания электродвигателей вспомогательных механизмов или тири­сторных преобразователей, применяют понижающие сухие трансформаторы серии ТСЗП (ТРСЗП) и понижающие мас­ляные трансформаторы серии ТМБ (ТРМП). Технические ха­рактеристики трансформаторов, применяемых на буровых установках, приведены в табл. 6.8.

Наличие в силовых каналах электроприводов основных исполнительных механизмов буровой установки управляемых выпрямителей является причиной при глубоком регулирова­нии скорости низкого значения коэффициента мощности (cos ф), причем его значение примерно равно углу а отпира­ния тиристоров (cos ф » cos а).

С целью улучшения коэффициента мощности, снижения потерь энергии и улучшения других показателей качества электроэнергии в системах внутреннего электроснабжения буровой установки применяются фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ). Они содержат до четырех конденсаторно­реакторных групп (ступеней) суммарной мощностью до 1000 квар, которые включаются в работу средствами автоматики в

Таблица 6.8 Силовые и преобразовательные трансформаторы буровых установок Параметр трансформатора Тип трансформатора ТМБ- 400/6 ТМБ- 630/6 ТСЗП- 1600/6 ТРСЗП- 2500/6 Номинальная мощность сетевой обмотки, кВ А 400 630 1600 2200 Номинальное напряже­ние, В: сетевой обмотки 6000 6000 6000 6000 вторичной обмотки 400 400 570 380 Схема и группа соеди­нения обмоток Y/Y-0 Y/Y-0 Y/A-11 Y/Y/A-0-11 Мощность потерь холо­стого хода, Вт 950 1310 3400 4900 Мощность потерь ко­роткого замыкания, Вт 5500 7600 14000 14000 Напряжение короткого замыкания, % 4,5 5,5 6,0 5,7 Ток холостого хода, % 2,0 1,9 1,1 1,0 Номинальный ток пре­образователя, А — — 2000 3x1250 1x1000 Масса, кг 1930 2750 6000 8500

зависимости от режимов работы электроприводов буровой установки.

В связи с увеличением глубин бурения возникла необхо­димость повышения мощности главных электроприводов бу­ровых установок. Однако для принятого в настоящее время уровня напряжения питания 380 В (выпрямленное напряже­ние постоянного тока 440 В) предельная мощность электро­двигателей постоянного тока, выпускаемых в РФ, составляет не более 600 кВт. Для дальнейшего увеличения мощности приводных электродвигателей потребовался переход на по­вышенное напряжение питания 660 В (выпрямленное напря­жение 800 В). На базе электрооборудования для буровых ус­тановок, созданного ранее ОАО «Электропривод» и ОАО «Электросила», был разработан и изготовлен комплект элек­трооборудования буровой установки с питанием от электри­ческой сети БУ-3900/225-ЭПК БМ. Однолинейная схема элек­трооборудования с питанием главных электроприводов по­вышенным напряжением показана на рис. 6.11.

Для всех главных механизмов используется унифи­цированный электродвигатель постоянного тока мощностью 750 кВт, выбор которого проведен на основании тщательного технико-экономического анализа. Повышение напряжения позволило повысить мощность главных электроприводов с сохранением и даже некоторым уменьшением габаритов и массы комплектных устройств, а также массы кабелей.

В процессе разработки электротехнического комплекса БУ-3900/225-ЭПК БМ был использован ряд оригинальных технических решений, позволяющих получить повышенные технические и энергетические характеристики систем элек­тропривода. Основой явилось рациональное использование зоны регулирования скорости от номинального до макси­мального значения с помощью ослабления магнитного потока двигателя.

В частности, передаточные отношения коробки передач буровой лебедки и механические характеристики электро­привода выбраны таким образом, что в общей характеристи­ке буровой лебедки (см. рис. 6.7) отсутствуют «провалы», а в точке наибольшей рабочей нагрузки электродвигатель и ти­ристорный преобразователь работают при номинальном на­пряжении.

