Электрификация и автоматизация производств

нефтегазовых предприятий

1.Общие вопросы организации, эксплуатации электротехнического оборудования

2.Конструктивное исполнение электрооборудования. Климатические условия и условия размещения, способы охлаждения и конструктивное исполнение по способу монтажа

3.Электроустановки во взрывоопасных зонах. Электробезопасность электроустановок

4.Системы электропривода ротора

5.Электробур и его конструктивные особенности

6.Электропривод буровой лебедки. Характеристики и мощность электропривода

7.Система управления электроприводом спускоподъемного агрегата в режиме подъема

8.Система управления электроприводом спускоподъемного агрегата в режиме спуска

9.Электропривод буровых насосов. Режимы работы и требования к электроприводам

10.Регулируемый электропривод буровых насосов

11.Автоматический регулятор подачи долота

12.Электропривод вспомогательных механизмов буровых установок

13.Общая характеристика электроприводов станков качалок. Основные элементы глубинно-насосной установки

14.Система управления электроприводами станка-качалки

15.Основные элементы бесштанговой насоснойустановки. Погружные электродвигатели и станции управления

16.Электроснабжение установок с электроцентробежными насосами

17.Электропривод установок промысловых компрессорных станций. Схема управления и защиты бесщеточного синхронного двигателя

18.Электропривод технологических установок внутри промысловой перекачки нефти

19.Электропривод технологических установок водяных насосных станций. Системы поддержания пластового давления

20.Электрооборудование установок промысловой подготовки нефти

1.Общие вопросы организации, эксплуатации

электротехнического оборудования

Электрификация – это широкое внедрение в народное хозяйство и промышленное производство электрической энергии.

Эксплуатация электроустановок должна осуществляться с минимальными материальными и трудовыми затратами. Для решения указанных задач необходимо организовать правильную эксплуатацию электроустановок.

Одно из условий правильного ведения электрохозяйства промышленных предприятий – четкая структура управления.

В настоящее время на промышленных предприятиях применя­ются две основные системы управления электрохозяйством: система децентрализованного управления и система централи­зованного управления.

При системе децентрализованного управления электрохо­зяйством электроустановки находятся в ведении того производ­ственного цеха, где они установлены. Эксплуатационный энергети­ческий персонал состоит в штате производственного цеха, ад­министративно подчинен начальнику цеха. Ответственность за состояние и обслуживание внутрицеховых электроустановок несут начальник цеха, механик и энергетик (электрик) цеха.

Объекты электрохозяйства общезаводского назначения, находятся в ведении главного энерге­тика предприятия.

Система децентрализованного управления электрохозяйст­вом преобладает на крупных и частично средних предприяти­ях.

При системе централизованного управления эксплуатация и ремонт всех электроустановок предприятия, как общезаводского назначения, так и находящихся в произ­водственных цехах, находятся в ведении одного электроцеха, подчиненного главному энергетику предпри­ятия. Электротехнический персонал всего предприятия техни­чески и административно подчинен главному энергетику. Цен­трализованная система находит применение, как правило, на мелких предприятиях.

При системе как децентрализованного, так и централизо­ванного управления общие вопросы ведения электрохозяйства входят в функции от­дела главного энергетика.

Предприятия делятся: 1)на мелкие с установленной мощностью электроприемников до 5 МВт, 2)сред­ние – 5-75 МВт, 3)крупные – 75 МВт и выше.

Взаимоотношения промышленного предприятия с энергоснабжающей организацией регламентируются Правила­ми пользования электрической и тепловой энергией и другими нормативными документами.

Согласно Правилам, пользование электрической энергией допускается только на основании договора, заключенного меж­ду энергоснабжающей организацией и промышленным пред­приятием, установки которого непосредственно присоединены к сетям энергоснабжающей организации.

Промышленное предприятие, имеющее типовой договор с энергоснабжающей организацией, может присоединять к своим сетям электроустановки напряжением до 1000 В в пределах мощности, указанной в договоре, без дополнительного разре­шения энергоснабжающей организации, а выше 1000 В – толь­ко с разрешения энергоснабжающей организации.

Для обеспечения надежной и экономичной эксплу­атации электроустановок промышленное предприятие обязано: 1)проводить проверку технического состояния, профилактиче­ские испытания и ремонт принадлежащих ему электроустановок и защитных средств, а также ремонт распределительных устройств и трансформаторных подстанций в объемах и в сро­ки; 2)совершенствовать схему электроснабжения; 3)обеспечивать необходимый учет электроэнергии; 4)соблюдать заданные энергоснабжающей организацией ха­рактеристики и уставки релейной защиты, системы автомати­ческого повторного включения (АПВ), системы автоматического включения резерва (АВР) и согласовывать с энергоснабжаю­щей организацией уставку автоматической частотной разгрузки (АЧР); 5)проводить мероприятия по регулированию суточного графи­ка нагрузки, поддерживать экономичный режим работы электроустановок и заданный коэффициент мощности; 6)соблюдать установленные планы и режимы электропотреб­ления и др.

Энергоснабжающая организация несет ответствен­ность в установленном порядке за качество отпускаемой потре­бителям электроэнергии.

Потребители электрической энергии (кроме насе­ления, сельскохозяйственных потребителей и перепродавцов) при регулировании тарифов делятся на две группы:

I группа – промышленные и приравненные к ним потребители присоединенной мощностью 750 кВ·А и выше, при расче­тах с которыми взимается плата за установленную в договоре мощность, участвующую в максимуме нагрузки энергосистемы и потребляемую электрическую энергию(двухставочный тариф);

II группа– остальные потребители, при расчетахс которыми взимается плата за потребляемую электрическую энергию (одноставочный тариф).

Плата за 1 кВт·ч установлена за отпущенную потребителю активную электроэнергию, учтенную расчетным счетчиком на стороне первичного напряжения головного абонентского трансформатора. На современных крупных предприятиях для эффективного учета, контроля и управления потреблением электроэнергии используются автоматизирован­ные системы контроля и управления потреблением электро­энергии (АСКУЭ).

Основными направлениями повышения эффективности ис­пользования электроэнергии промышленными предприятиями являются: 1)экономия электрической энергии; 2)управление электропотреблением.

2.Конструктивное исполнение электрооборудования.

Климатические условия и условия размещения, способы

охлаждения и конструктивное исполнение по способу

монтажа

Электрооборудованием называется совокупность электротехнических устройств, предназначенных для выпол­нения определенной работы.

Для надежной и безо­пасной работы электрооборудования и электротехнических изделий их помещают в корпуса (оболочки), которые характери­зуются определенной степенью защиты. Кроме того, эта защита предохраняет обслуживающий персонал от соприкоснове­ния с движущимися частями, находящимися под напряжением

Для обозначения степени защиты электрооборудования и электротехнических изделий по ГОСТ 14254-80 приняты бук­вы IP(International Protection), за которыми следуют две цифры.

