Размещено на http://allbest.ru

Модернизация силовой части буровой установки ZJ40DBS

Введение

буровой установка модернизация трансформатор

В настоящее время на буровой установке ZJ40DBS, зарубежного производства, используются две пары распределительных трансформаторов. Преобразующих промышленную электрическую энергии с напряжения 6 кВ до напряжения потребления 0,6 кВ и с шины напряжения 0,6 кВ до напряжения в 0,4 кВ.

В данной работе модернизация коснется силовой части буровой установки, а именно части преобразования электрической энергии, и её передачи до потребителя (электроустановки).

В части преобразования электрической энергии: замена четырех двухобмоточных трансформаторов на два трехобмоточных, т.к. экономически он выгоднее двухобмоточных, занимает меньше места и при этом не уменьшает надежности работы электроутановки.

В части передачи электрической энергии: замена некоторых используемых кабельных линий на кабельные линии меньшего сечения, это повлечет за собой уменьшение общей стоимости, что так же не уменьшит надежности работы, т.к. допустимые токи протекающие по используемым кабельным линиям, в часы максимумов нагрузки, взяты с запасом.

1. Актуальность темы исследования

При использовании трехобмоточных распределительных трансформаторов появляется ряд существенных преимуществ, среди которых:

- получение двух напряжений на низкой стороне;

- уменьшение токов короткого замыкания;

- экономия места на буровой установке;

- уменьшения числа и мощности коммутационного оборудования;

- экономическая выгода использования;

Из недостатков - при аварии на одной из обмоток трехобмоточного трансформатора, он полностью выходит из строя. Этот недостаток компенсируется присутствием 2го трансформатора на параллельной работе, что не уменьшает надежности бесперебойной работы электроустановки.

Изменение номинальных значений мощности трансформаторов, путем аналитических наблюдений работы оборудования в часы максимумов нагрузки (т.е. бурении). Что также удешевит данное оборудование. И это позволит трансформаторам работать в номинальном режиме не только во время бурения, что увеличит срок их службы.

Перевыборы некоторых автоматических выключателей по номинальному току, из за их недогруженности. Для экономии средств на приобретение.

Возможна систематическая перегрузка трансформатора, т.к средняя годовая температура в ХМАО равна -2,5. Но при этом общая величина перегрузки не должна превышать 150% от номинальной мощности трансформатора.

2. Теоретическая часть

2.1 Трехобмоточный трансформатор

Если необходимо получить несколько напряжений, то вместо требующихся для этого нескольких отдельных двухобмоточ-ных трансформаторов с различными коэффициентами трансформации может быть использован один многообмоточный трансформатор. Это позволяет упростить и удешевить трансформаторную подстанцию.

Рассмотрим трехобмоточные трансформаторы, имеющие широкое распространение (Рис. 1). В трехобмоточном трансформаторе имеются три электрически не связанные друг с другом обмотки, из которых одна является первичной, а две другие вторичными.

Рисунок 1 - Схема трехобмоточного трансформатора

Первичная обмотка трансформатора является намагничивающей и создает в магнитопроводе магнитный поток, который пронизывает две вторичные обмотки и наводит в них ЭДС Е₂ и Е₃ (U₂ и U₃). [1]

В данном случае мы получим два коэффициента трансформации и между первой и второй и между первой и третьей обмотками трансформатора. По общему правилу:



Номинальной мощностью трехобмоточного трансформатора называется мощность его наиболее мощной обмотки, которой всегда является обмотка ВН. Изготовление трехобмоточного трансформатора в случае, когда мощность одной из его вторичных обмоток невелика, неэкономично. Поэтому мощности обмоток ВН, СН, НН трехобмоточного трансформатора в процентах от его номинальной мощности обычно составляют:

· 100/100/100;

· 100/100/66,7;

· 100/66,7/100;

· 100/66,7/66,7.

