1. Технико-технологическая часть
1.1 Общие сведения об ОАО «Татнефть»
Общиесведения: ОАО «Татнефть» – одна из крупнейших в нефтегазовомкомплексе России. Основная деятельность компании «Татнефть» осуществляетсяна территории Российской Федерации.
ОАО «Татнефть»является холдинговой структурой, в состав которой входят нефтегазодобывающиеуправления, нефтегазоперерабатывающие, нефтехимические предприятия, а такжепредприятия и сервисные производства, реализующие нефть, продукты нефтегазо – переработкии нефтехимии.
Ежегодныйобъем добычи нефти Компанией составляет более 25 миллионов тонн, газа – более700 млн. куб. м.
ОАО «Татнефть»в настоящее время предоставлены лицензии на разработку 77 месторождений в РеспубликеТатарстан, где сосредоточены основные запасы нефти республики.
Одним изосновных приоритетов Компании является охрана окружающей среды и обеспечениепоизводственной и промышленной безопасности. Важнейшей составляющейдеятельности Компании «Татнефть» является совершенствование иразработка новых методов нефтедобычи. Развитие прогрессивных наукоемкихтехнологий, а также увеличение объемов и видов предоставляемыхвысокотехнологичных производственных услуг укрепляет инновационный потенциалКомпании и обеспечивает одно из значимых конкурентных преимуществ ОАО «Татнефть»в отрасли.
1.2 Применение контроллеров частоты при нефтедобыче
Целью даннойработы является анализ внедрения контроллеров частоты различных видов с темчтобы автоматизировать процесс нефтедобычи и сократить потреблениеэлектроэнергии в нефтегазодобывающих управлениях ОАО «Татнефть». Современный подходк автоматизации процессов нефтедобычидиктует жесткие требования к программно – аппаратным комплексам контроля и управленияштанговыми глубинными насосами (ШГН). Это обусловлено истощением ресурсовнефтяных пластов, высокой стоимостью электроэнергии, стремлением нефтяныхкомпаний снизить затраты на ремонт скважин и более эффективно использовать свойперсонал.
Если раньше техническиесредства позволяли лишь периодически проводить измерения технологическихпараметров на скважинах операторами при помощи переносных комплектовоборудования, то стационарно установленные на месторождениях современныемикропроцессорные контроллеры делают возможным непрерывный автоматический ихконтроль. Применительно к скважинам, эксплуатируемым штанговыми глубинныминасосами, это означает измерение таких технологических параметров, какдинамограмма (зависимость усилия на полированном штоке от перемещения точки подвесаштанг), динамический уровень, ваттметрограмма (зависимость потребляемоймощности от перемещения точки подвеса штанг), влияние газового фактора,давление на устье скважины, суточная производительность скважины и других. Приэтом функции управления должны обеспечивать дистанционное включение иотключение приводного электродвигателя, аварийное отключение установки,периодический режим эксплуатации, плавное регулирование скорости вращения припомощи преобразователя частоты.
К настоящему времениизвестен целый ряд разработчиков и производителей контроллеров и станцийуправления для установок ШГН. Среди зарубежных фирм это «Lufkin Automation» (США), «eProduction Solutions» (США), «ABB» (США), «Automation Electronics» (США), «DrSCADA Automation» (США), «R&M Energy Systems» (США), «International Automation Resources» (США) и " SPOC Automation" (США). Известны такжеотечественные разработчики, среди которых можно выделить НПФ «Экос»(Уфа), НПФ «Интек» (Уфа), ГУПНН «Авитрон-Ойл» (Уфа), НПО «Интротест»(Екатеринбург), НПФ «Интеграл +» (Казань), «Шатл» (Казань),ЗАО «Линт» (Казань), ООО «Аякс» (Ульяновск) и других.
Использование современныхинтеллектуальных контроллеров обеспечивает решение таких задач, какавтоматизация работы станка-качалки, оптимизация режимов работы оборудования,оперативное выявление аварийных ситуаций и несоответствия режимов эксплуатацииоборудования, оперативная передача информации о состоянии объекта на пультоператора по системе телемеханики.
Системы телемеханики насегодняшний день строятся, как правило, с использованием радиоканала. Поэтомутипичная станция управления включает в себя контроллер, силовой коммутатор длявключения и отключения электродвигателя, радиомодем и набор датчиковтехнологических параметров. Отдельные станции управления имеют в своем составепреобразователи частоты для регулирования скорости вращения электродвигателя.
Ниже делается попыткарассмотреть функциональные возможности этих контроллеров и сопоставить иххарактеристики.
1.3 Зарубежныеконтроллеры ШГН
Разработкой системавтоматизации для нефтедобывающей промышленности и контроллеров ШГН в частности занимаются такие зарубежных фирмы как «Lufkin Automation» (США), «eProduction Solutions» (США), «ABB» (США), «Automation Electronics»(США), «DrSCADAAutomation» (США), «R&M EnergySystems» (США), «InternationalAutomation Resources» (США) и " SPOC Automation" (США).
Контроллер SAM WellManagerфирмы Lufkinявляется на сегодняшний деньсамым распространенным во всем мире. Контроллер предусматривает подключениеаналоговых датчиков усилия и положения, а также дискретных датчиков положения,расположенных на валу электродвигателя и выходном валу редуктора. Данные с этихдатчиков используются для контроля и управления работой насосной установки идля визуального отображения графических данных на жидкокристаллическом дисплееили на экране портативного компьютера в легком для понимания формате.
Контроллер SAM WellManager по формируемой динамограмме определяет степень заполнения жидкостьюствола скважины. Если анализ покажет, что скважина опустошена, то насосотключается и скважина переводится в режим накопления. В этом режиме она сновазаполняется жидкостью, после чего блок управления включает двигатель насоса иначинает откачку.
Программное обеспечениеконтроллера SAM Well Manager обеспечивает обнаружение по динамограмме отдельныхнеисправностей в насосной установке. Непосредственно на скважине могут бытьпросмотрены «архивные» данные в виде диаграмм и отчетов на встроенномдисплее.
Контроллер SAM WellManager предусматривает возможность работы с двумя конфигурациями датчиковдинамометрирования:
1) датчик усилиярасполагается на штоке над верхней траверсой (датчик типа Loadtrol), датчикположения, работающий на эффекте Холла, устанавливается на выходном валуредуктора;
2) датчик деформациибалансира совмещен с датчиком угла наклона балансира.
Контроллерпредусматривает 3 режима работы:
1) все включения иотключения электродвигателя производятся по командам с диспетчерского пункта;
2) включения и отключенияэлектродвигателя производятся по заданным временным уставкам (периодическаяэксплуатация);
3) управлениеосуществляется автоматически по результатам анализа динамограмм.
Контроллер имеетаналоговый выход для подключения частотного преобразователя для плавнойрегулировки скорости вращения электродвигателя.
В настоящее время данныеконтроллеры устанавливаются в станции управления «СКАД», выпускаемыеАЦБПО ЭПУ ОАО «Татнефть».
Недостатком даннойсистемы является высокая стоимость. Так, например, стоимость только контроллерафирмы «Lufkin» (США) в комплекте с датчиками динамометрированиясоизмерима с ценой целой станции управления в полной комплектацииотечественного производства.
Фирма «eProductionSolutions» (США) предлагает сразу целый ряд контроллеров для установки наскважинах ШГН. Это контроллеры CAC2000, CAC8800, ePIC, ePAC и iBEAM.
Функциональныевозможности первых трех контроллеров аналогичны SAM Well Manager фирмы Lufkin.Предусматривается подключение пассивных датчиков усилия, расположенных на штоке(датчик типа Loadtrol) или на балансире, а также датчиков параметров движенияштока нескольких типов: датчиков Холла, расположенных на валу кривошипа,датчиков угла наклона балансира и потенциометрических датчиков угла. Измерениесигналов с аналоговых датчиков производится 12-разрядным АЦП с частотой 20 Гц.Возможно осуществление калибровки датчиков непосредственно на скважине. Имеютсяклавиатура и графический дисплей для просмотра данных (рисунок 2). Определяетсястепень сбалансированности противовесов насосной установки. В отличие отпредыдущих изделий ePAC представляет собой целую систему регулируемогоэлектропривода для насосной установки. Он позволяет варьировать в широкихпределах скорость качаний насоса, а также раздельно оптимизировать время ходаплунжера вверх и вниз. Наиболее оригинальной разработкой фирмы являетсяустанавливаемый на балансире станка-качалки контроллер iBEAM. Он укрепляется спомощью струбцины на балансире, на его верхней поверхности расположенасолнечная батарея, обеспечивающая автономную работу устройства. Для работы вночное время имеется встроенная аккумуляторная батарея. Непосредственно рядом сконтроллером устанавливаются совмещенные датчики деформации и угла наклонабалансира. Измеренные динамограммы передаются с помощью маломощногорадиопередатчика на приемный терминал, расположенный возле блока управленияэлектродвигателем.