Первая цифра (от 0 до 6) указывает на степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями электрооборудования, находящимися внутри оболочки, а также степень защиты встроенного в оболочку оборудования от попадания твердых тел. Вторая цифра (от 0 до 8) характе­ризует степень защиты электрооборудования, расположенного внутри оболочки, от проникновения жидкости. 1)Защищенное(IP21 – IP22); 2)каплезащищенное и брызгозащищенное(IP23 – IP24); 3)водоза­щищенное(IP55 – IP56); 4)пылезащищенное(IP65 – IP66); 5)закрытое(IP44 – IP54); 6)герметичное(IP67 – IP68); 7)взрывозащищенное.

Электрооборудование, предназначенное для эксплуа­тации в определенных климатических условиях имеет следующее обозначение: 1)на суше, реках и озерах, в макроклиматических районах с умеренным климатом, имеет обозначение У; 2)с холодным – ХЛ; 3)влажным тропическим – ТВ; 4)сухим тропическим – ТС; 5)сухим и влажным тропическим – Т; 6)для всех макроклиматиче­ских районов на суше – О.

Электрооборудование, предназна­ченное для установки на морских объектах имеет следующее обозначение:1)в макроклиматичес­ких районах с умеренно холодным морским климатом, имеет обозначение – М; 2)с тропическим морским – ТМ; 3)в неограничен­ных морских районах – ОМ; 4)для всех макроклиматических районов на суше и на море, обозначается буквой В.

В зависимости от условий размещения предусматривается различное исполнение электрооборудования, которому также присваивается определенное обозначение: 1)на открытом воздухе, имеет обозначение 1; 2)в закрытом помеще­нии, где температура и влажность воздуха несущественно от­личаются от наружного воздуха – 2; 3)в закрытом помещении, где колебание температуры и влажности воздуха, а также воз­действие песка, пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе, – 3; 4)в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями (закрытые отапливаемые помеще­ния) – 4; 5)в помещениях с повышенной влажностью – 5.

Под конструктивным исполнением понимают расположение состав­ных частей электрооборудования относительно элементов креп­ления (подшипников и конца вала), под способом монтажа – пространственное положение на месте установки. Условное обозначение состоит из латинских букв IM (International Mounting) и четырех цифр.

Первая цифра обозначает конструктивное исполнение элек­трических машин и определяет их группу (IM1 – IM9). Наи­более распространены группы: 1)IM1 – электродвигатели на лапах с подшипниковыми щитами; 2)IM2 – на лапах с двумя подшипниковыми щитами и фланцем на одном или обоих под­шипниковых щитах; 3)IM3 – без лап с фланцем на одном или двух подшипниковых щитах; 4)IM4 – без лап с фланцем на ста­нине.

Охлаждение электрооборудования – это процесс отвода выделяющегося в них тепла с помощью хлада­гентов (жидкостей или газов). Система охлаждения может со­стоять из одной или двух цепей для циркуляции хладагентов.

Электродвигатели классифицируются по способу охлажде­ния в зависимости от устройства цепи для циркуляции хлада­гента и способа его перемещения. Условное обозначение спо­собов охлаждения содержит буквы IC (International Cooling) и для каждой цепи циркуля­ции группу знаков из одной буквы, обозначающей вид хлада­гента, и двух цифр. Буквой А, например, обозначают воздух, W – воду. Первая цифра (0-9) обозначает устройство цепи циркуля­ции хладагента. Например, 0 – свободная циркуляция, когда хладагент свободно подводится к двигателю из окружающей среды и свободно в нее возвращается; 4 - охлаждение при по­мощи наружной поверхности двигателя, когда первичный хла­дагент циркулирует по замкнутой системе и отдает свое тепло через поверхность корпуса вторичному хладагенту - окружа­ющей среде.

Вторая цифра (0-9) обозначает способ перемещения хлада­гента. Например, 0 – свободная конвекция, когда движение хладагента осуществляется за счет разности температур, а вен­тилирующее действие ротора незначительно; 1 – самовентиля­ция, при которой движение хладагента осуществляется венти­лирующим действием ротора или при помощи вентилятора на его валу; 7 – перемещение при помощи отдельного и незави­симого устройства или подачей хладагента под давлением,

3.Электроустановки во взрывоопасных зонах.

Электробезопасность электроустановок

Технологические процессы добычи, подготовки и транспорта нефти и газа связаны с опасностью образования взрывоопасной среды в определенных зонах технологических установок.

Взрывоопасной зоной называют помещение или ограничен­ное пространство в помещении или наружной установке, в ко­торых имеются или могут образоваться взрывоопасные смеси. Во взрывоопасных зонах установок должно применяться специальное взрывозащищенное, а также специальные виды про­кладки проводов и кабелей.

Взрывоопасные паро- и газовоздушные смеси классифицируют по группам Т1 – Т6 исходя из температуры их самовоспламенения, т.е. температу­ры, до которой должна быть равномерно нагрета смесь, чтобы она воспламенялась без воздействия на нее открытого пламе­ни.

Согласно ПУЭ взрывоопасные зоны помещений установок делятся на шесть классов. Зоны помещений нефтяной и газо­вой промышленности характеризуются в основном четырьмя классами – В-1, B-la, B-16 и В-1г.

В зоны класса В-1 входят помещения, в которых взрыво­опасные смеси могут образоваться при нормальных недлитель­ных режимах работы, например при загрузке, или разгрузке технологических аппаратов, хранении или переливании легко­воспламеняющихся и горючих жидкостей, находящихся в от крытых сосудах.

К классу В-1a относятся помещения, в кото­рых образование взрывоопасных смесей возможно лишь при авариях и неисправностях.

В класс В-1бвходят те же зоны помещений, что и в класс В-la, но имеющие следующие особенности: 1)горючие газы в этих зонах обладают высоким нижним концентрационным пределом воспламенения (15 % и более) и резким запахом; 2)образование в помещениях в аварийных случаях общей взрывоопасной концентрации по условиям технологического процесса исключается, возможна лишь местная взрывоопасная концентрация.

К зоне класса В-1г относятся пространства у наружных ус­тановок, содержащих взрывоопасные газы, пары и легковос­пламеняющиеся жидкости (например, газгольдеры, емкости, сливно-наливные эстакады и т.д.), где появление взрывоопас­ных смесей возможно только в результате аварии или неис­правности.

Взрывозащищенным называется электрооборудо­вание, в котором предусмотрены конструктивные меры по ис­ключению или затруднению возможности воспламенения окружающей взрывоопасной среды, прошедшее специальные ис­пытания по взрывозащите.

