Тема: Проектирование системы автоматического управления многоуровневыми преобразователями частоты для объектов нефтегазового комплекса

ООО Научно-технический центр «Приводная техника» - производственноинжиниринговая компания, специализирующаяся на разработке и внедрении
систем электропривода, АСУТП (автоматизированная система управления
технологическим процессом) и КИП, а также на производстве широкого спектра
электротехнической продукции (комплектных распределительных устройств,
низковольтных комплектных устройств, устройств компенсации реактивной
мощности).
История компания началась в 2000 году. На сегодняшний день компания
«Приводная техника» включает в себя 4 предприятия, с 3-мя производственными
площадками, расположенными в Челябинске и Снежинске, также имеются
производственно-складские базы в городах Нижневартовск и Нефтеюганск.
За время работы специалистами компании было успешно реализовано более
500 проектов, объекты и предприятия, для которых выполнялись работы,
представляют практически все отрасли промышленности.
В 2016 году компания «Приводная техника» вошла в рейтинг ТЕХУСПЕХ
2016 , как одно из самых быстрорастущих инновационных предприятий страны.
Компания сохраняет лидерские позиции в области разработки и внедрения
систем электропривода. Наличие собственного отдела перспективного развития
позволяет компании вести собственные разработки современной
преобразовательной техники.
«Приводная техника» решает самые разнообразные задачи в области
автоматизации современных промышленных объектов, агрегатов и комплексов:
- прецизионное управление положением и скоростью;
- прессы и манипуляторы;
- экструдеры, миксеры, многомоторные установки;
- насосные станции, компрессоры;
- краны и подъемно-транспортные механизмы;
7
- буровые установки;
- агломерационное производство;
- прокатные станы и конвейеры;
- металлургические печи и агрегаты.
Сегодня множество предприятий идут по пути оптимизации и модернизации
производственных процессов. К ним относятся и буровые компании, безопасная и
эффективная работа которых во многом зависит от высокотехнологичного,
эффективного и современного инженерного оборудования и систем.
Буровые установки БУ 3900/335 ДЭК БМ были в 2004 году, в то время как
первые буровые установки с регулируемым приводом переменного тока, широко
применяемые на сегодняшний день, были выпущены в 2006 году. Главным
недостатком модернизируемой буровой установки являлось то, что основные
привода были оснащены электродвигателями постоянного тока, а значит обладали
всеми сопутствующими проблемами данного решения:
1. низкая надежность оборудования, связанная с наличием коллекторнощеточных узлов электродвигателей;
2. высокие эксплуатационные затраты и стоимость электродвигателей;
3. невозможность применения взрывозащищенного оборудования
4. высокое потребление реактивной мощности, наличие высших гармоник и,
как следствие, низкие энергетические показатели оборудования и необходимость
применения дополнительных фильтрокомпенсирующих устройств.
В связи с этим целесообразно провести модернизацию буровой установки с
применением преобразователей частоты главных приводов БУ фирмы ABB, с
изменением системы распределения электроэнергии и автоматизированной
системой управления буровой установкой.
Данная работа выполнена с целью модернизации электроприводов буровых
насосов буровой установки БУ 3900/335 ЭПК БМ, вспомогательных механизмов
буровых насосов и системы управления буровыми насосами. Систему управления
буровыми насосами необходимо выполнить в виде комплектного регулируемого
электропривода в контейнерном исполнении. Также необходима замена системы
8
управления вспомогательными механизмами насосного блока.
Автоматическая система управления (АСУ) должна обеспечивать
включение/отключение главных и вспомогательных приводов буровой установки
в ручном и полуавтоматическом режиме, контроль их работы, сбор и хранение
информации о работе системы. АСУ должна обеспечивать возможность плавного
регулирования скорости главных механизмов и осуществлять технологические
защиты оборудования.
Купить

Данная работа выполнена с целью модернизации электроприводов буровых
насосов буровой установки БУ 3900/335 ДЭК БМ, вспомогательных механизмов
буровых насосов и системы управления буровыми насосами.