В данной системеполностью исключаются подвижные кабели от датчиков и кабели подвода питания, асоответственно повышается надежность и долговечность. В настоящее времяконтроллером iBEAM оснащено около 25 тысяч скважин во всем мире.
В некоторых случаяхбывает целесообразно обслуживать одним контроллером целый кустблизкорасположенных скважин. Эта возможность реализована в контроллере фирмы «InternationalAutomation Resources» (США). Но применение пассивных аналоговых датчиковусилия ограничивает длину соединительных кабелей несколькими десятками метров.Поэтому для подключения удаленных датчиков применяются специальныепреобразователи выходных сигналов пассивных датчиков в токовый сигнал 4-20 мА.Однако даже токовый аналоговый сигнал подвержен воздействию электромагнитныхпомех, и использование датчиков с цифровым выходом было бы в этом случае болеецелесообразным.
Контроллер AEPOC 2100фирмы «Automation Electronics»(США) отличается отостальных высокой разрешающей способностью АЦП. Для оцифровки сигналов сдатчиков усилия и перемещения используется 16-разрядное АЦП. При этом вкачестве датчика перемещения могут использоваться датчики начала хода,потенциометры, «жидкостные» и «сухие» инклинометры. Гибкийалгоритм определения срыва подачи позволяет работать с горизонтальными исильнозагазованными скважинами.
Мировой лидер впроизводстве силовой электроники компания «ABB» (США) выпустилаконтроллер ALC 600. Контроллер предусматривает подключение датчиков усилия иположения и рассчитан на совместную работу с преобразователем частоты.Выпускается 12 вариантов станций управления с этим контроллером дляэлектродвигателей мощностью от 6 до 100 кВА. Для работы в условиях холодногоклимата в шкафу предусмотрена система подогрева.
Таблица 1.1 Характеристикиимпортных контроллеров ШГН SAM, Lufkin CAC2000,eps iBEAM,eps IAR AEPOC2100 ALC600,ABB Тип датчика усилия
Loadtrol
ДДБ
Loadtrol
ДДБ ДДБ Loadtrol
Loadtrol
ДДБ Loadtrol Тип датчиков положения
ДХ
ДУН
ДХ
ДУН
ПДУ ДУН ДУН
ДХ
ДУН
ПДУ ДХ Контроль ваттметрограмм - - - - - -
Управление
преобразователем частоты + + + - - + Возможность обслуживания нескольких скважин - - - + - - Наличие дисплея и аппаратуры + + + + + -
Интерфейсы
RS-232
RS-485
Ethernet
+
+
-
+
+
-
+
-
-
+
-
-
+
+
+ Разрядность АЦП 12 12 12 12 16 - Диапазон рабочих температур, гр. С -40…+85 -40….+85 -30…+80 -40…+70 -40…+70 -50… +50
ДДБ* – Датчик деформациибалансира
ДХ** — Датчик Холла,устанавливаемый на выходном валу редуктора
ДУН*** — Датчик угланаклона балансира
ПДУ**** — Потенциометрический датчик угла
Характеристики импортныхконтроллеров ШГН приведены в таблице 1.1.
1.4 Отечественныеконтроллеры ШГН
Рассмотрим функциональныевозможности контроллеров управления ШГН отечественной разработки. В данныйобзор не вошли некоторые уже морально устаревшие контроллеры, а такжеконтроллеры, не получившие широкого распространения и оставшиеся опытнымиобразцами.
Станция управления «Интел-СУС»(ЗАО «Линт», Казань), в комплекте с контроллером «Телебит»и датчиками динамометрирования ДДС – 04 имеет практически аналогичные импортнымсистемам функциональные возможности и представляет собой законченное изделие.Система комплектуется программным обеспечением на всех уровнях.
Помимо датчиковдинамометрирования к контроллеру подключаются датчики ваттметрирования дляконтроля энергетических параметров: токов и напряжений по каждой фазе, активнойи реактивной мощности, коэффициента мощности, проведения технического учетаэлектроэнергии и построения ваттметрограмм.
Широкое применение напромыслах Татарии получили контроллеры «Мега» (НПФ «Интек»,Уфа). Настоящие котроллеры работают как с датчиками динамометрированиясобственной разработки, так и с ДДС-04.
Функционально контроллераналогичен описанным выше, система комплектуется собственным программнымобеспечением. Часть скважин не оборудована датчиками положения, определениеначала хода штока производится путем математического анализа графика измененияусилия.
Контроллер телемеханикискважины КTC.1 (НПО «Интротест», Екатеринбург). Контроллертелемеханики скважины предназначен для телемеханизации посредством радиоканалаотдельно стоящих нефтедобывающих скважин, расположенных в радиусе до 6 км откустовых площадок. При этом кустовой контроллер системы телемеханики будетявляться управляющим контроллером.
Контроллер телемеханикискважины состоит из трех блоков:
1) микроконтроллерА812-01;
2) радиомодем «Невод- 5»;
3) блок питанияБП24В/20W/DIN.
Контроллер комплектуетсяантенной диапазона 433 МГц, тип которой выбирается в зависимости от условийприменения.
К контроллеруподключается динамограф СДА-10-ШГН производства НПО «Интротест»,устанавливаемый между траверсами канатной подвески и имеющий форму замкнутогокольца. Выходные сигналы динамографа по каналам измерения усилия и ускорениязаводится в контроллер как аналоговые токовые сигналы 4-20 мА.
Следует отметить, чтоиспользуемый в контроллере микропроцессор ADuC812 на сегодняшний день моральноустарел, и его мощность не позволяет в достаточной степени реализовать на местекакие-либо функции анализа режима работы и управления ШГН.
Определенных успеховдостигли и разработчики контроллера «Орион» («Аякс»,Ульяновск). Указанные контроллеры на сегодняшний день наиболее приспособленыдля совместной работы с элементами системы ДДС-04 в плане сбора и представленияинформации. Формирование массива динамограммы происходит непосредственно всамом датчике динамографа, контроллеру нужно лишь периодически считывать массивиз памяти датчика по цифровому протоколу «Modbus-RTU». В датчикереализована функция сравнения динамограмм, и если форма динамограммы неизменилась, передача массива не требуется, что освобождает каналы связи.
Программное обеспечениесистемы телемеханики позволяет отправлять измеренные динамограммы ирассчитанные данные по дебиту в корпоративную систему «Армитс»,охватывающую все нефтегазодобывающие предприятия ОАО «Татнефть».
Примером законченнойотечественной системы автоматизации установки ШГН является станция управленияАСУС-02 НПФ «Экос». Автоматизированная станция АСУС-02 имеет силовуючасть, специализированный контроллер, выполненный на 16-ти разрядном RISC-процессоре,и радиостанцию, обеспечивающую связь с диспетчерским пунктом.
Отличительнойособенностью станции управления АСУС-02 является то, что в ней реализовановаттметрирование с отлаженным алгоритмом определения таких характеристик как:перегрузка по току, отклонение напряжения от нормы, перекос фаз, отклонениечастоты питающего напряжения, коэффициента гармоник, коэффициента мощности,обрыв и проскальзывание ремней, биение в редукторе, разбаланс противовесов, идругих. Станция укомплектовывается также элементами систем динамометрированияДДС-04. Возможность станции управления АСУС-02 совмещать функцииваттметрирования и динамометрирования является важным достоинством, посколькуповышает достоверность диагностики режима работы установки и выявлениянеисправностей.
Кроме перечисленных выше,станция управления АСУС-02 обладает следующими возможностями:
— точнаяавтоматизированная балансировка станка-качалки;
— подсчет потребленнойэлектроэнергии;
— определениепроизводительности скважинной установки по динамограмме;
— оценка динамикиизменения дебита скважины;
— часовой (за последние24 часа) и суточный (за последние 30 суток) архивы дебита;
— автоматическоеуправление откачкой в периодическом режиме;
— программируемаязадержка автоматического включения при пропадании напряжения в сети;
— автоматическоевыключение при аварийных ситуациях;
-построение динамограммрасчетным и экспериментальным способами;
— графики изменения вовремени параметров (тренды);
— отчеты текущегосостояния и последнего аварийного отключения;
— интеграция вSCADA-системы.