Взрывозащищенное электрооборудование различается по уровню взрывозащиты, группам и температурным классам. Ус­тановлены следующие уровни взрывозащиты электрооборудо­вания: 1)электрооборудование повышенной надежности против взрыва (знак уровня 2); 2)взрывобезопасное электрооборудова­ние (знак уровня 1); 3)особо взрывобезопасное электрооборудова­ние (знак уровня 0).

Электрооборудование повышенной надежности против взрыва – это взрывозащищенное электрооборудование, в кото­ром взрывозащита обеспечивается только в признанном нор­мальным режиме работы.

Взрывобезопасное электрооборудование – это взрывозащи­щенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспе­чивается как при нормальном режиме работы, так и при при­знанных вероятных повреждениях, определяемых условиями эксплуатации, кроме повреждений средств взрывозащиты. Ес­ли же во взрывозащищенном электрооборудовании по отноше­нию к взрывобезопасному электрооборудованию приняты дополнительные средства взрывозащиты, то такое электрообору­дование относится к уровню особо взрывобезопасного электрооборудования.

Вид взрывозащиты – это установленная совокупность средств взрывозащиты. Для взрывозащищенного электрообору­дования установлены следующие виды взрывозащиты:

Взрывонепроницаемая оболочка выдерживает максимальное давление при взрыве внутри нее без повреждения и обеспечи­вает локализацию пламени, т.е. внутреннее воспламенение не может распространиться через зазоры и отверстия в окружа­ющую взрывоопасную среду.

Заполнение или продувка оболочки под избыточным давле­нием защитным газом. Части такого электро­оборудования помещаются в плотно закрытые оболочки, продуваемые чистым воздухом или инертным газом при помощи спе­циальной системы вентиляции. При этом внутри оболочек со­здается избыточное давление воздуха, препятствующее про­никновению взрывоопасных смесей из окружающей среды.

Искробезопасная электрическая цепь выполняется таким образом, чтобы электрический разряд или ее нагрев не мог воспламенить взрывоопасную среду при установленных усло­виях испытания. Этот вид защиты обеспечивается специальными искрозащитными элементами (ограни­чительные, шунтирующие и разделительные).

Кварцевое заполнение оболочки обеспечивает получение до­статочного защитного слоя заполнителя вокруг токоведущих и находящихся под напряжением частей электрооборудования. При этом виде защиты в качестве заполнителя используется сухой кварцевый песок с регламентируемым составом и элект­рическими характеристиками.

Масляное заполнение оболочки. Взрывозащищенное обору­дование в этом исполнении изготовляется таким образом, что все его искрящие и неискрящие токоведущие части помещены в трансформаторное масло или другую жидкость, свойства ко­торой соответствуют свойствам этого масла.

Основным критерием электробезопасности эксплу­атации электроустановок являются предельно допустимые уровни тока, протекающего через тело человека в течение определенного времени.

К потенциально опасным частям электроустановок, на кото­рых могут возникнуть опасные потенциалы, относятся: 1)металлические частиэлектротехнического оборудования и изделий; 2)металлические опорные, ограждающие и другие конструкции, находящиеся в непосредственном соприкосновении с частями электрооборудования; 3)металлические строительные и стационарно установлен­ные конструкции и оборудование, трубопроводы всех назначе­ний, рельсы крановых и железнодорожных путей и т.п.

Все потенциально опасные части должны быть заземлены или занулены либо к ним должны быть применены другие ме­ры защиты людей от поражения электрическим током при по­вреждении изоляции в соответствии с требованиями ПУЭ.

Для защиты людей от поражения электрическим током применяют следующие меры: заземление, зануление, защитное отключение, ма­лое напряжение, защитное разделение сети, двойную изоля­цию, уравнивание потенциалов, выравнивание потенциалов.

Выбор защитных мер должен производиться в зависимости от следующих факторов: режима работы нейтрали электроус­тановок, номинального напряжения сети, категории опасности помещений, технико-экономической целесообразности.

Заземление следует применять во всех электроустановках напряжением выше 1 кВ, а также электроустановках до 1кВ с изолированной нейтралью. Зануление – в электроустановках до 1 кВ с заземленной нейтралью. Защитное отключение рекомендуется применять в электроустановках до 1 кВ с любым режимом нейтрали, к которым предъявляются повышенные требования безопасности, где высока вероятность прикоснове­ния к токоведущим частям или по каким-либо причинам трудно осуществить надежное заземление и зануление. Малое напря­жение, защитное разделение сети, двойную изоляцию следует применять в электроустановках до 1 кВ, где имеется техничес­кая возможность и экономическая целесообразность, и, как правило, для отдельных электроприемников. Выравнивание и уравнивание потенциаловрекомендуется в качестве дополни­тельной меры с целью снижения напряжения прикосновения в электроустановках, в которых применяются заземление и за­нуление.

4.Системы электропривода ротора

В буровых установках раннего выпуска и рассчитанных на небольшие глубины бурения применяется групповой электропривод лебедки и ротора. Так как приводная мощность лебедки значительно больше при­водной мощности ротора, приводные двигатели при роторном бурении оказываются недогруженными. Во вновь разрабатываемых установках предусмотрен индивиду­альный электропривод ротора. Схема индивидуального электропривода ротора по системе генератор – двигатель буровой установки приведена на рис. 4.2.

Генератор ротора ГР (400 кВт, 460 В) входит в состав трехмашинного преобразовательного агрегата, вращаемого синхронным двигателем СДА (500 кВт, 6 кВ, 1000 об/мин). ГР питает двигатель постоянного тока привода рото­ра (250 кВт, 330 В). Обмотка возбуждения генератора ОВГР питается от реверсивного однофазного тиристорного преобра­зователя ТПВГ, управляемого магнитным усилителем МУ, а обмотка возбуждения двигателя ОВДР – от нереверсивного однофазного тиристорного преобразователя ТПВД, который управляется своим магнитным усилителем МУ₂. В качестве датчика скорости ротора используется тахогенератор постоян­ного тока ТГ.

Двигатель ДР вращает ротор через двухскоростную меха­ническую передачу, что дает возможность обеспечить требуе­мые скорости и моменты как в рабочем, так и в аварийных ре­жимах В схеме управления предусмотрены защиты и блоки­ровки от превышения тока в якорной цепи машин ГР и ДР, исчезновения поля ДР, отключения асинхронных двигателей вентиляторов охлаждающих ДР и ГР. При указанных нарушениях работы привода автоматически отключается питание обмоток возбуждения генератора и двигателя, что делает не­возможной дальнейшую работу. Путем применения различных обратных связей в системе автоматического управления фор­мируются требуемые статические и динамические характерис­тики привода.

