Анализ способов регулирования частоты вращения установок электроцентробежных насосов

С момента изобретения, трехфазный асинхронный электродвигатель стал самым распространенным приводом промышленного оборудования. Простота конструкции, надежность в работе, хорошие эксплуатационные свойства, невысокая стоимость и простота в обслуживании позволяют предположить, что они являются и будут являться основными преобразовате- лями электрической энергии в механическую еще долгое время.

До 60% нефти в России добывается механизированным способом с использованием установок центробежных электронасосов (УЭЦН). На кусте скважин может работать 15-20 УЭЦН. Суммарная потребляемая мощность достигает 1500 кВт и более. Неопределённость в объёмах запасов жидкости и необходимость плавного изменения темпов её отбора обусловили появление станций управления ПЭД с преобразователями частоты (ПЧ). Массовое применение ПЧ при механизированной добыче нефти является причиной значительного искажения синусоидальной формы напряжения в нефтепромысловых сетях. Улучшение качества электроэнергии в условиях широкого применения частотно-регулируемых электроприводов является актуальной проблемой.

По данным нефтяных компаний за последние 10 лет, коэффициент несинусоидальности формы кривой напряжения достигал величин 7–10; 6,3 и 4,4% для сетей 0,4; 6 и 35 кВ соответственно. В настоящее время ситуация существенно ухудшилась и данный коэффициент увеличился до 14; 7,5 и 4,5% соответственно. Коэффициент cоs в сетях 0,4 кВ на сегодняшний день достигает величин 0,3–0,4 при нагрузке ПЭД на 50– 60% [1]. Однако нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности напряжения по данным ГОСТ13109-97 составляют 0,08–0,12 [2]. Из приведенных выше данных понятно что в последние годы существенно возросло влияние преобразователей частоты на работу как самой установки , так и питающей ее сети, ресурсов которой становится недостаточно для компенсации всех негативных факторов, возникающих в процессе эксплуатации парка УЭЦН [3]. Это проявляется в фактах дефицита мощности на отдельных участках сети, снижении качества электрической энергии и частых необоснованных отключениях средств защитной автоматики в подстанциях 35/6 кВ, 6/0,4 кВ и станциях управления установок ЭЦН.

Экономический ущерб, обусловленный низким качеством электрической энергии, условно можно разделить на два компонента: коммерческий (учитываемый приборами учета) и технологический. К последнему можно отнести потери, связанные со снижением ресурса оборудования, погрешностью счетчиков ( до 10 процентов). Исследования влияния качества электроэнергии на работу электрооборудования показали, что при отступлении от нормативных показателей качества электроэнергии происходит сокращение срока службы:

– силовых трансформаторов 10/0,4 – в 1,2-1,8 раза;

• –    асинхронных электродвигателей – в 1,5-2,5 раза;

• –    приводов, УПП и ПЧ – в 2,0-4 раза.

Способы снижения несинусоидальности напряжения можно разделить на три группы:

• –    выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин или подключение нелинейной нагрузки к системе с большей мощностью короткого замыкания;

• –    применение оборудования, характеризующегося пониженным уровнем генерации высших гармоник, например «ненасыщающихся» трансформаторов, устройств плавного пуска и многофазных вентильных преобразователей;

• –    использование фильтров: пассивных узкополосных резонансных фильтров, фильтрокомпенсирующих или фильтросимметрирующих устройств [4].

Проведя анализ технологического режима работы скважин обществ, было выявлено, что порядка 40% скважин, оборудованных СУ с частотными регуляторами в них не нуждаются, что в свою очередь может послужить переходу от частотного регулирования к плавному пуску.

Анализ показывает, что существующее наземное электрооборудование УЭЦН не обеспечивает экономию энергоресурсов. Применяемое регулирование напора дросселированием относится к энергетически неэффективным способам. Прямой пуск двигателей насосов связан со значительными пусковыми токами, и приводит к гидравлическим ударам, повышению аварийности трубопроводов и их элементов, увеличению потерь воды, нефти и, как следствие, к снижению экологической безопасности. Преобразователи частоты используются там, где не возможна эксплуатация оборудования без них.

Использование станций управления с устройством плавного пуска одно из решений о модернизации электрооборудования насосных станций , там где не требуется бесступенчатое регулирование частоты вращения насосов во всём диапазоне, для поддержания напора добываемой жидкости на необходимом уровне.

Устройство плавного пуска обеспечивает:

• -    сокращение повреждаемости электродвигателей и подключенных к ним механизмов, благодаря плавному разгону и торможению;

• -    исключение просадок напряжения в электрической сети, неблагоприятно влияющих на соседних потребителей;

• -    запуск электродвигателей от автономных генераторных установок без увеличения номинальной мощности последних;

• -    экономию электроэнергии вследствие появившихся возможностей безболезненно отключать электродвигатели в соответствии с технологическими требованиями.