Аналогичные решения приняты для электроприводов бу­ровых насосов и ротора. В результате достигнуты наилучшие энергетические показатели электропривода и минимизиро­ваны массогабаритные характеристики фильтрокомпенси­рующих устройств (на электрических БУ) и оптимальные ре­жимы работы дизель-электростанций (на автономных БУ).

Из типовой схемы (см. рис. 6.11), видно, что на электриче­ских и дизель-электрических БУ может быть использовано одинаковое электрооборудование всех буровых механизмов; различие состоит лишь в том, что в первом случае использу­ются понижающие трансформаторы и соответствующие комплектные распределительные устройства, а во втором — дизель-электростанция на напряжение 660 В.

Для буровой лебедки применен новый электромагнитный тормоз индукционный ТЭИ-710-45, обладающий более высо­кой теплорассеивающей способностью по сравнению с ранее применяемым ферропорошковым тормозом ТЭП-45, что по­зволило повысить скорость спуска КБТ.

На рис. 6.12 показана структура электротехнического ком­плекса буровой установки с частотно-регулируемыми элек­троприводами исполнительных механизмов. Работы по созда­нию буровых установок с частотно-регулируемыми электро-

Рис. 6.11. Однолинейная схема электроснабжения буровой установки

БУ-3900/225-ЭПК БМ:

КРУ1, КРУ2 — комплектные распределительные устройства КРУЭ-6(10)У2В; АСДА — дизель-электрическая станция для питания вспомогательных приво­дов АСДА-200, 200 кВт, 400 В, 50 Гц; ФКУ1, ФКУ2 — фильтрокомпенсирую­щие устройства; ТРСЗП — силовой трансформатор 1600 кВ-A, 6/0,69 кВ; ТМБ — силовой трансформатор ТМБ-630, 630 кВ’А, 6/0,4 кВ; ШВГ1, ШВГ2 - шкафы ввода питающего напряжения (главные); ШВВ — шкаф вво­да питающего напряжения (вспомогательный); ПВ — панель ввода перемен­ного тока; КУ - комплектное устройство КУ-БУ-3900/225; ГРШ — группо­вой распределительный шкаф; ШУЛ — шкаф управления лебедкой; ШУР — шкаф управления ротором; ІІІУН1, ШУН2 — шкафы управления насосом; ШУТ — шкаф управления электромагнитным тормозом; ШУП — шкаф управления регулятором подачи долота; ЭМТ — индукционный электромаг­нитный тормоз; МЛ — электродвигатель привода лебедки, 750 кВт, 800 В; МР — электродвигатель привода ротора, 630 кВт, 800 В; МН1, МН2 — элек­тродвигатели привода насоса, 750 кВт, 800 В; МП — электродвигатель пода­чи долота, 65 кВт, 440 В; QS1, QS2, QS3 — переключатели

приводами находятся в России в стадии исследовательских работ.

С 1998 г. компанией АВВ налажен выпуск системы много­двигательных асинхронных частотно-регулируемых электро­приводов под фирменным обозначением ASC 600 Multe Drive. Структура многодвигательного электропривода с общим зве­ном постоянного тока представлена на рис. 6.13.

Система электропривода имеет модульную конструкцию с общей питающей шиной постоянного тока. Питание от об­щей шины постоянного тока позволяет осуществлять тормо­жение от двигателя к двигателю без использования тормозно­го инвертора или рекуперативного модуля.

Конструктивно в состав электропривода входят: входной модуль, служащий для подвода трехфазного питающего на­пряжения; модуль трехфазного выпрямителя, преобразующе­го трехфазное переменное напряжение в постоянное; модули управления индивидуальных электроприводов, каждый из которых содержит инвертор с IGB-транзисторами; контрол­лер управления двигателями; вспомогательный контроллер; платы ввода и вывода, выходной фильтр.