В случае привода ротора от двигателя постоянного тока все рабочие режимы обычно обеспечиваются при неизменном пе­редаточном числе от двигателя к ротору. Передаточное число выбирают исходя из условия минимума приведенного момен­та инерции и приемлемых массы и габаритов привода.

Если перегрузочная способность двигателя недостаточна для обеспечения аварийных режимов, то в этом случае коробка пе­ремены передач должна содержать еще одну передачу (низшую). Передаточное число этой передачи выбирают таким образом, чтобы момент сопротивления на валу двигателя при аварийном режиме не превышал допустимых значений.

Многие задачи привода ротора могут быть решены путем применения электромагнитной муфты, устанавливаемой между приводными двигателями и ротором. Пуск и регулирование частоты вращения ротора связаны с потерями энергии в электромагнитной муфте, вызывающими ее нагрев. В случае необ­ходимости большого диапазона и плавного изменения частоты вращения ротора электромагнитные муфты с водяным охлаж­дением могут обеспечить надежную работу. Возможность плавного регулирования частоты вра­щения в диапазоне, определяемом допустимыми потерями в муфте, позволяет в данном случае на каждой механической и электрической ступени иметь дополнительное плавное регули­рование частоты вращения в ограниченном диапазоне. Это обеспечивает довольно широкий диапазон регулирования час­тоты вращения ротора.

Кроме регулирования частоты вращения ротора электромаг­нитные муфты обеспечивают ограничение передаваемого мо­мента, а, следовательно, и защиту бурильных труб от поломки, а также придают большую гибкость приводу ротора при выполнении аварийных работ, связанных с освобождением из скважины упущенного бурового инструмента. Они обеспе­чивают плавное закручивание и раскручивание бурильных труб, и возможность кратковременного получения высоких значений моментов на низких скоростях при ликвидации ава­рий. В зависимости от системы и вида привода лебедки и ро­тора могут применяться различные схемы электромагнитных муфт.

В последних разработках для питания двигателя ротора ис­пользуются силовые тиристорные преобразователи. Функцио­нальная схема управления электроприводом ротора по системе ТП-Д показана на рис 4.3, а. Она аналогична схеме управ­ления электроприводом бурового насоса. От­личие состоит в наличии узла ограничения УО, с помощью которого изменяется уставка U_ЗТ задания тока якоря двигателя ротора. Благодаря узлу УО в рабочем диапазоне достигается мягкая механическая характеристика электропривода (рис 4.3, б). Точке А характеристики соответствует максимальное, а точке В - минимальное значение U_ЗТ.

5.Электробур и его конструктивные особенности

В настоящее время объем бурения электробурами составляет 2,5–5% общего объ­ема бурения скважин. Схема установки для бурения электробу­ром показана на рис. 5.1.

Долото 1 с электробуром 2 опускается в скважину на бу­рильных трубах 3. Внутри каждой трубы вмонтирована кабель­ная секция, состоящая из отрезка кабеля 4, контактного стерж­ня и муфты. Муфта и стержень закреплены в замковом соеди­нении трубы.

Электроэнергия от распределительного устройства 14 через трансформатор 15 и станцию управления 16 с помощью наруж­ного кабеля 9 через токоприемник 8, кабельную секцию в веду­щей трубе 7 и двухжильный шланговый резиновый кабель с гибкими медными жилами (2x35 мм²) или (2x50 мм²) под­водится к электробуру. В качестве третьего провода в системе питания двигателя электробура используют бурильные трубы. Шланговый кабель выполнен из отдельных отрезков (секций), которые автоматически соединяются электрически в одно целое при свинчивании бурильных труб. Для этой цели каждый от резок кабеля, снабженный на одном конце контактным стерж­нем, а на другом – контактной муфтой, закреплен внутри труб на опорах, установленных в замковом соединении бурильных труб.

Буровой раствор, прокачиваемый через буровой шланг 10, вертлюг 11, ведущую трубу 7, бурильные трубы, полый вал электробура, долото выходит в затрубное пространство.

Вращение бурильных труб для про­изводства вспомогательных операций осуществляется при помощи ротора 5. Нагрузка на долото создается силой тя­жести бурильных труб. Для подачи до­лота на забой служит автоматический регулятор подачи долота 13, связанный, цепной передачей с буровой лебедкой 12. Для управления электробуром служит пульт 6, установленный у рабочего места бурильщика.

Электробур (рис. 5.3) состоит из двух основных частей: погружного двигателя и шпинделя с пятами для передачи на­грузки на долото. Вал двигателя соеди­нен с валом шпинделя зубчатой соеди­нительной муфтой. Верхняя часть элект­робура имеет переводник для захвата его элеватором, а внизу наружу выходит вал шпинделя, на который навинчивают до­лото. Двигатель работает в скважине на большой глубине в среде бурового раст­вора, давление которого может достигать 40–50 МПа. Для предохранения двига­теля электробура от проникновения бу­рового раствора, который может вызвать повреждение изоляции обмоток и преждевременный абразивный износ его узлов и деталей, применяют систему масляной защиты. Внутреннюю полость двигателя электробура заполняют трансформаторным маслом, давление которого превышает на 0,05–0,25 МПа дав­ление окружающей среды. Герметизацию внутренней полости двигателя электробура обеспечивают торцовые уплотнения вра­щающихся валов и резиновые кольца в неподвижных соединениях (резьба корпусов и т. д.).

Современный серийный двигатель электробура – асинхрон­ный двигатель высокого напряжения с короткозамкнутым секционированным ротором. Статор двигателя размещен в цилинд­рических корпусах, соединенных между собой коническими резьбами. В корпусе статора запрессованы пакеты магнитной стали, чередующиеся с немагнитными пакетами. Обмотка статора расположена в пазах. Ее выводные концы соединены кабелем с контактным стержнем, при помощи которого двигатель подключен к кабелю, расположенному в бурильных трубах. Ротор двигателя имеет полый вал с центральным каналом для прохода бурового раствора.

Лубрикаторная система, которая служит для создания внут­ри двигателя избыточного давления, компенсации утечки масла через уплотнения и изменения объема масла при нагревании, обычно состоит из трех труб, расположенных в верхней части двигателя. Две трубы заполнены трансформаторным маслом и сообщаются с внутренней полостью двигателя, третья, запол­няемая более вязким маслом, соединена с центральной частью верхнего сальника.

При проектировании двигателей электробуров стремятся добиться максимальной мощности при наименьших габаритных размерах, определяемых диаметром долота и технологией буре­ния. Синхронную частоту вращения двигателя по нормам не должна превышать 1000 об/мин.

С точки зрения улучшения отработки долот, целесообразно, чтобы их частота вращения при толчках нагрузки мало изменялась. Вследствие этого двигатели электробуров должны иметь жест­кую механическую характеристику и значительную кратность максимального момента.

