Выбор подходящей марки погружного электродвигателя

СКВАЖИННОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

На основании исходных данных выбираем марку погружного электродвигателя из каталожных данных, и занесём их в таблицу №2.

Таблица №2

Тип, марка	U1, В	Pн, кВт	Uраб, В	η, %	Cos φ	Dк, мм
1ЭД32-117М					0,84

1.2 Расчёт и выбор кабельной линии

Выбор сечения кабельной жилы производим с учетом механических характеристик, условий нагрева, допустимых потерь напряжения и мощности в нормальном режиме, механической 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 F1 по формуле:

(мм²) (1.1)

Где, I_{м.р .} – максимальный расчетный ток в кабельной линии при нормальном режиме работы;

j_эк =2,5 А/мм² экономическая плотность тока, принимается на основе опыта эксплуатации.

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

(А) (1.2)

Где, – активная, реактивная и полная мощности, потребляемые УЭЦН из промысловой сети.

Рассчитываем активную мощность потребляемую УЭЦН:

(кВт) (1.3)

Где, – необходимая мощность на валу приводного электродвигателя, потребляемая центробежным насосом;

η – КПД электродвигателя, взятое из таблицы №2.

(кВт)

Рассчитываем реактивную мощность потребляемую УЭЦН:

(кВАр) (1.4)

Где, = 0,65

(кВАр)

Рассчитываем полную мощность потребляемую УЭЦН:

(кВА) (1.5)

(кВА)

Подставляя, рассчитанные величины в формулу 1.2 получим максимальный рабочий ток электродвигателя.

(А)

Рассчитываем сечение жилы основного кабеля питания УЭЦН, подставим известные значения в формулу 1.1.

(мм²)

Выбираем ближайшее стандартное значение мм² и сечение кабеля удлинителя мм² . Данные для основного и удлинительного силового кабеля марки КПБП занесём в таблицу №3.

Таблица №3

Число и сечение жил, мм^2	Конструкция кабеля ВхН	Толщина изоляции, мм	Диаметр изолированной жилы, мм
3×10	29,4х12,2	2,0	7х1,38
3×16	32,2х13,1	2,0	7х1,68

Проверяем возможность размещения погружного агрегата (кабель + центробежный насос) в скважине:

(мм) (1.6)

Условия размещения выполняются.

Проверяем выбранные сечения по длительно допустимому току I_дл.доп. Согласно ПУЭ допустимый длительный ток I_дл.р для кабелей с медными жилами, с резиновой или пластмассовой изоляцией, бронированных, трехжильных, находящихся в земле составляет 90 А для сечения токопроводящей жилы 10 мм². Этот ток принят для температуры жилы + 65 ˚С и земли + 15 ˚С. Длительно допустимый ток при другой температуре окружающей среды можно определить с помощью поправочного коэффициента К(t) который, если считать коэффициент теплоотдачи неизменным, выражается формулой:

(1.7)

Где, t_дл.доп – длительно-допустимая температура для кабеля КПБП, равная + 95˚С;

t_о.р – расчетная температура окружающей среды равная +15°С;

t_о.с – температура среды, окружающей кабель, которую условно можно принять равной температуре пластовой жидкости, окружающей кабельную линию в скважине.

Длительно допустимый ток погружного кабеля КПБП:

(А) (1.8)

Произведём проверку соблюдения условия, при котором :

(А)

42,66 (А)>34,51 (А), значит , условие соблюдается.

Потери напряжения в кабельной линии

Потери напряжения Δ U_кл в номинальном режиме работы установки ЭЦН равны

(В) (1.9)

и не должны превышать в нормальном режиме 10 % от номинального расчетного напряжения.

(1.10)

В качестве последнего используем номинальное напряжение погружного электродвигателя. Это напряжение зависит от мощности, диаметральных размеров, рода изоляции и других условий и поэтому не бывает одинаковым у всех типов двигателей. Одинаковое напряжение для всех типоразмеров погружных электродвигателей нецелесообразно, т.к. это ухудшает их характеристики и усложняет их производство.

Рассчитываем активное сопротивление кабеля, которое равное:

(Ом) (1.11)

Где, λ – удельная проводимость меди равная 59 См.м/мм²;

α – температурный коэффициент сопротивления для меди равный 0,004 град ^–1;

t_каб – температура жилы кабеля в ˚С, принимаемая, как температура пластовой жидкости.

(Ом)

Рассчитываем индуктивное сопротивление кабеля, равное

(Ом) (1.12)

Где, - длина кабельной линии (км);

Диаметр жилы (мм);

толщина изоляции (мм);

(мм).

(мм) (1.13)

(мм),

Тогда, подставим рассчитанные величины в формулу 1.12 и получим следующий результат:

(Ом)

Рассчитываем потери напряжения ΔU_л в номинальном режиме работы установки ЭЦН подставляя рассчитанные величины в формулу 1.9:

(В)

или в относительных единицах по формуле 1.10 получим:

(%),

что можно считать допустимым (5,39% < 10 %), т.е. кабельная линия проходит по потерям напряжения.

Потери мощности в кабельной линии

Величина активной Δ Р_кл, реактивной Δ Q_кл и полной Δ S_кл потери мощности в кабельной линии зависит от активного R_л и реактивного Х_л сопротивлений фаз токопроводящего кабеля. Приближенно нагрузочные потери мощности в линии можно определить по номинальному напряжению погружного электродвигателя

(Вт) (1.14)

(Вт)

Произведём проверку при этом должно соблюдаться условие:

, следовательно, 2772,5<37600·0,18, условие соблюдается.