Дополнительно в станциюможет быть установлен контроллер расширения с 16 цифровыми и 8 аналоговымивходами, что позваляет подключать к станции дополнительную измерительную,исследовательскую, контрольную аппаратуру скважины и других обьектов ипередавать всю эту информацию на диспетчерский пункт. В станцию управленияможет устанавливаться программируемая панель отображения с графическимжидкокристаллическим индикатором (320х240 точек) и 18-ти кнопочной клавиатурой.Обмен данными и загрузка специализированного программного обеспеченияпроисходит через порт RS-485 по протоколу MODBUS.
В таблицеделаетсясравнение характеристик отечественных контроллеров ШГН. По итогам сравненияможно сделать следующие выводы:
1. Большинствоотечественных контроллеров работают с цифровыми датчиками динамометрированияДДС-04 производства НПП «Грант».
2. Во многих системахпредусмотрен контроль ваттметрограмм.
3. Практически всеконтроллеры не поддерживают управление частотным преобразователем.
4. В отечественныхконтроллерах отсутствуют встроенные средства ввода/вывода информациинепосредственно на скважине – дисплеи и клавиатуры.
Табл. 1.2 Характеристикиотечественных контроллеров ШГН «Телебит», Линт, Казань «Мега», Интек, Уфа «Орион», Аякс, Ульяновск «ТК166», Экос, Уфа Сатурн, Авиатрон, Уфа Тип датчиков усилия ДДС-04
ДДС-04
ДПНТ20 ДДС-04 ДДС-04 Авиатрон Тип датчиков положения ДП-04
ДП-04
ДУН ДП-04 ДП-04 Геркон Контроль ваттметрограмм + + - + + Управление преобразователем частоты - - - - - Наличие дисплея и клавиатуры - - - - -
Интерфейсы
RS-232
RS-485
Ethernet
+
+
-
+
+
-
+
+
-
+
+
-
+
+
+ Разрядность АЦП 12 12 12 10 - Диапазон рабочих температур -40…+70 -40…+60 -40…+60 -40…+60 -40…+60
ДДС-04* – Датчик усилия ДДС-04производства НПП «Грант».
ДП-04** – Датчикположения ДП-04 производства НПП «Грант», используется датчик Холла,устанавливаемый на выходном валу редуктора, фиксирует нижнюю и верхнюю мертвыеточки.
ДУН*** — Датчик угланаклона балансира.
Сравнивая зарубежные иотечественные системы автоматизации ШГН можно заключить:
1. Выполняемые функциианализа динамограмм зарубежных и отечественных систем аналогичны, отличаютсялишь алгоритмы их реализации.
2. В импортных системахиспользуются пассивные датчики усилия. Практически все отечественныеконтроллеры работают с современными датчиками, имеющими цифровой либо токовыйвыходной сигнал.
3. В большинстве отечественныхсистем помимо динамометрирования производится еще контроль электрическихпараметров – ваттметрирование, тогда как в зарубежные контроллерах (например,фирмы Lufkin) эта функция, как правило, отсутствует.
4. В зарубежныхконтроллерах в большинстве случаев есть средства ввода и отображения информациинепосредственно на объекте –графические дисплеи с клавиатурой. В отечественныхразработках для настройки предусматривается подключение ноутбука (в станцииуправления АСУС-02 возможна установка специальной панели отображенияинформации).
5. В зарубежныхконтроллерах предусмотрена функция управления частотным регулятором — естьсоответствующий выходной сигнал и заложены необходимые алгоритмы управления. Изотечественных разработчиков только фирма «Шатл» имеет опыт управлениячастотнорегулируемым электроприводом цепной установки. Очевидно, этообъясняется тем, что в настоящее время стоимость частотных регуляторов являетсяслишком высокой для массового оснащения ими всего фонда скважин.
6. Стоимость импортныхсистем существенно выше, чем стоимость отечественных разработок. Кроме того,при использовании отечественных станций управления все проблемы с ремонтом имодернизацией оборудования будут решаться значительно быстрее.
1.5 Отличительные особенностицепного привода от станка качалки
Начало внедрения цепногопривода в процесс добычи нефти был начат в 2003 году. Тогда это было сделанолишь в экспериментальных целях. На практике цепной привод показал очень хорошиерезультаты и одним из этих результатов было снижение энергозатрат на подъёмпродукции из пласта. В среднем это снижение составляло 10-50%. Вот наглядныеданные по преимуществу цепного привода от балансирного станка-качалки:
Таблица 1.3 Сравнение ОПНШ и ПЦНаименование параметров Величины параметров
ОПНШ-30
скв. 26529 ПЦ-60-18-3-0,5/2,5, скв. 38190
Дебит, м3 /сут
Мощность электродвигателя, кВт
Суточное потребление электроэнергии, кВт*ч
Удельные энергозатраты на подъём продукции,кВт*ч/ м3*км
Сокращение удельных энергозатрат, %
7,5
5,5
27,4
24,6
9,1
2,2
22,2
14,6
41
Установлено, что на многих скважинах, эксплуатируемых цепнымиприводами, возможно снижение мощности электродвигателя с 5,5 до 3 и 2 кВт.Результаты замеров при мощности электродвигателей приводов 5,5 и 2,2 кВт всравнении со станком-качалкой ОПНШ-30.
Результаты на лицо: даже обычный цепной привод гораздоэкономичней станка-качалки. Но не стоит на этом останавливаться – применениедатчиков, контроллеров и прочих микропроцессорных средств выведет процесснефтедобычи на ещё более экономичный уровень.
1.6 «Альметьевнефть»:от испытаний до массового внедрения
Внедрение контроллеровфирмы Lufkin является новым крупным проектом ОАО «Татнефть». Симпортным оборудованием для контроля добычи в «Татнефти» знакомы ещес середины девяностых, когда проведенные испытания в нефтегазодобывающемуправлении «Альметьевнефть» показали эффективность примененияконтроллеров Baker и DeltaX. Но цены на новое оборудование, согласнопроведенным расчетам, тогда сочли слишком высокими для массового внедрения. В тоже время, первые попытки выхода на рынок делали и российские производители,компания «Линт» (Казань) и «Интек» (Уфа), имелисьразработки и у Fisher Rosemount. Последняя является подразделением компанииEmerson Process Management, осуществляющей сборку некоторых продуктов вЧелябинске на заводе Мetran, также входящем в состав Emerson. В поискеоптимального решения «Татнефть» провела не один год, пока в 2004 годуспециалисты производственного управления ОАО «Татнефть» во времяпосещения летней ежегодной нефтегазовой выставки в Москве не заглянули на стендкомпании Lufkin. Сотрудники Lufkin подробно рассказали о результатах примененияконтроллеров в «Белоруснефти» (см. НГЕ №8, 2006, стр. 16-27) ипровели предварительные расчеты. Так с 2005 года контроллер SAM Well Manager,продукт нового поколения компании Lufkin, появился в «Татнефти». Отсвоего предшественника, применяемого в Беларуси, он отличается более широкимивозможностями в оптимизации работы скважин.
Немного дороже, намногонадежнее
Проведенные в 2007 годуиспытания первой партии из десяти контроллеров, восемь из которых попали напромыслы «Альметьевнефти», продемонстрировали хорошие результаты,высокие потребительские качества и надежность в эксплуатации. Новый контроллерLufkin не только передает всю информацию на клиентские места специалистов, но ипроизводит полный ее анализ и управление скважиной по заданным критериям.
У контроллера возможностибольшие, подтверждают специалисты «Альметьевнефти», перечисляя приэтом главные: позволяет оптимизировать эксплуатационные параметры системы «нефтянойпласт – насос», обеспечивает контроль производительности скважины,проводит диагностику оборудования, осуществляет непрерывный контроль состоянияглубинно-насосного и поверхностного оборудования.
Работа контроллераоснована на математической обработке показаний всего лишь трех датчиков:положения, числа оборотов и нагрузки, которые устанавливаются на кривошип, валэлектродвигателя и полированный шток. Причем обработка производится мощнымпроцессором контроллера автономно, непосредственно на скважине.
С 2006 года в системуконтроля автоматизированной добычи вошел программно-технический комплекс XSPOC,компании Theta Enterprises, к которому в настоящее время подключены всеконтроллеры. ПО XSPOC позволяет дистанционно контролировать и анализироватьсостояние скважины и оборудования. Сегодня специалисты компании, для которыхсозданы клиентские места для взаимодействия с системой, имеют возможностьработать с русифицированной версией этого продукта.
Проблемы разные – решениеодно
Стандартные возможностиконтроллера в «Альметьевнефти» используют с применением наработанногоопыта и знаний. Творческий подход специалистов позволяет говорить о «ноу-хау»,новых технологиях, разработанных с использованием оборудования Lufkin вкачестве эффективного инструмента управления процессом добычи.