Электробур получает питание от сети 6 кВ через ячейку с выключателем распределительного устройства высокого напря­жения и трансформатор, понижающий напряжение до необходимой величины, которая зависит от длины токоподвода к двигателю электробура. Поэтому у применяемых для этой це­ли трансформаторов имеются отводы на первичной и вторичной обмотках; необходимое напряжение устанавливают при помощи переключателей, смонтированных внутри трансформатора.

Вторичную обмотку трансформатора присоединяют кабелем к неподвижным контактам разъединителя 1 отсека высокого напряжения комплектного устройства УЗЭБ-80 (рис. 5.4).

Комплектное устройство УЗЭБ-80 обеспечивает: 1)включение и отключение электробура, быстродействую­щую защиту системы «токопровод – электробур» от токов двухфазного и трехфазного короткого замыкания; 2)защиту дви­гателя электробура с выдержкой времени при его перегрузке по току и при заклинивании долота, отключение электробура при обрыве в цепях системы «токопровод – электробур»;3)руч­ную блокировку защит от коротких замыканий, обрывов в це­пях системы «токопровод – электробур», перегрузки и заклини­вании электробура; 4)контроль цепи и сопротивления изоляции «токопровод – электробур» при спуско-подъемных операциях;5)визуальный контроль положения разъединителя, напряжения цепи питания электробура, силы тока двигателя электробура в каждой фазе и мощности при бурении по вольтметрам, ам­перметрам и ваттметрам; 6)переключение пределов измерения токов и мощности двигателя электробура; возможность регист­рации мощности электробура в процессе эксплуатации; 7)запрет повторного включения при аварийных отключениях; 8)сигнализа­цию о готовности схемы к включению электробура, о перегрузке электробура по току и кратковременной заклинке долота, об отключении электробура защитами и об аварийных ситуациях в системе токоподвода.

Комплектное устройство (рис. 5.4) в высоковольтном отсеке содержит разъединитель 1, предохранители 2, контактор 3, трансформаторы напряжения 4 и установленные на выходе силовой цепи к двигателю 5 электробура, вращающего долото 6, трансформаторы тока 7. Устройство 8 контроля сопротивле­ния изоляции и отсутствия обрыва токоподвода и устройст­во 9 токовой защиты связаны с блоком 10 управления контак­тором 3. При отсутствии нарушений токоподвода, фиксируемых по индикаторам 11, 12, перед включением электробура по сиг­налам аппаратов 13 ручного управления загорается лампа ин­дикатора 14, разрешающего включения. Блок индикации также содержит амперметры 15, вольтметр 16 и индикаторы 17, 18 и 19 срабатывания токовой защиты при перегрузках, заклинках и коротких замыканиях.

Устройство контроля за режимом бурения по показаниям наземных приборов содержит датчик 20 напряжения на элект­робуре, измерительный преобразователь 21 мощности, задатчик 22 мощности холостого хода электробура, индикатор 23 мощности на долоте и регистрирующий прибор 24. Это устрой­ство позволяет существенно улучшить контроль за режимом бурения и производительность при бурении электробуром.

Основной особенностью схемы комплектного устройства УЗЭБ-80 является наличие логического блока управления 10, который управляет промежуточным реле. Контакты послед­него находятся в цепи катушки высоковольтного контактора 3, включающего и выключающего двигатель электробура.

6.Электропривод буровой лебедки. Характеристики и

мощность электропривода

Помимо главных операций – непосредственно подъема или опускания бурильных труб при помощи буровой лебедки часто осуществляют свинчивание и развинчивание труб, их пе­ренос и установку, подъем и опускание незагруженного элева­тора, подачу долота на забой и пр.

При наличии уменьшающегося момента статического сопро­тивления на валу двигателя некоторой мощности Р наиболь­шая производительность лебедки может быть достигнута, если по мере подъема труб скорость подъема будет увеличиваться, т. е. будет выпол­нено условиеР = М_Сω_б/η= const, (5.1)

где М_С – момент на валу барабана лебедки; ω_б – частота вра­щения барабана лебедки; η – к. п. д. передач от двигателя к барабану лебедки.

Передаточные числа, число передач и диапазон регулирова­ния частоты вращения электродвигателя выбираются обычно таким образом, чтобы общая характеристика привода была близка к кривой постоянной мощности.

Частоту вращения барабана лебедки (скорости подъема гру­за) для выполнения условия (5.1) можно изменять ступенчато при помощи многоскоростных трансмиссий, либо бесступенчато при помощи турботрансформаторов или электропривода с ши­роким диапазоном регулирования частоты вращения. Возможно также уменьшение числа ступеней механической передачи до двух при наличии электропривода с ограниченным диапазоном регулирования частоты вращения.

При бесступенчатом изменении скорости подъема упрощает­ся и становится дешевле лебедка, однако ее привод становится сложнее и дороже; при ступенчатом изменении повышаются сложность и стоимость лебедки, но уменьшается сложность и стоимость привода. Технико-экономические расчеты показыва­ют, что чем больше глубина бурения, тем эффективнее приме­нение регулируемого электропривода.

В выпускавшихся ранее буровых установках электропривод лебедки осуществлялся асинхронными двигателями с фазным ротором.

Двигатель лебедки должен обладать достаточно большим максимальным моментом для получения больших ускорений при разгоне труб на высших скоростях лебедки, а также для освобождения бурильной колонны в случае прихвата ее поро­дой. Кратность максимального момента λ = 2,5-2,8 можно счи­тать достаточной.

Двигатели лебедки мощностью до 200–250 кВт целесооб­разно выбирать на напряжение 380, 500 или 660 В, так как для управления цепями статора этих двигателей можно при­менить контакторную аппаратуру низкого напряжения. При мощности двигателей более 250 кВт целесообразно выбирать их на напряжение 6 кВ, что позволяет устранить промежуточ­ную трансформацию напряжения.

В результате технико-экономического сравнения вариантов электропривода буровой лебедки может оказаться, что наибо­лее целесообразным является электропривод постоянного тока. Этот электропривод можно сделать безредукторным. Примене­ние безредукторного привода позволяет существенно упростить конструкцию лебедки и устранить ряд звеньев (цепные переда­чи, подшипники, шинно-пневматические муфты), более всего подверженных износу. Связь приводного двигателя непосредст­венно с барабаном лебедки позволяет использовать двигатель и в качестве электротормоза.

