Выбор трансформаторных подстанций для установок с ЭЦН

Для установок добычи нефти с ЭЦН используют комплектные трансформаторные подстанции типа КТППН.

Для одиночной скважины трансформаторная подстанция должна иметь трехобмоточный трансформатор типа ТМТПН мощностью до 400 кВА, у которого обмотка высшего напряжения присоединяется к сети напряжением 6 кВ через разъединитель QS, разрядник FV и предохранитель FA.

Обмотка среднего (рабочего) напряжения UР трансформатора имеет отпайки, что позволяет регулировать рабочее напряжение, подаваемое на погружной электродвигатель ПЭД привода центробежного насоса. Необходимость регулирования связана с тем, что номинальные напряжения ПЭД и потери напряжения в кабельной линии КЛ изменяются в широких пределах.

Обмотка низшего напряжения имеет номинальное напряжение 0,4 кВ и предназначена для питания потребителей собственных нужд: обогрев, освещение, электропривод кабельного барабана, станция управления (СУ) погружного двигателя и т.п.

Технические данные трансформаторных подстанций КТППН с трехобмоточными трансформаторами представлены в таблице П4.

При выборе мощности любого из трансформаторов подстанции должно соблюдаться условие: S_НОМ ≥ S_ПОТР. Потребляемая мощность при выборе трансформаторов типа ТМП или ТМТПН определяется выражением:

После выбора типа и мощности трансформаторной подстанции проводится проверка трансформаторов ТМП и ТМТПН по диапазону регулирования рабочего напряжения. Диапазон регулирования U_РЕГ должен соответствовать требуемому рабочему напряжению U_Р.ТРЕБ по условию: U_Р.min ≤ U_Р.ТРЕБ ≤ U_Р.max, причем U_Р.ТРЕБ = U_НОМ + ∆U_КАБ + ∆U_ТР, где U_НОМ – номинальное напряжение погружного двигателя; U_Р.min и U_Р.max – минимальное и максимальное значения рабочего напряжения вторичной обмотки трансформатора (таблицы П4 и П5); ∆U_КАБ – потеря напряжения в кабеле, по которому подводится электрическая энергия к погружному двигателю; ∆U_ТР – потеря напряжения в трансформаторе.

Потеря напряжения в кабеле ∆U_КАБ определяется из выражения:

где I_НОМ – номинальный ток погружного двигателя, определяемый по формуле:

L – длина кабеля, равная глубине скважины; X₀ = 0,1 Ом/км – удельное индуктивное сопротивление кабеля; R₀ – удельное активное сопротивление кабеля, определяемое по выражению:

где θ – средняя температура кабеля по всей длине, зависящая от глубины скважины и температурного градиента, равного 0,03 °С/м [2], в приближенных расчетах допустимо принять θ = 50 °С; q – сечение жилы кабеля в мм², определяемое по таблице 3 [1] в зависимости от мощности двигателя ПЭД и глубины скважины.

Потеря напряжения в трансформаторе определяется формулой:

где U_К% – напряжение короткого замыкания трансформатора, определяемое по таблице П5 [1] и равное для всех типов трансформаторов ТМП 5,5%.

Выбор комплектных подстанций с трансформаторами ТМТПН для ЭЦН на скважине 5 представлен ниже.

Выбирается КТППН1-63, S_НОМ = 63 кВА, U_Р.min = 360 В, U_Р.max = 540 В. Выбирается кабель сечением 25 мм². Удельное активное сопротивление кабеля:

Номинальный ток двигателя:

Тогда потери напряжения в кабеле равны:

Далее определяется требуемое рабочее напряжение:

Проверка соответствия диапазона регулирования требуемому значению рабочего напряжения: 360 В < 662,32 В > 540 В – условие проверки не выполняется. Выбирается трансформаторная подстанция КТППН2-63, S_НОМ = 63 кВА, U_Р.min = 645 В, U_Р.max = 825 В, для которой условие проверки выполняется.

Выбор комплектных подстанций с трансформаторами ТМТПН для ЭЦН на скважине 9 представлен ниже.

Выбирается КТППН1-63, S_НОМ = 63 кВА, U_Р.min = 360 В, U_Р.max = 540 В. Выбирается кабель сечением 25 мм². Удельное активное сопротивление кабеля:

Номинальный ток двигателя:

Тогда потери напряжения в кабеле равны:

Далее определяется требуемое рабочее напряжение:

Проверка соответствия диапазона регулирования требуемому значению рабочего напряжения: 360 В < 783,07 В > 540 В – условие проверки не выполняется. Выбирается трансформаторная подстанция КТППН2-63, S_НОМ = 63 кВА, U_Р.min = 645 В, U_Р.max = 825 В, для которой условие проверки выполняется.

Выбор комплектных подстанций с трансформаторами ТМТПН для ЭЦН на скважине 15 представлен ниже.

Выбирается КТППН1-100, S_НОМ = 100 кВА, U_Р.min = 530 В, U_Р.max = 863 В. Выбирается кабель сечением 35 мм². Удельное активное сопротивление кабеля:

Номинальный ток двигателя:

Тогда потери напряжения в кабеле равны:

Далее определяется требуемое рабочее напряжение:

Проверка соответствия диапазона регулирования требуемому значению рабочего напряжения: 530 В < 884,02 В > 863 В – условие проверки не выполняется. Выбирается трансформаторная подстанция КТППН1-160, S_НОМ = = 160 кВА, U_Р.min = 750 В, U_Р.max = 1190 В, для которой условие проверки выполняется.

Результаты всех расчетов представлены в таблице 6.

Таблица 6 – Результаты расчетов по выбору КТП

Схема электроснабжения скважин представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема электроснабжения нефтяных скважин