Инверторы имеют встроенные конденсаторы для сглажи­вания напряжения питающей шины постоянного тока.

Силовой выпрямитель с целью снижения вредного влия­ния высших гармоник на качество питающего напряжения может иметь двенадцатипульсную схему выпрямления, кото­рая строится из двух шестипульсных выпрямителей. Питание выпрямителя в этом случае осуществляется от общего трех­обмоточного трансформатора с двумя вторичными обмотка­ми, обеспечивающими сдвиг по фазе линейных напряжений

(мл^

А2

Тиристорные возбудители Вспомогательные генераторов электроприводы

Рис. 6.12. Структура электротехнического комплекса буровой установки с частотно-регулнруемымн электроприводами исполнительных механизмов:

G — генераторы постоянного или переменного тока; ПЧ —преобразователи частоты (остальные обозначения см. рис. 6.10)

на 30°. Чтобы предотвратить чрезмерный рост среднего зна­чения выпрямленного напряжения при групповом торможе­нии электродвигателей, предусматривается блок тормозных резисторов.

Частотно-регулируемые электроприводы исполнительных механизмов буровых установок нашли широкое применение на технологических установках, ведущих эксплуатацию ме­сторождений углеводородного сырья в акватории Северного моря.

Корпорацией Триол (г. Москва) разработаны частотно­регулируемые электроприводы Триол АТ08, предназначен­ные для управления технологическими установками, приво-

Рис. 6.13. Структура многодвигательного электропривода Multy Drive с общим звеном постоянного тока: / — шкаф источников питания собственных нужд; 2 — шкаф ввода с разъединителем и предохранителями; 3 — шкаф силового выпрямителя (на диодах или тиристорах) преобразователя многодвигательного электропривода; 4 — шкафы мо­дулей инверторов преобразователей многодвигательного электропривода; 5 — шкаф системы управления многодвигатель - ного электропривода; 6 — система управления индивидуальным электроприводом; 7 — контроллер управления технологи­ческим процессом; 8 — промышленный интерфейс; 9 — электродвигатели исполнительных механизмов; 10 — аппараты коммутации и защиты инвертора; 11 — пульт управления и контроля параметров индивидуального электропривода; 12 — устройство контроля параметров технологического процесса; 13 — рабочее место оператора

дом которых служат асинхронные электродвигатели с напря­жением 660 В. Ряд АТ08 содержит семь типоисполнений приводов мощностью 200, 250, 320, 400, 500, 630, 750 кВт, Электроприводы обеспечивают следующие режимы работы исполнительных механизмов: плавный частотный пуск;

длительный режим работы в заданном диапазоне регули­рования скорости; реверсирование;

защиту электрического и механического оборудования. Электроприводы АТ08 могут быть использованы для бу­ровых установок.

Основные параметры и характеристики АТ08

Питающая сеть.................

Выходное напряжение

Выходная частота..............

Тип перегрузки.................

КПД............................................

Коэффициент мощности (сети)

3x660 В, +10 %, - 15 %, 50(60) Гц 3х(0 —660 В) ±2 %

0-50(100) Гц ±0,05 %

150 % номинального значения в течение 60 с.

Не менее 0,97 (без двигателя)

Не ниже 0,95

Электропривод сохраняет работоспособное состояние при кратковременных отклонениях напряжения питающей сети на 40 %. Климатическое исполнение УХЛ4 либо УХЛЗ. Сте­пень защиты IP21 или IP54 (в зависимости от типа).

В состав электропривода АТ08 входят:

шкаф электропривода с силовым преобразователем часто­ты, системой управления, защиты и сигнализации;

пульт дистанционного управления;

блок выходного фильтра ограничения напряжения на дви­гателе;

блок тормозного резистора.

В преобразователе частоты и других устройств использо­ваны диодно-тиристорные и транзисторные IGBT — модули на напряжение 1700, 1800 В. Управление электроприводом осуществляется с помощью микроконтроллера.