Под систематической перегрузкой трансформатора понимают такой режим (совокупность условий), при котором в течение части времени нагрузка трансформатора превышает его номинальную мощность, а в остальное время рассматриваемого периода (суток, года) она меньше номинальной; при этом износ изоляции за рассматриваемый период не превышает номинального износа, соответствующего температуре обмотки 98 С. [3]

2.2 Кабельные линии

Сечения проводников должны быть проверены по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение S, мм², определяется из соотношения:



где I - расчетный ток в час максимума энергосистемы, А;

J_эк - нормированное значение экономической плотности тока, А/мм², для заданных условий работы, выбираемое по табл. 1.

Сечение, полученное в результате указанного расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т. е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается.

Увеличение количества линий или цепей сверх необходимого по условиям надежности электроснабжения в целях удовлетворения экономической плотности тока производится на основе технико-экономического расчета. При этом во избежание увеличения количества линий или цепей допускается двукратное превышение нормированных значении, приведенных в табл. 1.[2]

Таблица 1 - Экономическая плотность тока

Проводники	Экономическая плотность тока, А/мм2, при числе часов использования максимума нагрузки в год
	более 1000 до 3000	более 3000 до 5000	более 5000
Неизолированные провода и шины:
медные	2,5	2,1	1,8
алюминиевые	1,3	1,1	1,0
Кабели с бумажной и провода с резиновой и поливинил-хлоридной изоляцией с жилами:
медными	3,0	2,5	2,0
алюминиевыми	1,6	1,4	1,2
Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами:
медными	3,5	3,1	2,7
алюминиевыми	1,9	1,7	1,6

Ток I также зависит от:

коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды [2] таблица 1.3.3;

коэффициент, учитывающий количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле [2] таблица 1.3.26;

коэффициент допустимой перегрузки, который зависит от вида изоляции [2] таблица 1.3.1.

2.3 Автоматические выключатели в сетях до 1кВ

В настоящее время основным коммутационным аппаратом в сетях до 1 кВ является выключатели автоматические.

Выбор выключателя:

- по номинальному напряжению

;

- по номинальному току

;

- по току уставки расцепителя:

- для одиночного ЭП ток уставки теплового расцепителя

;

- для одиночного ЭП ток уставки электромагнитного расцепителя

,

где - пусковой ток электродвигателя;

- для группы силовых ЭП ток уставки электромагнитного расцепителя

.

Выбранный тип автомата должен иметь соответствующие виды и степени защиты по условиям окружающей их среды и роду установки (сухие помещения, влажные, взрывоопасные и пожароопасные зоны и т.п.).

3. Расчетная часть

3.1 Выбор мощности трансформатора

Требуемая номинальная мощность трансформатора равняется:

,

где - полная мощность узла нагрузки в режиме максимальных нагрузок, а 2-ка в формуле указывает на работу трансформатора в послеаварийном режиме. [4]

,

т.к. , , (значение токов зафиксировано путем неоднократных наблюдений в часы максимумов нагрузки), тогда:

.

Требуемая номинальная мощность будет равна:

.

Ближайшее наибольшее номинальное значение мощности трансформатора 1600 кВА.

Выбираем следующее по мощности, для обеспечения надежности и бесперебойной работы, номинальное значение 2000 кВА.

Проверка баланса мощности на обмотках низкого напряжения:

, где знак -«или» дизъюнкция.

.

По данной проверке видно что трехобмоточный трансформатор подходит для установки и экономически целесообразен.

3.2 Выбор кабельной линии

Сечение линии выбирается по экономической плотности тока и по току нормального режима. Так как часов (режим работы двухсменный по 12 часов), то (для кабелей с медными жилами и резиновой изоляцией).

1) Находим ток I_в.п. для питания верхнего привода:

I_в.п.=

где I_{раб.мах.в.п.}=121А (значение зафиксировано путем неоднократных наблюдений при работе привода).

коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды [2] таблица 1.3.3;

коэффициент, учитывающий количество работающих кабелей, лежащих рядом [2] таблица 1.3.26;

коэффициент допустимой перегрузки, который зависит от вида изоляции [2] таблица 1.3.1.