Проблема АСПО в «Татнефти»решена эксплуатацией штанг со скребками-центраторами. Однако на ряде скважинструктура АСПВ имеет густую жидкую форму, поэтому механический метод борьбыбывает недостаточен. Наиболее тяжелые, часто ремонтируемые из них былиоборудованы контроллерами. До внедрения контроллеров на этих скважинахпроводилось до 6 профилактических обработок в год, и даже при таком количестве,они были, в основном, неэффективными, поскольку проводились несвоевременно. «Мыопаздывали с обработками, приходили, когда уже появлялась критическая массаотложений парафина. Чтобы не усугублять ситуацию, вынуждены были проводитьподземные ремонты. Продолжительность межремонтного периода была низкой, –комментирует Латфуллин. – Сегодня количество профилактических обработокснижено, в среднем, до четырех в год, за счет их своевременности и высокойэффективности. В результате увеличился коэффициент эксплуатации с 0,89 до 0,96и соответственно увеличился среднесуточный дебит».
Вот наглядный примерработы интеллектуальной скважины. На рис. 1 представлена динамика работыскважины 11 326 с ноября 2007 года по сегодняшний день, где красная кривая –количество циклов работы и накопления, а зеленая – суточная добыча.Стабильность пластового и забойного давлений по данной скважине значительнозависит от стабильности работы нагнетательных скважин. В апреле прошлого года нагнетательнаяскважина, которая непосредственно влияет на эту скважину, до ноября ушла в капитальныйремонт по причине аварии с глубинно-насосным оборудованием.
Пластовое давлениеснизилось со 140 до 100 атм., а дебит с 19 до 3 м3/сут. Наличиеконтроллера на данной скважине позволило обеспечить автоматический переводработы скважины в саморегулируемый режим откачки по заданному забойномудавлению, что является наиболее оптимальным вариантом, при этом количествоциклов в некоторые дни доходило до 17. Как видно, за 3,5 месяца после запусканагнетательной скважины режим работы добывающей скважины полностьювосстановлен. Необходимо отметить, что данный процесс происходил без участияспециалистов, рабочего персонала нефтепромысла и дополнительныхгидродинамических исследований. Единственное, что было задано специалистамизаранее – уставка наполнения насоса.
Контроллеры обеспечиваютдополнительные возможности
В ближайшем будущем в «Альметьевнефти»контроллеры Lufkin собираются дополнительно задействовать и для контролянефтепромыслового оборудования, в частности, для защиты эксплуатационнойколонны от наружной коррозии, которая осуществляется станциями катодной защиты.Подключив станцию управления к свободному аналоговому входу контроллера Lufkin,контроль над катодной защитой можно будет осуществлять оперативно сдиспетчерского пульта.
Помимо контроля над скважинамис ШГН сегодня можно говорить и о возможностях контроля работы ЭЦН, станцииуправления которых, подключаются к ПТК XSPOC. О состоянии трех скважин,оборудованных ЭЦН, сегодня технологи «Альметьевнефти» могут судить,получая дистанционно данные о динамике работы скважины, давлении на приеменасоса, температуре, вибрации, нагрузке и напряжении погружногоэлектродвигателя.
На четырех площадяхРомашкинского месторождения: Альметьевской, Северо-Альметьевской, Березовской иМиннибаевской, а также на Бухарском месторождении, на девонских горизонтах изалежах высокосернистой нефти – контроллеры Lufkin повсюду продемонстрировалинадежность и возможности, ограниченные только фантазией специалистов «Альметьевнефти».
Динамика работы скважиныпредставлена на рисунке 1.1.
/>
Рис. 1.1 Динамика работыскважины
2. Расчетно–техническаячасть
2.1 Выбор исогласование параметров частотно – регулируемого асинхронного электропривода
В составе частотно-регулируемого асинхронного электропривода выбори согласование параметров преобразователя частоты и асинхронногокороткозамкнутого двигателя является главным вопросом. Для выбора двигателя ипреобразователя частоты нужно учитывать следующие параметры:
— диапазон регулирования частоты вращения двигателя (дляопределения
числа полюсов двигателя и номинальной частоты вращения двигателя);
— нагрузочную характеристику (она определяет ограничения,связанные с охлаждением двигателя и выходом в зону ослабленного поля, т.е. начастоту вращения ротора двигателя выше его номинальной по техническим условиямна двигатель);
— требуемый крутящий момент двигателя (он требуется дляопределения мощности двигателя);
— тип и мощность преобразователя частоты, учитывая следующие особенности:
— управление одним двигателем или группой;
— двигатель погружной;
— двигатель взрывозащищенный;
— двигатель двухскоростной.
Выбор преобразователя частоты и двигателя для вентилятора/насоса сводитсяк выполнению алгоритма. Алгоритмы описываются ниже приведенными формулами. Расчеттребуемого крутящего момента на валу двигателя
/> (2.1)
где РН — мощность нагрузки в кВт;
N — число оборотов двигателя, об/мин;
ТН — крутящий момент на валу двигателя, (н·м)или (кгс·м).
Необходимо проверять мощность на валу с учетом момента нагрузки иусловий окружающей среды. Обычно когда температура уменьшается, мощность навалу увеличивается.
2.2 Предварительныйвыбор двигателя/преобразователя на основе данных и расчетов
а)Выбор мощности двигателя: РДВ.> РНАГРУЗКИ,(кВт).
Мощностьдвигателя должна быть больше мощности нагрузки.
б)Выбор мощности преобразователя частоты.
Мощностьпреобразователя частоты выбирается так, чтобы номинальный ток двигателя (IДВ)был меньше или равен току на выходе преобразователя частоты (IПЧ)
Данасинхронный двигатель (таблица 2.1) с короткозамкнутым ротором типа 4А100L4У3,с моментом статической нагрузки Мс=26,7 Н·м и моментом инерции Jрм=0,1кг·м2. Определить параметры и составить структурную схему силовойчасти.
Таблица 2.1 Техническиеданные двигателя 4А100L4У3
Наименование Размерность Значение
Номинальная мощность, Рном кВт 4
Номинальное напряжение сети, U1л В 380
Номинальная частота питающей сети, fc Гц 50
Синхронная частота вращения, nо об/мин 1500
Номинальное скольжение, sном % 4,6
Скольжение критическое, sкр % 31,5
Отношение Мпуск /Мном - 2,0
Отношение Ммин/Мном - 1,6
Отношение Мкр /Мном - 2,4
Отношение Iпуск /Iном - 6,0
Момент инерции, Jдв
кг*м2 0,011
КПД, cosφном % 87
Коэффициент мощности, cosφном - 0,83
/> /> /> /> /> /> />
Таблица 2.2 Параметрысхемы замещения в относительных единицахПараметры
Хμ В номинальном режиме При коротком замыкании Статора Ротора
R1
X1
R2
X2
R2п
Rкп
X2 В отн. единицах 2,4 0,067 0,079 0,053 0,14 0,058 0,13 0,15
Номинальный фазный токстатора определяется по формуле:
/> (2.2)
Значениепараметров схемы замещения в именованных единицах определяются по формулам:
/>, (2.3)
/> (2.4)
где x, r – сопротивление, Ом
X, R – сопротивление, отн. ед.
Результатырасчета сопротивлений в именованных единицах представлены в таблице 2.3.
Таблица2.3 Параметры схемы замещения в именованных единицахПараметры
Хμ В номинальном режиме При коротком замыкании Статора Ротора
R1
X1
R2
X2
R2п
Rкп
X2 Сопротивление в Ом 59,28 1,64 1,95 1,31 3,46 1,43 3,21 3,71
Всиловую часть электропривода входят асинхронный двигатель с короткозамкнутымротором и комплектный преобразователь частоты.
Условиемвыбора преобразователя частоты является соответствие номинального напряжения итока тиристорного преобразователя номинальным параметрам двигателя, т.е.
UТПном> U1ном, IТПном > I1ном.
Дляпитания двигателя выбран комплектный электропривод типа АТО4 5,5 (рисунок2.2.1). Данный преобразователь является тиристорным электроприводом савтономным инвертором напряжения.
Параметрытиристорного преобразователя представлены в таблице 2.4.
Таблица2.4 Данные комплектного электропривода АТО4 5,5Наименование Размерность Значение
Напряжение питающей сети, Ucном В 380
Частота питающей сети, fном Гц 50±2% Число фаз, m - 3
Номинальное напряжение выходное, линейное U1 В 0±380, ±2%
Номинальный ток, I1 А 11
Выходная частота, f1 Гц 0±400, ±0,05%
Ток перегрузки, Iдоп % 150 Длительность перегрузки, t с 60
ЭлектроприводАТО4 5,5 предназначен для высокодинамичных электроприводов механизмов свысокими требованиями к регулированию параметров при четырехквадрантномуправлении.
