Контрольная работа по дисциплине : «Электротехнические комплексы, системы и сети»

	НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ «АКАДЕМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ  ПРИКЛАДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ» КАФЕДРА «ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ»
КОНТРОЛЬНАЯ   РАБОТА               По дисциплине : «Электротехнические комплексы, системы и сети»
		Выполнил  Студент 4 курса  Группа ЗЭЭл 429 Специальность 140610  Электрооборудование  и электрохозяйство предприятий, организаций               и учреждений   Яхьяев Рамазан Яхьяевич (Ф.И.О.)   Дата  сдачи контрольной  работы:   «______ » _____________  2013 г.   Проверил :   Кандидат технических  наук, профессор Кузнецов  Евгений Михайлович     Отметка о зачете:
г. Нижневартовск    2013 г.

 

 

 

 

Задание на курсовое проектирование по ЭТКС

 

«Выбор и  проектирование электрооборудования  УЭЦН для откачки нефти из скважин»

 

1. Рассчитать параметры и выбрать кабельную линию и промысловый трансформатор установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) для откачки нефти из скважины;
2. Рассчитать параметры и выбрать погружной электродвигатель и электроцентробежный насос. Привести их параметры и рабочие характеристики
3. Рассчитать преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока для станции управления  ЭТКС  УЭЦН.
4. Составить схему электроснабжения скважины от  ВЛЭП  6кВ, выбрать на стороне 0,4кВ коммутирующие и защитные аппараты. 

 

                                       Графическая часть:

  

     1. Структурная схема   ЭТКС УЭЦН. 2. Схема замещения кабельной  линии с распределенными параметрами. 3. Функциональная электрическая  схема преобразователя частоты  (ПЧ). 4. Таблица алгоритма переключения  IGBT транзисторов, схемы замещения состояний автономного инвертора на интервалах 0…360 эл. Град.      5. Графики (временные диаграммы) работы ШИМ. 6. Временные диаграммы выходных трехфазных ступенчатых напряжений ПЧ. 7. Схему электроснабжения скважины.

Исходные  данные:

 

№	U1, В	fМIN, Гц	fMAX, Гц	l, м	Pн, кВт	Uн, В	η, %	Cos φ	T, 0С	Dк, мм	Dвн.об, мм
3	380	30	60	700	40	1000	72	0,78	79	103	122

 

Обозначения принятые в таблице 1: l_М – глубина спуска погружного электродвигателя (ПЭД); Р_Н – номинальная мощность на валу ПЭД; U_Н – номинальное напряжение ПЭД; η – коэффициент полезного действия ПЭД; cos φ – коэффициент мощности ПЭД; T – температура пластовой жидкости в скважине; D_К – диаметр корпуса ПЭД; D_ВН.ОБ – внутренний диаметр обсадной колонны; U₁ – напряжение промысловой сети; f_МIN, f_MAX – минимальная и максимальная частота выходного напряжения преобразователя частоты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание на курсовую работу.

Спроектировать  и выбрать следующие элементы электрооборудова-ния ЭТКС УЭЦН: кабельную линию (КЛ) и промысловый трансформатор, рассчитать двухзвенный преобразователь частоты (ПЧ) с автономным инвер-тором напряжения (АИН).

 

Исходные  данные:

 

– длина  кабельной линии, l = 700 м;

– температура  пластовой жидкости, Т = 75˚С;

– номинальная  мощность электродвигателя установки  ЭЦН, Р_п.д = 40 кВт;

– номинальное  напряжение электродвигателя, U_д.н = 1000 В;

– коэффициент  мощности электродвигателя, cosφ = 0,78;

– коэффициент  полезного действия электродвигателя, η = 72 %;

– внутренний диаметр обсадной колонны скважины, D_вн.об = 122 мм;

– диаметр  корпуса электродвигателя, D_к = 103 мм;

– напряжение электрической сети, U_ном.ЭС = 380 В;

– диапазон частот полупроводникового ПЧ, от 30 до 80 Гц.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рекомендуемое содержание КП.

 

ВВЕДЕНИЕ

1.РАСЧЕТ  ПАРАМЕТРОВ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ  УЭЦН.

1.1 Расчет  и выбор кабельной линии

1.2 Расчет  и выбор промыслового трансформатора

1.3 Подбор  погружного  электродвигателя и  электроцентробежного насоса.

1.4 Баланс  мощностей и энергетическая диаграмма   погружной УЭЦН.

1.5Схема электроснабжения  скважины.

2. РАСЧЕТ  ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ДЛЯ  СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ УЭЦН.

2.1 Расчет  автономного инвертора напряжения.

2.2 Расчет  выпрямителя.

23 Расчет  фильтра.

2.4 Расчет  снаббера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

ПРИЛОЖЕНИЯ.

П1. Структурная схема ЭТКС.

П2  Схема замещения кабельной линии.

П3  Схема  электроснабжения скважзины.

П4  Электрическая схема электропривода УЭЦН с преобразователем частоты.

П5  Таблица  алгоритма переключений IGBT транзисторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

 

        Значительную часть добываемой в России нефти получают из скважин, оборудованных для механизированной добычи, которую осуществляют насосным и компрессорным способами. Для насосной добычи используют штанговые плунжерные насосы или бесштанговые погружные центробежные электронасосы. Область экономически целесообразного применения того или другого вида насосной установки определяется сочетанием суточной произ-водительности скважины и глубины подвески насоса.

        Бесштанговые погружные насосы используют на скважинах с форси-рованным отбором жидкости при значениях 400 – 500 м³/сут и на скважинах и на скважинах с меньшей производительностью 40 – 300 м³/сут при глубине скважины от 400 до 2800 м.