I_в.п.=.

Находим сечение КЛ питания верхнего привода:



Принимаем стандартное сечение с допустимым длительным током [2] таблица 1.3.4.

3.3 Выбор автоматических выключателей

Выбор автоматических выключателей осуществляем из числа выключателей той же фирмы производителя Masterpact, что и используются в настоящее время схема-1 (Рис. 2).

Так как изменяем количество используемых трансформаторов, число автоматических выключателей изменяется схема-2 (Рис. 2).

Рисунок 2 - а) схема-1 используемая, б) схема-2 модернизированная

Выбор автоматических выключателей для схемы-2:

1) Автоматические выключатели для шины 0,6кВ:

- по номинальному напряжению

, т.к напряжение 690В ближайшее к стандарту. [5]

- по номинальному току

, цифра 2 в формуле указывает на послеаварийный режим работы,

,

Принимаем к установке автоматический выключатель фирмы MASTERPACT NW NW 12 H1 3P 48029 с номинальным током 1250А. По току уставки расцепителя проверки не проводим, так как выключатели данной фирмы в настоящий момент находятся в эксплуатации на буровой установке и работают безаварийно.

2) Автоматические выключатели с шины 0,6кВ на трансформатор 1600 кВА:

- по номинальному напряжению

, т.к напряжение 690В ближайшее к стандарту. [5]

- по номинальному току

, цифра 2 в формуле указывает на послеаварийный режим работы,

,

Принимаем к установке автоматический выключатель фирмы MASTERPACT NW NW 10 H1 3P 48015 с номинальным током 1000А. По току уставки расцепителя проверки не проводим, так как выключатели данной фирмы в настоящий момент находятся в эксплуатации на буровой установке и работают безаварийно.

3) Автоматические выключатели для шины 0,4кВ:

- по номинальному напряжению

, т.к напряжение 400В ближайшее к стандарту. [5]

- по номинальному току

, цифра 2 в формуле указывает на послеаварийный режим работы,

,

Принимаем к установке так же автоматический выключатель фирмы MASTERPACT NW NW 12 H1 3P 48029 с номинальным током 1250А. По току уставки расцепителя проверки не проводим, так как выключатели данной фирмы в настоящий момент находятся в эксплуатации на буровой установке и работают безаварийно.

3.4 Расчет в послеаварийном режиме работы

Послеаварийным режимом называется режим, возникающий после отключения поврежденного элемента системы электроснабжения, продолжающийся до восстановления нормального режима, но не более суток. [6]

В данном случае рассматриваем отказ одного из трехобмоточных трансформаторов (Рис. 3).

Рисунок 3 - Часть модернизированной схемы с отказавшим элементом

В данном режиме работы (Рис. 3) вся нагрузка придется на первый трансформатор и отключающая способность автоматических выключателей на рабочем участке цепи должна обеспечивать бесперебойную работу до окончания ремонта трансформатора.

Выбранный трансформатор мощностью 2000 кВА и выбранные автоматические выключатели данной схемы, подходят по мощности и по отключающей способности. Так как во всех вышеперечисленных расчетах был учтен коэффициент 2, при выборе данного оборудования.

3.5 Технико-экономический расчет

Технико-экономические расчеты обеспечивают предварительную экономическую экспертизу вариантов. Оптимальным из сравниваемых вариантов считается вариант, обеспечивающий минимум приведенных затрат.