/>
Рис.2.1 Комплектный электропривод АТО4 5,5
B – силовойполууправляемый выпрямитель
ФС –силовой LC-фильтр звена постоянного напряжения;
ТК –тиристорный ключ реостатного торможения (тормозной ключ);
БТР –блок тормозного резистора.
АД асинхронныйэлектродвигатель;
ИП источникпитания (конвертор);
ДН датчикнапряжения;
ФИ формировательуправляющих сигналов тиристоров (драйвер);
МК микропроцессорный контроллер.
Силовойканал ВФСАИН осуществляет двухступенчатое преобразованиеэлектрической энергии выпрямление сетевого напряжения с помощьюнерегулируемого выпрямителя В и последующее инвертирование выпрямленногопостоянного по величине напряжения посредством автономного инвертора напряженияАИН. Алгоритм ШИМ обеспечивает взаимосвязанное регулирование частоты F ивеличины U выходного напряжения по заданному закону, а также формируетсинусоидальную форму кривой тока приводного АД.
Дляреализации режима динамического (реостатного) торможения в звено постоянноготока электропривода включён тормозной тиристорный (IGBT), ключ ТК и внешнийблок тормозного резистора БТР. Датчики тока ДТ и напряжения ДН в силовом каналеэлектропривода служат для контроля, регулирования и измерения электрическихпараметров электропривода, в т.ч. для защиты от токов перегрузки и короткогозамыкания, недопустимых отклонений напряжения.
Многоканальныйисточник питания ИП преобразует сетевое переменное напряжение или выпрямленноенапряжение звена постоянного тока в систему напряжений постоянного тока требуемыхуровней и степени стабильности, гальванически связанных и не связанных междусобой, для питания устройств управления.
Микропроцессорныйконтроллер МК осуществляет формирование режимов работы электропривода сзаданными параметрами с помощью сигналов управления: сигналов ШИМ – управлениятиристорами АИН, сигналов защиты и аварийного отключения электропривода, приёмаи передачи внешних управляющих, задающих и информационных сигналов.
2.3Расчет и выбор элементов выходного фильтра
Навыходе с автономного инвертора напряжения расположен фильтр. Наиболеераспространенным видом выходного фильтра является LC – фильтр. Основнымтребованием, предъявляемым к фильтру, является обеспечение заданногокоэффициента гармоник переменного напряжения в стационарном режиме.
Индуктивностьфильтра определяется по формуле:
/> (2.5)
где Емакс– максимальное напряжение источника постоянного напряжения, В. В данном случаеэто напряжение в звене постоянного тока с учетом возможного превышениянапряжения сети на 10%.
/> (2.6)
fк– несущая частота, так называемая коммутации ШИМ.
Вэлектроприводе типа АТО несущая частота меняется программно. В данном случае fк=8кГц. Предельная частота ограничена допустимой частотой переключения тиристоров,она составляет 10 кГц. Численное значение индуктивности фильтра определится:
/> (2.7)
Кустановке принимает реактор типа РТСТ – 20,5-2,02У3, параметры которогоприведены в таблице 2.5
Таблица2.5 Техническая характеристика реактора РТСТ – 20,5-2,02У3Наименование Размерность Значение
Номинальное линейное напряжение питающей сети, Uсном В 410
Номинальный фазный ток, I1ном А 20,5
Номинальная индуктивность фазы, Lр мГн 2,02
Активное сопротивление обмотки, Rp мОм 265
Емкостьфильтра определится по формуле:
/> (2.8)
где Тк– период несущей частоты, с;
/> (2.9)
kr –коэффициент высших гармоник; kr=0,05;
Численноезначение емкости фильтра:
/> (2.10)
Кустановке принимается конденсатор типа МБГО–1-400В–2,4мкФ±10%. Дроссели включают в каждую фазу,последовательно с асинхронным двигателем, а конденсаторы соединяют втреугольник и включают параллельно двигателю. Соответственно конденсаторысущественно не влияют на общее сопротивление статорной цепи, поэтомусопротивлением фильтра при расчетах можно пренебречь.
2.4Расчет и выбор элементов сглаживающего фильтра
Сглаживающиедроссели устанавливаются в звене постоянного тока низковольтных агрегатов ислужат для снижения переменной составляющей тока через конденсаторы фильтра иуменьшения зоны прерывистых токов при работе электропривода. Конденсаторпредназначен для замыкания реактивной составляющей тока статора.
Качествофильтра определяется коэффициентом сглаживания, который определяется:
/> (2.11)
где qвх– коэффициент пульсаций на входе фильтра;
qвыхкоэффициент пульсаций на выходе фильтра принимается впределах 0,01…0,1; выберем qвых=0,01.
Коэффициентпульсаций на входе фильтра определяется по формуле:
/> (2.12)
где n– число пульсаций выпрямителя; для трехфазной мостовой схемы n=6;
a — уголуправления вентилей выпрямителя; =0, так как напряжениерегулируется в АИН.
/> (2.13)
Численноезначение коэффициента сглаживания:
/>
Емкостьфильтра принимается из расчета 100 мкФ на 1 кВт мощности двигателя. Расчетнаямощность фильтра определится:
/> (2.14)
Кустановке выбирается конденсатор типа МБГО–1-400 В–390мкФ±10%.
Индуктивностьфильтра определяется по формуле:
/> (2.15)
/> (2.16)
/>
Кустановке принимает реактор типа ФРОС–250/0,5У3 параметры, которогопредставлены в таблице 2.6.
Таблица2.6 Техническая характеристика реактора ФРОС– 250/0,5У3Наименование Размерность Значение
Номинальный постоянный ток, I1ном А 320
Номинальная индуктивность фазы, Lр мГн 4,2
Активное сопротивление обмотки, Rp мОм 11,5
Разработкаструктурной схемы силовой части.
Силоваячасть электропривода состоит из преобразователя частоты и электродвигателя.Структурная схема силовой части представлена на рисунке 2.1
/>
Рис.2.1 Структурная схема силовой части электропривода
Динамическиесвойства преобразователя частоты совместно с блоками измерения и преобразованиякоординат могут быть упрощенно учтены апериодическим звеном с передаточнойфункцией:
/> (2.17)
где KПЧ эквивалентныйпередаточный коэффициент преобразователя.
/> (2.18)
где Udмаксноминальное фазное напряжение на выходе преобразователя, В; Uупрмакс максимальное напряжение системы управления, В.
Численноезначение коэффициента передачи преобразователя частоты:
/>
ТТЧэквивалентная постоянная времени преобразователя, с. Онаскладывается из времени задержки включения ШИМ и времени, затрачиваемогопроцессором на преобразование и вычисление сигналов (Тпр=1 мс).
Времязадержки ШИМ определится:
/> (2.19)
Численноезначение постоянной времени преобразователя:
/> (2.20)
Электродвигательпредставляется передаточными функциями электромагнитной и механической частей,представленных апериодическим и интегрирующим звеньями, соединеннымипоследовательно.
Электромагнитнаячасть представляет из себя передаточную функцию от напряжения статора к токустатора:
/> (2.21)
где Rсуммарноесопротивление двигателя определяется по формуле:
/> (2.22)
здесьRф2 активное сопротивление выходного фильтра на выходеАИН, Ом;
R1активное сопротивление обмотки статора, Ом;
R2приведенное активное сопротивление обмотки ротора, Ом;
k2коэффициент электромагнитной связи ротора.
Взаимнаяиндуктивность асинхронного двигателя определится:
/> (2.23)
Индуктивностьрассеяния статора:
/> (2.24)
Полнаяиндуктивность фазы статора:
/> (2.25)
Индуктивностьрассеяния ротора:
/> (2.26)
Полнаяиндуктивность фазы ротора:
/> (2.27)
Индуктивностьрассеяния асинхронного двигателя:
/> (2.28)
илипо приближенной формуле
/> (2.29)
Вдальнейших расчетах L 0,0071 Гн.
Коэффициентэлектромагнитной связи ротора определяется по формуле:
/> (2.30)
Численноезначение суммарного сопротивления двигателя определится:
/>
Электромагнитнаяпостоянная времени асинхронного двигателя определяется по формуле:
/> (2.31)
Электромагнитныймомент двигателя формируется на основании уравнения:
/> (2.32)
где рпчисло пар полюсов обмотки статора, рп=2.