Точно определить мощность Р_дл двигателей лебедки трудно, поскольку эти двигатели при спускоподъемных операциях ра­ботают в повторно-кратковременном режиме с переменной про­должительностью цикла и переменным моментом статического сопротивления на валу. Наиболее простой для предварительного определения потребляемой мощности (в кВт) двигателя является формула

(5.2)

где Q_Н — номинальная грузоподъемность на крюке, кН; V_КР.О=0,4–0,5 м/с – установившаяся скорость подъема крюка с номинальной нагрузкой, соответствующая оптимальному значе­нию мощности; η_пу – 0,7-0,8 – к. п. д. подъемной установки от вала двигателя до крюка при номинальной грузоподъемности; λ – 1,2-1,3 – коэффициент возможной перегрузки двигателей.

7.Система управления электроприводом спускоподъемного агрегата в режиме подъема

Электропривод буровой лебедки буровых установок раннего выпуска оснащен асинхронными электродвигателями с фазным ротором и релейно-контакторными системами переключения ступеней сопротивлений в цепи ротора. Для уменьшения числа ступеней в последней ступени используется активно-индуктивный контур.

Для рас­ширения диапазона регулирования частоты вращения исполь­зуется система автоматического регулирования тока возбужде­ния муфты с обратными связями.

В приводе буровых установок электромагнитные муфты применяются для оперативного соединения приводного вала лебедки с двигателем, соединения двигателей (в первую оче­редь внутреннего сгорания) с групповой трансмиссией, в каче­стве пусковой муфты в приводе лебедки от постоянно вращающихся двигателей (синхронных или асинхронных с коротко-замкнутым ротором) и т.д.

В установках наземного бурения с глубиной скважин до 5000 м при централизованном электроснабжении применяется асинхронный электропривод буровой лебедки с тиристорным регулятором скольжения (АД-ТРС). В цепь ротора двигателя МЛ (рис. 6.1 а) включен трехфазный управляемый выпря­митель UZ, собранный по мостовой схеме, нагрузкой которого служат пусковые резисторы R₁ – R₃, шунтируемые в процессе пуска тиристорами VS1 - VS3.

Суммарное сопротивление пусковых резисторов выбрано из условия обеспечения стопорного момента двигателя, равного (1,5-1,6)·М_ном, при полностью открытом выпрямителе. Плав­ность пуска обеспечивается путем управления тиристорами выпрямителя.

Плавное открытие выпрямителя UZвыводит двигатель на некоторую промежуточную частоту вращения, определяемую сум­марным сопротивлением резисторов. Для дальнейшего разгона в схеме пусковых резисторов введены три шунтирующих ти­ристора VS1 - VS3, которые включаются по сигналу, соответ­ствующему полному открытию тиристорного выпрямителя UZ.

Переход на новое значение пускового сопротивления не да­ет существенных пиков тока ротора и момента двигателя, так как управляющие импульсы в результате действия обратной связи по напряжению закрывают тиристорный выпрямитель. Последний шунтирующий тиристор VS3 окончательно шунти­рует резистор R₃ и выводит двигатель на характеристику, близкую к естественной.

Так как по окончании пуска резисторы (R₁ – R₃) полностью зашунтированы, в установившемся режиме скольжение двига­теля равно 2 % вместо 7-10 %, имеющих место при пуске с активно-индуктивным сопротивлением. Таким образом, схема с тиристорным регулятором скольжения позволяет не только повысить производительность электропривода буровой лебедки и исключить из схемы силовые контакторы, но и дает сущест­венную экономию электроэнергии вследствие уменьшения со­противления роторной цепи двигателя.

Управление электроприводом осуществляется сельсинным командоаппаратом СКАР. Для стабилизации характеристик используется обратная связь по скорости. Сигнал от датчика скольжения ДСК подается в систему импульсно-фазового уп­равления тиристорами СИФУ и регулятор скольжения РСК.

Система управления шунтирования резисторов СУШ управляет­ся от логического устройства ЛУ В свою очередь, СИФУ и СУШ получают управление от генератора импульсов высокой частоты ГВЧ.

8.Система управления электроприводом спускоподъемного агрегата в режиме спуска

При отсутствии возможности тор­можения приводным двигателем на буровых установках приме­няются электромагнитные тормоза индукционного или ферропорошкового типа.

Управление током возбуждения индукционного тормоза ЭМТ (рис. 6.2) осуществляется от тиристорного преобразова­теля ТП. Задающий сигнал поступает в суммирующий усили­тель СУ от сельсинного командоаппарата СК, обратная связь по току – с добавочного сопротивления в цепи обмотки возбуж­дения ОВ ЭМТ, обратная связь по скорости – с тахогенератора BR. Управление тиристорным преобразователем осуществ­ляется от системы импульсно-фазового управления СИФУ. Схема управления электромагнитным тормозом обеспечивает свободный разгон КБТ под действием собственного веса, авто­матическое поддержание заданной установившейся скорости, интенсивное торможение КБТ при подходе к столу ротора. Перед началом спуска КБТ удерживается во взвешенном состоянии механическим тормозом. Тиристоры остаются закры­тыми отрицательным смещением суммирующего усилителя. Сельсинный командоаппарат СКА находится в нулевом поло­жении. При снятии механического тормоза начинается быст­рый разгон колонны и в обмотке обратной связи по скорости появляется ток, что вызывает быстрый рост тока возбуждения ЭМТ и, следовательно, его тормозного момента. Скорость увеличивается до тех пор, пока тормозной момент не достигнет значения, равного статическому моменту, после чего скорость поддерживается постоянной. При подходе элеватора к ротор­ному столу система переводится в режим замедления (фор­сирование возбуждения) при помощи СКА, с помощью которо­го оператор устанавливает необходимое значение тормозного момента. После остановки КБТ рукоятка СКА возвращается в исходное положение. Установка скорости спуска регулиру­ется бурильщиком вручную в зависимости от конкретных усло­вий.

Структура системы управления ферропорошковым тормозом аналогична рассмотренной для индукционного тормоза, однако дополнена аппаратурой, позволяющей использовать тормоз в качестве пассивного регулятора подачи долота.

Схема управления тормозом (рис. 6.3) построена на диоднотиристорным регуляторе, выполненном в виде двухфазно­го однополупериодного выпрямителя на диодах VD3 и VD4, к выходу которого последовательно с обмоткой возбуждения тор­моза ОБ (ТЭП) подключен регулирующий тиристор VS1. Уп­равляющий электрод тиристора VS1 зашунтирован вспомога­тельным тиристоромVS2, цепь управления которого подклю­чена к узлу задания нагрузки на долото, а управляющий элек­трод шунтирован тиристором VS3, цепь управления послед­него соединена с узлом скорости спуска, состоящим из ряда последовательно включенных стабилитронов VD6 - VD10 и тахогенератораBR, установленного на валу тормоза. Посколь­ку ферропорошковый тормоз имеет большую постоянную вре­мени и при его выключении бурильщику трудно оперативно управлять лебедкой, схема предусматривает интенсификацию размагничивания тормоза путем подачи в обмотку возбуждения напряжения обратной полярности через диоды VD1, VD2.