Основной проблемой модернизируемой буровой установки являлось то, что
главные привода были оснащены электродвигателями постоянного тока, а значит
обладали всеми сопутствующими недостатками данного решения:
- тиристорный преобразователь потребляет из сети ток несинусоидальной
формы. Это приводит к тому, что питающая сеть искажается и насыщается
помехами. Кроме того, учитывая, что зачастую буровые установки находятся на
значительном расстоянии от источника электроэнергии, а мощности основных
механизмов буровой установки весьма значительны, броски тока в моменты
коммутации тиристоров преобразователя постоянного тока вызывают провалы
напряжения, что вызывает сбои в системе электроснабжения. С уменьшением
скорости привода эти явления усиливаются, а при установке нескольких
тиристорных преобразователей возрастают многократно. Все эти факты приводят
к тому, что в работе буровых установок возникают частые сбои, что приводит к
значительным материальным затратам;
- наличием у двигателей постоянного тока щеточно-коллекторного узла,
который нуждается в частом обслуживании. Наличие коллектора делает привод
постоянного тока менее надежным и безопасным.
-для компенсации реактивной мощности, потребляемой из сети тиристорным
преобразователем, необходимо предусмотреть на буровой установке
фильтрокомпенсирующие устройства, которые являются весьма громоздкими и
дорогостоящими.
После анализа существующего оборудования и системы автоматизации
предложена модернизация электроприводов буровых насосов, их
вспомогательных механизмов и система управления.
По сравнению с электроприводами постоянного тока электропривод
переменного тока имеет следующие преимущества:
85
- надежность, простота, более дешевый двигатель, не требующий постоянного
обслуживания (нет коллекторного узла), что позволяет значительно снизить
затраты на эксплуатацию двигателей;
- меньшая, чем в тиристорных преобразователях, относительная величина
генерируемых в сеть гармоник;
- высокая электрическая надежность;
- цена комплекта «преобразователь частоты — асинхронный двигатель»
сопоставима со стоимостью «тиристорный преобразователь — двигатель
постоянного тока».
Основные преимущества, которые заказчик получит при эксплуатации
модернизированной буровой установки, ее оснащение современным
оборудованием, отвечающим требованием правил безопасности в нефтяной и
газовой промышленности, а также требованиям международных стандартов.
Кроме того повысится качество и надежность оборудования, увеличится скорость
проходки скважины и уменьшится нагрузка на оборудование за счет применения
частотного преобразователя основных приводов, а также повысится уровень
энергосбережения. По оценкам специалистов, модернизация буровой установки
позволит значительно снизить потребление топлива при работе от дизельгенераторных установок, за счет повышения коэффициента мощности, сократить
непроизводительное время и количество технологических аварий при бурении, за
счет стабильной работы дизель-генераторных установок. Была устранена
необходимость запуска дополнительной дизель-генераторной установки при
проведении спуско-подъемных операций.
Так, была произведена замена двигателей постоянного тока с независимым
возбуждением 4ПС-450-1000-УХЛ2 на асинхронные двигатели D423-1250.LC6.
Система управления буровыми насосами выполнена в виде комплектного
регулируемого электропривода в контейнерном исполнении и включает в себя:
- Контейнер КТУ с частотно-регулируемым электроприводом для питания
буровых насосов 1 и 2, контроллером системы АСУ и панелью оператора;
- Пульт управления насосами, установленный в насосном блоке (ПН);
86
- Кабина бурильщика с пультом (ПБ).
Тиристорные преобразователи заменены на частотные преобразователи
фирмы ABB серии АСS880-07-1450А-7, выполненные по двенадцатипульсной
мостовой схеме выпрямления, и получившие широкое применение в нефтегазовой
отрасли, как в России, так и у зарубежных производителей бурового
оборудования.
Систему АСУТП образуют:
1. Программируемый логический контроллер, который установлен в КТУ в
шкафу микропроцессорного контроллера (ШМПК).
2. Преобразователи частоты, которые расположены в КТУ.
3. Микропроцессорный контроллер, который осуществляет управление
преобразователями частоты, вспомогательными механизмами, сбор информации о
технологических блокировках, обработку управляющих сигналов, сигналов с
датчиков и обеспечение отображения текущих технических и технологических
параметров.
4. Станции распределённого ввода – вывода, расположенные в НКУ, пульте
насосов и пульте бурильщика взрывозащищенного исполнения. В станции
распределенного ввода – вывода сводятся все сигналы полевого уровня.
5. Панель оператора, расположенная в КТУ на которой отображается полная
информация о работе системы. Связь между контроллером, преобразователями
частоты и станциями распределённого ввода – вывода организована по сети
Profibus.
Была разработан проект для контроллера в среде разработки TIA Portal,
сконфигурировано оборудование. Рассмотрены типы блоков, использованные в
программе, блокировки.
Разработан проект для панели оператора. Панель визуализации представляет
сенсорный экран с переключающимися экранами. Каждый экран рассмотрен в
отдельности.
Купить