Механическаячасть асинхронного двигателя представляется интегрирующим звеном с передаточнойфункцией:
/>
Структурнаясхема силовой части системы ПЧ –АД смоделирована в программе Simulink. Видмодели представлен на рисунке 2.2.
/>
Рис.2.2 Структурная схема электропривода в числовом виде
/>
Рис. 2.3Схема исследования по задающему воздействию
Моментстатической нагрузки Мс=26,7 Н·м соответствует номинальному моментудвигателя, который определятся:
/> (2.33)
/>
Рис.2.4Переходная характеристика по задающему воздействию
Переходнаяхарактеристика характеризует силовую часть электропривода как апериодическоезвено с коэффициентом усиления K=21,9.Время переходного процесса в системеравно tпп.зад=0,415 с.
/>/>
Рис.2.5 Частотные характеристики по задающему воздействию
Частотныехарактеристики показывают, что система является статической, так как наклоннизкочастотной части ЛАХЧ нулевой.
Система:
обладаетдостаточным быстродействием, частота среза ср=190 рад/с;
устойчивас запасом по фазе 59,8 и запасом по амплитуде 16,8 дБ.
Исследованиевлияния возмущения – статической нагрузки на силовую часть системы ПЧ – АДосуществляется в соответствии со схемой, изображенной на рисунке 2.4.6. Отличиеот схемы, изображенной на рисунке 2.4.3 состоит в местах расположения контрольныхточек Input и Output.
Результатыисследования системы представлены на рисунках 2.7 и 2.8.
/>
Рис.2.6 Схема исследования по возмущающему воздействию
/>
Рис. 2.7Переходная характеристика по возмущающему воздействию
СистемаПЧ-АД обладает низким быстродействием (время переходного
процессаtпп.возм=0,412 с). Время переходного процесса скорости при единичномскачке задающего сигнала (tпп.зад=0,415 с) почти не отличается отвремени переходного процесса при наличии возмущения. Причем низкое быстродействиесистемы связано с достаточно большим моментом инерции. Поэтому и коэффициентусиления в системе низкий.
/> (2.34)
/>
Рис.2.8 Частотные характеристики по возмущающему воздействию
3.Специальная часть проекта
3.1Особенности ПЧ основанных на IGBT-транзисторах
Преобразовательпостроен по принципу двухзвенного преобразования энергии с промежуточным звеномпостоянного тока и автономным инвертором напряжения. Функциональная схемапреобразователя представлен на рисунке 3.1.
/>
Рис.3.1 Функциональная схема преобразователя
Силоваячасть преобразователя включает в себя трехфазный мостовой выпрямитель (входнойвыпрямитель), звено постоянного тока (звено ПТ), трехфазный мостовой инвертор(инвертор) и блок торможения. Входной выпрямитель включает в себя цепьпредварительного заряда емкостей звена постоянного тока, обеспечивающуюограничение тока заряда и плавное нарастание напряжения на конденсаторах. Впреобразователях мощностью 5,5-37кВт входной выпрямитель являетсянеуправляемым, при этом отключение звена постоянного тока преобразователяосуществляется с помощью встроенного электромагнитного реле. В преобразователяхмощностью 45-90кВт входной выпрямитель является полууправляемым и выполняет функциюотключения звена постоянного тока преобразователя.
Звенопостоянного тока представляет собой емкостной фильтр, служащий источникомпостоянного напряжения для инвертора. Для уменьшения пульсаций тока в звенепостоянного тока и снижения гармонических составляющих тока как в обмоткахдвигателя, так и потребляемого из сети рекомендуется использование внешнегодросселя постоянного тока, подключаемого к клеммам L1 и L2 преобразователя. Приотсутствии дросселя постоянного тока клеммы L1 и L2 соединяются перемычкой,поставляемой в комплекте с преобразователем.
Инвертор,построенный на IGBT-транзисторах, преобразует напряжение звена постоянного токав переменное напряжение заданной частоты и амплитуды. Блок торможенияпредставляет собой встроенный ключ управления внешним тормозным резистором,подключаемым к клеммам В1 и В2 преобразователя и предназначен для реализациирежима динамического торможения двигателя (при необходимости реализации высокихтемпов торможения).
Драйверысиловых ключей входного выпрямителя и инвертора обеспечивают управлениесоответственно тиристорами и затворами IGBT, формируют сигналы защит, а такжеосуществляют гальваническую развязку силовых и управляющих цепей. Впреобразователях мощностью 5,5-37кВт драйвера силовых ключей входного выпрямителяотсутствуют.
Системадатчиков преобразователя включает в себя датчики напряжения на входе и в звенепостоянного тока преобразователя, датчики выходного тока, а также датчиктемпературы силовой части преобразователя. Источник питания обеспечивает формированиепитающих напряжений, необходимых для работы преобразователя. Также имеетсягальванически развязанный канал питания 24В (250мА) для питания внешнихустройств, подключаемых к интерфейсному модулю. Контроллер управления управляетсогласованной работой всех модулей преобразователя и реализует большинствозащитных и сервисных функций. Контроллер расширений включает в себя наборсредств взаимодействия с внешними управляющими устройствами. В составконтроллера расширений входят:
• 3 аналоговых выхода (4.20мА) синдивидуальной гальванической развязкой, предназначенные для мониторингапараметров электропривода. Функциональное назначение каждого выхода может бытьопределено пользователем.
• 2 аналоговых входа (0.20мА или 0.10В)с индивидуальной гальванической развязкой, один из которых предназначен дляподключения задатчика уставки и датчика технологического параметра;
• 8 дискретных входов типа «сухойконтакт» с групповой гальванической развязкой, для приема управляющихсигналов от устройств автоматики. Функциональное назначение каждого дискретноговхода может быть определено пользователем.
• 3 релейных выхода (~250VAC, 3A или30VDC, 3A), имеющие нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты.Функциональное назначение выходов:
— работа/останов;
— авария/нет аварии;
— включение дополнительного двигателя.
• встроенные источники питания с общейгальванической развязкой:
— 10В(50мА) для подключения потенциометра формирования сигнала задатчикатехнологического параметра;
— 24В(250мА) для питания датчика технологического параметра или внешних устройствпользователя.
• драйвер интерфейса RS-485 сгальванической развязкой и поддержкой протокола ModBus, предназначенный дляподключения пульта дистанционного управления или внешних управляющихконтроллеров. Встроенный (местный) пульт управления позволяет выполнятьпроцедуры просмотра, редактирования параметров преобразователя, управления и контролярежимов работы электропривода.
Электромагнитнаясовместимость (ЭМС).
Преобразовательсоответствует требованиям к помехоэмиссии по ГОСТ Р 51317.6.4 и устойчив кэлектромагнитным помехам по ГОСТ Р 51317.6.2.
Работапреобразователя сопровождается генерацией электрических сигналов с широким спектром частот, что может привести к появлениюэлектромагнитных помех. Распространяться эти помехи могут как по силовымкабелям, подключенным к преобразователю, так и непосредственным излучением вокружающее пространство. Работа вентилей входного выпрямителя вызываетпоявление негармонического тока потребления, что может привести к ухудшению качественныхпоказателей электрической энергии в точке подключения преобразователя кпитающей сети. Это объясняется, во-первых, скачкообразным изменением параметровцепи во время коммутационных процессов в вентильной группе, во-вторых –изменением величины тока нагрузки и связанным с этим падением напряжения наиндуктивном сопротивлении сети в коммутационном интервале. Работа силовыхэлементов преобразователя в ключевых режимах с короткими фронтами импульсовнапряжения и тока с частотой следования до нескольких килогерц можетсопровождаться появлением индустриальных радиопомех. Приобретенный Вамипреобразователь соответствует требованиям к помехоэмиссии и устойчив кэлектромагнитным помехам. Однако на практике все же возможны ситуации, когданеобходимо принимать дополнительные меры в целях минимизации влияния помех,генерируемых преобразователем на работу различного рода оборудования, илинаоборот, защищать от помех сам преобразователь. При решении этих задачрекомендуется использовать приведенные ниже общие меры по подавлению помех:
• Не прокладывайте питающие сетевыекабели и кабели подключения двигателя параллельно друг другу или внепосредственной близости друг от друга.
• По возможности используйтеэкранированные силовые кабели или используйте кабели, проложенные внутризаземленной металлической трубы, которая будет служить для них экраном.
• Максимальная длина кабеля для прямогоподключения двигателя к преобразователю не должна превышать 30 метров. Приподключении к одному преобразователю нескольких двигателей учитываетсясуммарная длина кабелей.