        Промышленностью выпускаются центробежные насосы ЭЦН около 30 типоразмеров с подачей от 40 до 500 м³/сут и номинальным напором 445 – 1480 м.

        Для работы в сильнообводненных скважинах с содержанием в жид-кости повышенных количеств песка разработаны и внедрены в эксплуатацию износостойкие насосы ЭЦН с некоторыми конструктивными изменениями (применены резина, пластмасса, хромистые стали), повышающими стойкость насоса против износа и коррозии.

         Данная курсовая работа посвящена проектированию и выбору элемен-тов электрооборудования ЭТКС УЭЦН: кабельной линии и промысловому трансформатору, расчету двухзвенного преобразователя частоты с автоном-ным инвертором напряжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основная часть

 

 

1. Структура ЭТКС у УЭЦН

 

       На производствах промышленности, на нефтегазовых промыслах зна-чительная часть рабочих процессов выполняется механизмами и машинами с помощью электроэнергии и электротехнических систем (ЭТС). Различают следующие виды ЭТС:

• электротермические;
• сварочные;
• электромеханические;
• электротехнологические;
• пьезоэлектрические;
• специальные.

       Все эти ЭТС вне зависимости от своего назначения имеют общие свойства и в частности общую структуру.

 

ИЭ – источник электроэнергии. К нему относятся  промышленная сеть, сеть постоянного  тока, аккумуляторы и т.д.

ПЭ – преобразователь  электроэнергии.  Он преобразовывает  электро-энергию с одними параметрами в электроэнергию с другими параметрами (преобразователь частоты, трансформатор, вентиль и др.).

ЭТУ – электротехнологическое устройство. Оно преобразует электри-ческую энергию в технологическую (химическую, тепловую, световую, меха-ническую, акустическую, гидравлическую и т.д.).

ПУ – преобразовательное устройство. Оно осуществляет преобразова-ние технологической энергии с одними параметрами в технологическую энергию с другими параметрами (редукторы в электроприводах).

РМ – рабочий  механизм. К нему относится часть  ЭТС, которая обес-печивает реализацию рабочих процессов и приводит в действие, например, электродвигателями: в металлорежущих станках используют резец, шпин-дель, поворотный стол; в химической промышленности термокамерами при-водит в действие нагревательную установку.

ТО – технологический  объект. Он подвергается преобразованию в хо-де рабочего процесса.

УУР – устройство управления и регулирования. Оно  поддерживает не-обходимое течение рабочего процесса и управляет его параметрами, воздей-ствуя на все эти узлы. Он содержит: измерительную, вычислительную, управляющую, защитную части.

Структурная схема ЭТКС УЭЦН представлена в приложении 5.1.

 

2. Выбор КЛ

 

       Выбор сечения кабельной жилы производим с учетом механических характеристик, условий нагрева в нормальном и послеаварийном режимах, допустимых потерь напряжения и мощности в нормальном режиме, механи-ческой прочности и термической устойчивости к токам короткого замыкания. Из всех значений, полученных условий, выбирается наибольшее сечение.

       Сечение жил выбираем таким образом, чтобы они соответствовали минимальным приведенным годовым затратам на эксплуатацию кабельной линии, которые в существенной степени определяются потерями энергии в линии. При упрощенном подходе это требование сводится к применению нормативной экономической плотности тока и определению расчетного экономического сечения токопроводящей жилы S_эк по формуле:

                                                                                                             (2.1)

где I_м.р – максимальный расчетный ток в кабельной линии при нормальном режиме работы;

j_эк – экономическая плотность тока, А/мм², принимается на основе опыта эксплуатации.

Для упрощения  расчетов принимаем режим работы электродвигателя номинальным. Тогда величина тока I_м.р определяется из выражения:

                  (2.2)

где Р_ном, Q_ном, S_ном – активная, реактивная и полная мощности, потреб-ляемая ЭЦН из промысловой сети.

                                                                         (2.3)

                          (2.4)

где Р_п.д – необходимая мощность на валу приводного электродвигателя, потребляемая центробежным насосом;

η – КПД  электродвигателя.

       Для выбора значения j_эк необходимо знать материал токопроводящей жилы (медь) и величину времени использования максимальной (номинальной) нагрузки Т_м кабельной линии за год (в часах). Тогда экономическую плотность тока можно определить из аналитической формулы:

                                                                                    (2.5)

 

 

где j_(эк)0 – нулевая экономическая плотность тока при Т_м = 0, либо найти в нормативной таблице j_(эк) = F(Т_м).

Будем считать, что для установок с ЭЦН  Т_м составляет более 5000 часов. Величина j_(эк)0 для кабеля с резиновой и пластмассовой изоляцией и мед-ными жилами составляет 3,9 А/мм². Тогда аналитическое значение плотности тока:

       Значение экономической плотности тока для кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией с медными жилами при Т_м более 5000 часов составляет 2,7 А/мм². Учитывая сложные условия эксплуатации кабельной линии в установках ЭЦН для добычи нефти принимаем j_(эк) = 2,5 А/мм² и определяем расчетное экономическое сечение жил кабельной линии:

                                                                           (2.6)

       Схема КЛ распределения представлена в приложении 5.2.

Выбираем  ближайшее стандартное значение S_ст = 16 мм² и марку кабеля на 2300 В КПБК с данными, приведенными в табл. №1.

Таблица №1

Число и сечение жил, мм2	Конструкция жилы	Толщина изоляции, мм	Диаметр изолированной жилы, мм	Диаметр кабеля, мм	Масса, кг/км
3×10	1×1,7 + 6×1,26	3,0	9,55	24,4	898