Стоимости автоматических выключателей, приведенных в табл.2, взяты из прайс-листа компании Schneider Electric. [7]

Таблица 2 - Каталожные данные автоматических выключателей

Место установки	Тип		Кол-во	Стоимость, руб.
Схема 1 - (используемая)
MCC	MASTERPACT NW 8 H1 3P	800	3	223380
MCC	MASTERPACT NW 10 H1 3P	1000	-	254915
MCC	MASTERPACT NW 12 H1 3P	1250	2	267155
MCC	MASTERPACT NW 16 H1 3P	1600	-	354025
MCC	MASTERPACT NW 20 H1 3P	2000	2	400265
MCC	MASTERPACT NW 25 H1 3P	2500	2	548845
	Сумма	3102670
Схема 2 - (модернизированная)
MCC	MASTERPACT NW 8 H1 3P	800	1	223380
MCC	MASTERPACT NW 10 H1 3P	1000	2	254915
MCC	MASTERPACT NW 12 H1 3P	1250	4	267155
MCC	MASTERPACT NW 16 H1 3P	1600	-	354025
MCC	MASTERPACT NW 20 H1 3P	2000	-	400265
MCC	MASTERPACT NW 25 H1 3P	2500	-	548845
	Сумма	1801830

Стоимости кабелей в зависимости от сечения, приведены в табл.3, взяты из прайс-листа компании Балт Промкомплект. [8]

Таблица 3 - Каталожные данные по кабелям КГ-ХЛ:

Место прокладки	Тип	Сечение	Кол-во, м	Стоимость за метр	Полная стоимость
Схема 1 - (используемая)
Питание верхнего привода	КГ-ХЛ	1х185	680	590,33	401424,4
Схема 2 - (модернизированная)
Питание верхнего привода	КГ-ХЛ	1х95	360	335,49	120776,4

Технико-экономический расчет “Схемы 1 - (используемая)” (Приложение 1)

Расчет капиталовложений:

;

Стоимость трансформаторов:

руб.

Стоимость автоматических выключателей :

руб.

Полная стоимость основного оборудования:

руб.

Расчет эксплуатационных издержек.

Потери в силовых трансформаторах. Время использования максимума и время наибольших потерь соответственно равны:

Так как время использования максимумов нагрузки (бурение) занимает от общего времени технологического процесса около 50%, график работы двухсменный по 12 часов, и время работы от дизельной электростанции занимает около 360 часов в год, принимаем:

 - время максимальных потерь.

Потери в силовых трансформаторах:

Эксплуатационные издержки.

руб.

Расчет приведенных затрат:

руб.

Технико-экономический расчет “Схемы 2 - (модернизир.)” (Приложение 2)

Расчет капиталовложений:

;

Стоимость трансформаторов:

руб.

Стоимость автоматических выключателей :

руб.

Полная стоимость основного оборудования:

руб.

Расчет эксплуатационных издержек.

Потери в силовых трансформаторах. Время использования максимума и время наибольших потерь соответственно равны:

Так как время использования максимумов нагрузки (бурение) занимает от общего времени технологического процесса около 50%, график работы двухсменный по 12 часов, и время работы от дизельной электростанции занимает около 360 часов в год, принимаем:

Потери в силовых трансформаторах:

Эксплуатационные издержки.

Расчет приведенных затрат:

руб.

Заключение

По итогам проделанной работы считаю целесообразным заменить некоторое используемое оборудование на БУ ZJ40DBS, и в дальнейшем при проектировании использовать модернизированную схему (Приложение 2). Так как по итогам экономической экспертизы вариантов, использование схемы 2 обеспечивает минимум приведенных затрат. Разница вариантов рублей, на одну буровую. В Когалымском филиале 8 БУ данного типа, соответственно общая сумма составит рублей. Так же в эту сумму входят эксплуатационные затраты. Все расчеты проведены без учета реактивной составляющей, так как БУ ZJ40DBS равен 0,9.

Список использованной литературы

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), изд. 7, 2001 - 2004 г.г.

2. Васильев А. А. Электрическая часть станций и подстанций. - М.: Энерго- атомиздат, 1990. - 576 с.

3. Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В. Технические требования: ГОСТ 21128-83. Введ.1983-29-11.

4. Ермилов А. А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 210 с.

Приложение

Используемая однолинейная схема ZJ40DBS

Модернизированная однолинейная схема ZJ40DBS

Размещено на Allbest.ru