• Корпус преобразователя и двигательнеобходимо заземлять в одной точке. Для заземления необходимо использоватьвинты заземления, находящиеся сбоку преобразователя.
• Для линий управляющих сигналов илидля подключения датчиков используйте экранированную витую пару. Экран такихкабелей должен быть обязательно заземлен.
• Установить устройство для подавленияимпульсных помех в оборудовании, расположенном вблизи от преобразователя.
Улучшениеэлектромагнитной совместимости.
Дляулучшения электромагнитной совместимости к преобразователю может подключатьсяследующее дополнительное оборудование:
• сетевой дроссель;
• входной пассивный фильтр;
• входной фильтр подавления радиопомех.
Сетевыедросселипозволяют обеспечить лучшую защиту преобразователя от сетевыхперенапряжений и уменьшить гармоники тока, вырабатываемые преобразователемчастоты. Использование сетевых дросселей особенно рекомендуется в следующихслучаях:
• при параллельном включении несколькихпреобразователей с близко расположенными соединениями;
• при наличии в сети питаниязначительных помех от другого оборудования;
• при асимметрии напряжения питаниямежду фазами >1,8% номинального напряжения;
• при питании преобразователя от линиис низким полным сопротивлением (преобразователь расположен рядом странсформаторами, в 10 и более раз более мощными, чем преобразователь);
• при установке большого количествапреобразователей на одной линии;
• для уменьшения перегрузкиконденсаторов, повышающих cosϕ, если установка оснащена батареей конденсаторов дляповышения коэффициента мощности. Пассивный фильтрпозволяет обеспечитьуровень гармоник потребляемого тока меньше 16% или 10%, в зависимости отисполнения фильтра. Входной фильтрподавления радиопомех предназначендля уменьшения наведенного излучения в сети ниже пределов, установленныхстандартом EN 55011, группа 1, класс A или B (2). Фильтры не могут применятьсяв сетях и изолированной нейтралью.
Улучшениесовместимости с сетью и нагрузкой
Дляулучшения совместимости преобразователя с питающей сетью и с двигателем,увеличения ресурса преобразователя и обеспечения работы в режиме динамическоготорможения к преобразователю может подключаться следующее дополнительноеоборудование:
• дроссель звена постоянного тока;
• тормозной резистор;
• дроссель двигателя;
• выходной синусный фильтр.
Дроссельзвена постоянного токанеобходим для снижения пульсаций выходного тока иуменьшения гармоник тока, потребляемого из сети. Кроме того, наличие дросселязвена постоянного тока позволяет увеличить ресурс силовых конденсаторов звенапостоянного тока, а, следовательно, и ресурс преобразователя в целом.Коэффициент мощности преобразователя нормируется только при использованиидросселя звена постоянного тока.
Тормознойрезисторнеобходим для реализации режима динамического торможения,возникающего при высоких темпах торможения двигателя, особенно в случае механизмовс большим моментом инерции. Выбор параметров тормозного резистораосуществляется в соответствии с конкретными условиями работы привода. Общиерекомендации по выбору тормозного резистора приведены в таблице 3.1. Торможениес высоким темпом при отсутствии тормозного резистора или при некорректномвыборе параметров тормозного резистора может привести к аварийному отключениюпреобразователя с кодом «Авария 05».
Дроссельдвигателяпозволяет:
• увеличить максимальную длину кабелямежду преобразователем и двигателем до 200м;
• ограничить dV/dt до значения 500В/мкс;
• ограничить пиковые перенапряжения надвигателе;
• отфильтровать помехи, обусловленныесрабатыванием контактора,
находящегосямежду фильтром и двигателем;
• уменьшить ток утечки на землюдвигателя.
Выходнойсинусный фильтриспользуется в случаях, требующих:
• большой длины кабелей междупреобразователем и двигателем (до 1000м);
• применения промежуточноготрансформатора между преобразователем и двигателем;
• параллельного включения двигателей.
Таблица3.1 Выбор тормозного резистора
/>
Дистанционноеуправление преобразователем
Управлениеи настройка преобразователя может производиться с использованием пультадистанционного управления (ПДУ), представляющего собой выносной блок,подключаемый с помощью специального кабеля к каналу связи RS-485;
Полнымнабором функций управления и контроля обладает местный пульт.
–стандартная опция, поставка которой возможна по согласованию с изготовителем.
ПДУиспользуется для дистанционного управления преобразователем и позволяетпроизводить следующие основные действия:
• запуск и останов двигателя;
• изменение значения заданияподдерживаемого параметра;
• просмотр всех параметров работыпреобразователя.
ПДУподключается к преобразователю при помощи специального соединительного кабеля.
Максимальнаядлина соединительного кабеля – 300м. Для описания работы с пультомдистанционного управления обратитесь к соответствующему руководству поэксплуатации.
Управлениепреобразователем.
Способыуправления и настройки.
Управлениеи настройка преобразователя может производиться одним из следующих способов:
• с местного пульта управления,расположенного на передней панели преобразователя;
• с пульта дистанционного управления(ПДУ), представляющего собой выносной блок, подключаемый с помощью специальногокабеля к каналу связи RS-485;
• от внешней системы управления илиперсонального компьютера (используется канал связи RS-485).
Полнымнабором функций управления и контроля обладает местный пульт. ПДУ
–стандартная опция, поставка которой возможна по согласованию с изготовителем.
ПДУиспользуется для дистанционного управления преобразователем и позволяетпроизводить следующие основные действия:
• запуск и останов двигателя;
• изменение значения заданияподдерживаемого параметра;
• просмотр всех параметров работыпреобразователя.
ПДУподключается к преобразователю при помощи специального соединительного кабеля.Максимальная длина соединительного кабеля – 300м.
Управлениепреобразователем от внешней системы управления или персонального компьютераосуществляется по каналу связи RS-485, при этом для управления можетиспользоваться один из следующих протоколов:
• протокол ПДУ;
• протокол ModBus-RTU;
• протокол ModBus-ASCII
Местныйпульт управления
Местныйпульт управления преобразователя имеет 3 варианта исполнения:
• с управляющими кнопками;
• с поворотным энкодером управления;
• с потенциометром пульта.
/>
Двойноенажатие на кнопку ПУСК переводит преобразователь в состояние «работа»,при этом производится разгон двигателя в соответствии с заданными настройками.Двойное нажатие на кнопку СТОП переводит преобразователь в состояние«останов», при этом производится останов двигателя в соответствии с заданныминастройками.
Строкафункций содержит три поля функциональных команд, доступных в текущий момент длявыполнения кнопкой выбора, расположенной под соответствующим полем. Строкастатуса имеет три поля, в которых отображаются значения текущих параметровпреобразователя, выбранных пользователем.
Привключении преобразователя на пульте управления выводится экран состояния, накотором крупным шрифтом отображаются поля, заданные для отображения в строкестатуса. Выход из экрана ожидания осуществляется при нажатии на любую кнопку.При работе преобразователя вызов экрана состояния осуществляется нажатием накнопку Отмена при нахождении в главном меню или с помощью соответствующейкнопки выбора с функцией «Инфо».
Длядисплея пульта управления могут быть настроены яркость и контрастность, а такжеавтоматическое гашение подсветки дисплея в случае длительного отсутствиянажатия на кнопки. Световые индикаторы «РЕЖИМ», «АВАРИЯ» и«РАБОТА» отображают состояние преобразователя в соответствии стаблицей 3.1.2.
Таблица3.2 Отображение световых индикаторов
/>
4.Экономический раздел
4.1 Оценкаэкономической эффективности мероприятий по экономии топливно-энергетическихресурсов
Основными факторами,влияющими на экономическую эффективность применения и внедренияавтоматизированной системы коммерческого учета энергии и мощности (АСКУЭ)являются:
- снижение сезоннойи суточной неравномерности графиков электрических нагрузок как следствиеосуществления режимов ограничения мощности;
- снижение величинызаявленной мощности;
- снижение потерьэлектроэнергии в питающих и распределительных сетях;
- выбороптимального сочетания регулировочных мероприятий по снижению договорноймощности и электропотребления;
- сочетаниеоперативных средств контроля и управления нагрузками с долговременными;
- снижениестоимости технических средств учета контроля и управления электропотреблением.
Эффективность внедренияАСКУЭ на предприятиях нефтегазодобывающего комплекса связана с минимизациейзатрат направленных на организацию коммерческого учета на электроэнергию ирассчитывается по следующей методике.
Расчет экономическогоэффекта от внедрения научно-технического мероприятия проводится согласнотребованиям РД 39-01/06-000-89 «Методические рекомендации по комплекснойоценке эффективности мероприятия, направленные на ускорение научно-техническогопрогресса в нефтяной промышленности».