Значительная пульсация выпрямленного тока, характерная для однополупериодного выпрямителя, в данном случае играет положительную роль, предотвращая слипание частичек фер­ромагнитного порошка.

Диод VD5 служит для того, чтобы сигнал от тахогенератора не поступал в систему управления тормозом при подъеме КБТ.

Система управления тормозом обеспечивает регулирование скорости спуска КБТ в диапазоне 0,5…2,5 м/с.

9.Электропривод буровых насосов. Режимы работы и

требования к электроприводам

Буровой насос служит для создания циркуляции промывочной жидкости, очищающей забой и передающей энергию турбине при турбинном способе бурения.

Оптималь­ный режим работы насосной установки характеризуется посто­янством развиваемой насосами мощности, равной номинальной: pQ = const.

Приблизиться к режиму постоянства мощности можно сле­дующим образом: 1)при нерегулируемом приводе – путем применения ци­линдрических втулок разного диаметра. Этот режим работы характеризуется зависимостью подачи Q насоса от давления р на выходе и диаметра втулки; 2)при регулируемом приводе – использованием в начале бурения втулки малого диаметра при частоте вращения при­водного вала больше номинальной, а затем по мере повышения давления путем снижения частоты вращения привода сохра­нить равенство pQ = const

Регулирование подачи насоса необходимо в осложненных условиях бурения, а также при восстановлении циркуляции. Таким образом, для бурового насоса целесообразно применять регулируемый электропривод, причем регулирование следует выполнять при постоянном моменте, определяемом допустимым давлением в гидравлической системе буровой установки.

Таким образом, требуемый диапазон регулирования частоты вращения бурового насоса обусловлен следующими технологи­ческими требованиями: 1)возможностью плавного пуска бурового насоса как при от­сутствии давления в нагнетательном трубопроводе, так и при противодавлении, создаваемом другим работающим насосом; 2)возможностью работы в большей части интервала скважины в режиме максимального давления, соответствующем наиболее целесообразному технологическому процессу проводки скважи­ны; 3)целесообразностью облегчения процесса восстановления циркуляции и операций по ликвидации аварий и осложнений; 4)возможностью снижения уровня пульсаций давления в на­гнетательном трубопроводе.

Мощность приводного двигателя насоса определяют по формуле

(7.1)

где Q_T - максимальная теоретическая подача, м³/с; р - полное давление нагнетания при максимальной подаче, Па; φ_п – ко­эффициент подачи; η_н– полный КПД насоса; η_пн – КПД передачи между двигателем и насосом; а – коэффициент, учиты­вающий возможность длительной перегрузки насоса.

Поскольку режим работы насоса продолжительный, двига­тель насоса выбирают так, чтобы его номинальная мощность была несколько больше мощности, вычисленной по формуле (7.1).

В отечественной практике для буровых насосов, как прави­ло, используют однодвигательный привод.

10.Регулируемый электропривод буровых насосов

Для при­вода буровых насосов установок, рассчитанных на средние глубины бурения, используют систему электропривода с час­тичным регулированием скорости по схеме АВК, обеспечивающего экономичное регулирование скорости в основных рабочих режимах в пределах от 100 до 50 % номинальной, причем энергия скольжения возвращается в электрическую сеть. При этом под частично регу­лируемым понимают электропривод, обеспечивающий плавный пуск и кратковременное или в ограниченном диапазоне эконо­мичное регулирование скорости.

АВК (рис. 7.3) состоит из асинхронного двигателя М, приводящего в движение буровой насос БН; трехфазного выпрямительного моста UZ1, преобра­зующего энергию скольжения двигателя в энергию постоянно­го тока; инвертора UZ2, с помощью которого энергия постоян­ного тока преобразуется в энергию переменного тока, возвра­щаемую через трансформаторTV3 и разъединитель QS2 в сеть. Регулирование скорости двигателя осуществляется изме­нением противоЭДС инвертора UZ2.

Двигатель подключается к сети при введении в цепь ротора пускового резистора R_П с одновременным введением в цепь ро­тора максимального значения противо ЭДС инвертора. При этом разгон двигателя до половины номинальной скорости осуществляется изменением противо ЭДС инвертора, после че­го контактор КМ шунтирует пусковой резистор. Дальнейший разгон двигателя происходит по схеме вентильного каскада.

Скорость регулируется сельсинным командоаппаратом СК, сигнал от которого поступает на задатчик интенсивности ЗИ, формирующий темп нарастания скорости двигателя.

В системе управления электроприводом предусмотрены об­ратные связи по скорости (тахогенератор BR) и току (трансформатор тока ТА, датчик тока ДТ, блок нелинейной обратной связи по току НОСТ), с помощью которых форми­руются требуемые механические характеристики.

Значение скорости двигателя, при которой производится шунтирование пускового резистора, устанавливается задатчиком. Выходной сигнал блока сравнения сигналов ССС1 (ССС2) в первом случае воздействует на релейно-контакторную схему РКС, а во втором - на автоматиче­ский выключатель QF1. Управление инвертором осуществля­ется блоками системы импульсно-фазового управления СИФУ и формирования импульсов ФИ.

Схема управления АВК имеет надежную защиту от корот­ких замыканий с помощью автоматических выключателей QF2, QF3 и от перенапряжений блоками БЗП1 и БЗП2.

Питание устройств системы управления АВК осуществляет­ся от блока питания БП.

В буровых установках для бурения скважин глубиной 6,5-10 км для электропривода буровых насосов типа У8-7 используются двигатели постоянного тока, управляемые по системе тиристорный преобразователь – двигатель (ТП-Д) (рис.7.4,а). Система управления электроприводом построена по принципу подчиненного управления и включает в себя контур регулирования ЭДС двигателя и подчиненный ему контур регули­рования тока. Регулятор ЭДС – пропорциональный (П-регулятор), тока -пропорционально-интегральный (ПИ-регулятор). В системе управления электроприводом использу­ется блок регуляторов БР и блок датчиков. Блок регуляторов включает в себя гальваническую развязку РГ, фазочувствительный выпрямитель ФВ, задатчик интенсивности ЗИ, регу­лятор ЭДС РЭ и регулятор тока РТ. Блок датчиков содержит. Датчик тока ДТ и датчик напряжения ДН. Управление элект­роприводом осуществляется с пульта управления насосом сельсинным командоаппаратом СК. Воздействуя на систему управления тиристорным преобразователем ТП, плавно регулируют скорость двигателя М. В некоторых электроприводах буровых насосов регулирование скорости осуществляется ос­лаблением магнитного потока двигателя. В этом случае в цепь обмотки возбуждения двигателяLM включается устройство регулирования тока возбуждения.