Произведём расчёт активной мощности подводимой к кабельной линии в начале участка сети

(кВт) (1.15)

(кВт)

Рассчитываем потери реактивной мощности в кабельной линии

(кВАр) (1.16)

Напряжение в начале кабельной линии, которое должно обеспечивать трансформатор промысловой станции управления для получения номинального напряжения на погружном электродвигателе составляет:

(В) (1.17)

(В)

Реактивная емкостная мощность рассчитывается по формуле:

(кВАр) (1.18)

Где, ток зарядный (А); (1.19)

[См/км]; (1.20)

(См/км), подставим значение Вл в формулу 1.19 и получим следующее:

(А)

Подставим известные величины в формулу 1.18 и получим результат:

(кВАр)

Рассчитываем потери реактивной мощности, в кабельной линии подставляя известные значения в формулу 1.16

(кВАр)

Полная реактивная мощность установки ЭЦН с учетом зарада-разряда

(кВАр) (1.21)

(кВАр)

Полная мощность на входе кабельной линии

(кВА) (1.22)

(кВА)

1.3 Расчёт и выбор двухобмоточного трансформатора

Трансформатор выбираем по двум параметрам Sн и Uн при этом коэффициент загрузки должен лежать в пределах Кзагр.=0,7…0,8.

Определяем необходимую мощность силового трансформатора по формуле:

(кВА) (1.23)

(кВА)

Находим марку силового трансформатора с каталожной мощностью и каталожным напряжением ступеней регулирования

Выбираем силовой трансформатор масляный, повышающий марки ТМПН-63/856-73УХЛ1. Параметры трансформатора представлены в таблице №4.

Таблица №4

Номинальная мощность, кВА	Напряжение х.х. вторичной обмотки, В	Ступень регулирования, В	Потери х.х., Вт	Потери КЗ, Вт	Ток х.х., %	Напряжение кз, %
	657 – 698 – 739 – 781 – 824 – 856 – 900 – 941 – 982 – 1023				2,2	5,5

Коэффициент загрузки силового трансформатора составит:

(1.24)

, величина коэффициента загрузки лежит в пределах 0,7…0,8.

Расчёт потерь мощности в трансформаторе

Трансформатор представляется в виде Г-образной эквивалентной схемы без идеального трансформатора (ИТ) 4-х элементной.

Рис.1 Г-образная схема замещения трансформатора

Параметры Г – образной схемы замещения.

– приведенная нагрузка;

– приведенные активные и индуктивные сопротивления обмоток;

В_тр – проводимость намагничивания;

G_тр – проводимость активных потерь (потери в стали).

Произведём расчёт потерь в активном сопротивлении обмотки трансформатора по трём фазам

(Ом) (1.25)

(Ом)

Произведём расчёт потерь в реактивном сопротивлении обмотки трансформатора по трём фазам. Реактивное сопротивление в обмотках трансформатора определяем по Uкз(%), так как известно, что Х_Т∑>>R_Т∑.

(Ом) (1.26)

(Ом)

Рассчитываем проводимость магнитных потерь, через потери мощности холостого хода.

(Ом^-1) (1.27)

(Ом^-1)

Рассчитываем проводимость намагничивания, через ток холостого хода.

(См) (1.28)

(См)

Рассчитываем потери активной мощности в трансформаторе.

(Вт) (1.29)

(Вт)

Рассчитываем потери реактивной мощности в трансформаторе.

(ВАр) (1.30)

Потери реактивной мощности на намагничивание

(ВАр) (1.31)

(кВАр)

Потери реактивной мощности рассеяния в трансформаторе при номинальной нагрузке

(ВАр) (1.32)

(кВАр)

Подставим рассчитанные значения по формулам 1.31, 1.32 в формулу 1.30 и произведём расчёт

(кВАр)

Расчёт потерь напряжения в трансформаторе на первичной обмотке

Расчёт потерь напряжения в трансформаторе на низкой стороне рассчитываем по формуле

(В) (1.33)

Рассчитываем суммарную активную мощность

(кВт) (1.34)

(кВт)

Рассчитываем суммарную реактивную мощность

(кВАр) (1.35)

(кВАр)

Подставляя в формулу 1.33 известные расчётные величины, получим следующий результат:

(В)

Расчёт потерь напряжения в трансформаторе на вторичной обмотке

Расчёт потерь напряжения в трансформаторе на высокой стороне рассчитываем по формуле

(В) (1.36)

Где, коэффициент трансформации силового трансформатора Кт для ступеней трансформации рассчитываем по формуле:

(1.37)

;

;

.

Подставляя значения коэффициентов трансформации в формулу 1.36, получим следующий результат:

(В)

(В)

(В)

Напряжение холостого хода вторичной (ВН) обмотки трансформатора

(В) (1.38)

(В)

Окончательно принимаем отпайку с напряжением 824 В, как ближайшую к расчётному напряжению холостого хода на стороне ВН, рассчитанную по формуле 1.38.

Уточняем фактическое напряжение на входе ПЭД

(В) (1.39)

(В)

Произведём расчёт отклонения напряжения на входе ПЭД () от напряжения номинального рабочего ().

(1.40)

Условия соблюдения правильности выбора напряжения отпайки выполняется если, .

%, по условию , следовательно, силовые кабели и трансформатор выбраны, верно.

Дата добавления: 2015-06-26