Регулируемый электропривод бурового насоса может быть также реализован на базе вентильного двигателя (рис. 7.5). Электропривод состоит из преобразователя частоты ПЧ со звеном постоянного тока 3 и синхронного двигателя 5. Для управления инвертором 4 используется бесконтактный дат­чик положения ротора двигателя 7. Выпрямленное напряже­ние через сглаживающий реактор РФ подается на вход ин­вертора, тиристоры которого отпираются импульсами, вы­рабатываемыми системой управления 9 в зависимости от сигналов датчика положения ротора. Ток возбуждения вен­тильного двигателя регулируется с помощью возбудителя 6. В системе управления предусмотрены обратные связи по току, подаваемые от датчика тока ДТ в блоки 9 и 10 систем импульсно-фазового управления выпрямителем и инвертором. Для стабилизации скорости используется обратная связь от тахогенератора 8. Защита от КЗ осуществляется с помощью автоматического выключателя 1, а для ограничения тока ис­пользуются реакторы 2. Управление электродвигателем осуще­ствляется с пульта 11.

Регулировочные свойства электропривода аналогичны свой­ствам электропривода постоянного тока.

Преимущества регулируемого электропривода буровых насо­сов в значительной степени проявляются при турбинном спо­собе бурения скважины и заключаются в следующем: 1)наилучшее использование установленной мощности буро­вых насосов, работа на оптимальных режимах для каждого интервала бурения при различных типах забойных двигате­лей, что обеспечивает сокращение времени механического бу­рения; 2)увеличение скорости вращения долота и средней мощности, подводимой к долоту; при необходимости увеличение гидравли­ческой мощности по мере износа забойного двигателя; 3)возможность пуска насоса под нагрузкой, что уменьшает из­нос задвижек и облегчает работу буровой бригады; 4)сокращение времени на промывку скважины до и после бу­рения; 5)сокращение времени спуско-подъемных, а также ряда вспо­могательных и подготовительно-заключительных операций, обусловленное уменьшением числа рейсов вследствие увеличе­ния средней проходки на долото; 6)более широкие возможности ликвидации аварий, связанных с прихватами и некоторыми другими аварийными ситуациями; 7)равномерность подачи бурового насоса, что позволяет отка­заться от пневмокомпенсаторов и др.

11.Автоматический регулятор подачи долота

Под подачей долота понимают последовательное опускание верхней точки КБТ, осуществляемое в процессе разрушения породы. В установившемся режиме бурения скорость подачи долота должна быть равна скорости разбуривания породы. Если скорость подачи долота превосходит ско­рость разбуривания породы, то возрастает нагрузка на забой, что может повлечь за собой искривление ствола скважины или поломку бурильных труб. Если скорость подачи долота меньше скорости разбуривания, то нагрузка на забой уменьшается, что снижает скорость бурения.

Ручным способом (по показаниям приборов амперметра в цепи статора бурового двигателя и индикатора веса) трудно получить плавную и равно­мерную подачу долота. Эта задача решается применением ав­томатических регуляторов подачи долота.

В зависимости от места расположения автоматические регу­ляторы подачи долота бывают наземными или глубинными (погружными).

Электромашинные регуляторы подачи долота РПДЭ-3, РПДЭ-7, РПДЭ-8 предназначены для поддержания режимов бурения скважин при турбинном и роторном бурении. Регуляторы обеспечивают режим поддержания заданного значения нагруз­ки на долото (веса инструмента на крюке), т.е. основной ре­жим, и режим поддержания заданного значения скорости пода­чи или подъема инструмента, т.е. вспомогательный режим. Ре­гуляторы подачи долота РПДЭ-7 и РПДЭ-8 оснащены электро­приводом по системе ТП-Д, а РПДЭ-3 - по системе Г-Д.

Входной величиной для объекта регулирования служит скорость подачи, а выходной (регулируемой величиной) – на­грузка на долото.

Функциональная схема регулятора подачи долота РПДЭ-8 приведена на рис. 8.1.

Регулятор включает в себя датчик веса 3, устанавливаемый на неподвижном конце талевого каната 2 и служащий для из­мерения веса на крюке.

Разность между сигналом задания U_3B и сигналом U_В по­ступающим от датчика веса, воздействует на регулятор веса РВ, выходной сигнал которого в свою очередь является сигна­лом заданного значения ЭДС электродвигателя (в установив­шемся режиме это сигнал заданного значения скорости подачи долота) регулятора ЭДС РЭ.

Таким образом, изменение усилия на крюке при бурении приводит к изменению сигнала на выходе регулятора РВ, яв­ляющегося задающим сигналом для контура регулирования ча­стоты вращения.

Система управления электроприводом состоит из двух контуров регулирования. Внутренний контур - регулирования тока – включает в себя регулятор тока РТ, систему импульсно-фазового управления СИФУ, тиристорный преобразователь ТП и датчик тока ДТ; внешний - контур регулирования ЭДС – состоит из регулятора ЭДС РЭ, контура регулирования тока и датчика ЭДС ДЭ. Сигнал, пропорциональный ЭДС дви­гателя, получают как разность сигналов датчиков напряжения ДН и датчика тока ДТ.

Система автоматического регулирования нагрузки на долото работает по принципу отклонения.

Реверсирование электродвигателя М производится пере­ключателемSA, с помощью которого изменяется полярность на зажимах обмотки возбуждения ОВ. Стабилизация тока возбуж­дения осуществляется регулятором РТВ, который через систе­му импульсно-фазового управления СИФУ воздействует на тиристорный возбудитель ТВ. На вход регулятора РТВ посту­пает разность сигналов заданного тока возбуждения U_3.ТB и датчика тока возбуждения ДТВ.

В системе управления предусмотрены также следующие ви­ды защит: 1)защита тиристорного преобразователя от коммутационных перенапряжений; 2)быстродействующая защита от аварийных перегрузок по току; 3)защита при превышении максимально допустимой скорости приводного электродвигателя; 4)защита от перегрузки талевой системы буровой установки с помощью регулируемой системы ограничения стопорного тока электродвигателя; 5)защиты электрических цепей от КЗ.

К основным параметрам электропривода РПДЭ относятся установленная мощность привода и максимальная частота вра­щения, соответствующая максимальной скорости КБТ. Совме­щение функций регулятора подачи и аварийного привода, рас­считанного на подъем КБТ максимального веса со скоростью, достаточной для предотвращения осложнений в стволе сква­жины, приводит к тому, что параметры электропривода регулятора подачи долота выбираются не по основному, а по ава­рийному режиму.

Кроме того, электропривод регулятора подачи долота ис­пользуется для подъема и кратковременного приложения макси­мальной нагрузки при монтаже и испытаниях буровой вышки.