Согласно этой методике суммарныйпо годам расчетного периода экономический эффект рассчитывается по следующейформуле:
/> (4.1)
где Эт — экономический эффект научно-технического мероприятия за расчетный период; РТ – стоимостная оценка результатов осуществлениянаучно-технического мероприятия за расчетный период; ЗТ – стоимостная оценка затрат на осуществлениенаучно-технического мероприятия за расчетный период.
Для более правильногопредоставления полученного значения экономического эффекта необходимо привестивсе технико-экономические показатели, величины затрат и стоимостей к единомумоменту времени – расчетному (базовому) периоду. В качестве такого периодаобычно выступает предшествующий началу использования новой технологии иливнедрения научно-технического мероприятия календарный год. Подобное приведениеосуществляется при помощи коэффициента приведения /> накоторый умножаются величины затрат и результатов всех лет рассматриваемогопериода.
Величина />определяется по формуле:
/> (4.2)
где Ен – нормативприведения разноименных затрат и результатов, численно равный нормативуэффективности капитальных вложений; iр –расчетный (базовый) год;i – год, показатели которогоприводятся к расчетному.
Величина Ртопределяется следующим образом:
/> (4.3)
где Рi – стоимостная оценка результатов в i-м году расчетного периода;
iн – первый (начальный) год расчетногопериода;
iк – последний (конечный) годрасчетного периода.
В качестве начальногогода рассматриваемого периода принимается год начала финансирования работ поосуществлению мероприятия, включая
проведенные научныеисследования.
Конечный год расчетногопериода может определяться плановыми (нормативными) сроками обновленияпродукции по условиям ее производства и использования, либо сроками службысредств труда.
Стоимостная оценкарезультатов мероприятий определяется в виде суммы основных и сопутствующихрезультатов:
/> (4.4)
Стоимостная оценкаосновных результатов мероприятий определяется для т средств руда длительногопользования, использование которых изменяет экономические показателисуществующего производства продукции:
/> (4.5)
где /> - изменение объемавыпускающейся продукции в i-м году;
/> - изменение текущих затрат напроизводство продукции в i-мгоду;
/> - изменение капитальных вложений,связанных с использованием новых предметов и средств труда в i-м году;
P – стоимость единицы выпускаемой продукции.
Стоимостная оценкасопутствующих результатов включает дополнительные экономические результаты иэкономические оценки социальных и экономических последствий реализациинаучно-технического мероприятия.
Затраты на реализациюнаучно-технического мероприятия за расчетный период включают затраты припроизводстве и при использовании продукции:
/> (4.6)
где /> — затраты при производствепродукции за расчетный период;
/> - затраты на использование продукции(без учета затрат на приобретение ее) за расчетный период.
Затраты при производстве(использовании) продукции рассчитывается единообразно:
/> (4.7)
где /> - величина затрат всехресурсов в i-м году (включая затраты на получение сопутствующихрезультатов);
/> - текущие издержки при производстве(использовании) продукции в i-мгоду без учета амортизационных отчислений;
/> - единовременные затраты припроизводстве (использовании) продукции в i-м году;
/> - остаточная стоимость(ликвидационное сальдо) основных фондов, выбывающих в i-м году (в случае, если на конецрасчетного периода остаются основные фонды, которые можно использовать еще втечении ряда лет, величина />определяется как остаточная стоимость указанныхфондов.
Исходные данные длярасчета экономического эффекта представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 Исходные данные для расчета экономического эффекта№ п/п Наименование затрат Ед. изм.
Базовый
вариант Частотный регулятор 1 Стоимость устройства Altivar тыс. руб. 112 Срок сужбы устройства Altivar лет 7 2 Потери электроэнергии до установки кВт*ч 4380 3 Транспортные расходы УАЗ руб. / час 179 ЦА-320 руб. / час 229 АНРВ руб. / час 120 Время работы техники час 8 8 Итого транспортные расходы руб. 3264 960 4 Трудозатраты -оператор добычи 4-го разряда чел. 2 2 Тарифная ставка руб./час 8,938 8,938 -электросварщик 6-го разряда чел. 1 1 Тарифная ставка руб./час 12,477 12,477 -слесарь 5-го разряда чел. 1 1 Тарифная ставка руб./час 10,035 10,035 Количество часав час 8 4 Зарплата руб. 322,86 161,43 Зарплата с учетом премий и отчислений руб. 1321 660 5 Цена 1 тонны нефти руб./т. 3560 6 Условно – переменные затраты на 1 тонну нефти руб./т. 129,81 7 НДПИ руб./т. 619,29 8 Объем внедрения шт. 12
4.2 Методика оценки экономическойэффективности новой техники
Внедрение новой техники,совершенствование организации производства требует капиталовложений. Отэффективности выбираемых технических решений зависит темп роста производства. Всвязи с этим важен методологический подход к определению экономическойэффективности новой техники.
Для определенияэкономической эффективности используют следующие технико-экономическиепоказатели:
Дополнительныекапиталовложения на внедрение новой техники;
Себестоимость продукции;
Срок окупаемостидополнительных капиталовложений;
Приведенные затраты;
Производительностьтруда.
По источникамфинансирования все мероприятия по внедрению новой техники можно подразделить нафинансирующиеся за счет:
Издержек производства;
Капиталовложений.
Выбор наилучшеговарианта реализации мероприятия НТП на этапе технико-экономического обоснованиясводится к следующему:
— отбираются варианты изпотенциально возможных, каждый из которых удовлетворяет всем заданнымограничениям: социальным стандартам, экологическим требованиям, по времениреализации и др. В число рассматриваемых вариантов обязательно включаютсянаиболее прогрессивные технико-экономические показатели, которые превосходятили соответствуют лучшим мировым достижениям.
При этом должноучитываться возможности закупки техники в необходимом количестве за рубежом,организации собственного производства на основе приобретения лицензии,организации совместного производства с зарубежными странами;
- по каждому варианту из числа допустимых определяются (с учетом динамики)затраты, результаты и экономический эффект;
- лучшим признается вариант, у которого величина экономического эффектамаксимальна, либо – при условии тождества полезного результата – затраты на егодостижение минимальны.
Экономический эффектрассчитывается по формуле:
Э = З1 — З2 (4.8)
З1 — затраты до внедрения новой техники:
З1 = С1+ ×К1 (4.9)
З2 — затраты после внедрения новой техники:
З2 = С2+ Е ×К2 (4.10)
С1 — текущие затраты после внедрения новойтехники.
Сп — текущие затраты на электроэнергию послевнедрения новой техники.
Е — нормативный коэффициент окупаемости:
Е = Ен+ ЕА + ЕТР (4.11)
Ен — нормативный коэффициент отчислений поотрасли (0,15)
ЕА -нормативный коэффициент отчислений наамортизацию (0,1);
ЕТР -нормативный коэффициент отчислений натекущий ремонт (0,05).
Е = 0,15 + 0,1 +0,05 = 0,3
Срок окупаемости:
/> (4.12)
К1, К2 — капитальные вложения до и послевнедрения новой техники.
Расчет экономическогоэффекта от внедрения ЧРП представлен в таблице 4.2
Таблица 4.2 Расчет экономичесого эффекта от внедрения ЧРП№ п/п Показатель Ед. изм. Годы 1 2 3 4 I Инвестиционная деятельность Приобретение частотного регулятора т.р. -112 II Операционная деятельность 1 Изменение эксплуатационных расходов : -снижение рас хода электроэнергии т.р. 89,35 89,35 89,35 89,35 -снижение трудозатрат т.р. 5,33 5,20 5,10 5,00 2 Амортизационные отчисления т.р. -10 -10 -10 -10 3 НДПИ т.р. -15 -15 -15 -15 4 Налог на имущество т.р. -3,9 -3,3 -2,7 -2,1 5 Налогооблагаемая прибыль т.р. 65,78 66,25 66,75 67,25 6 Налог на прибыль т.р. -15,78 -15,9 -16 -16,8 7 Чистая прибыль т.р. 50 50,35 50,75 50,44 8 Сальдо операционной Деятельности (чистая прибыль+амортизация) т.р. 60 60,35 60,75 60,44 9 Поток наличности т.р. - 8,35 60,75 60,44 10 Коэффициент дисконтирования д.е. - 0,833 0,694 0,579 11 Дисконтированный поток наличности т.р. - 6,95 42,14 35,00 12 Чистая текущая прибыль т.р. - 6,95 49,09 84,09 13 На объем внедрения т.р. - 83,4 589 1009 14 Срок окупаемости лет 1,5
4.3 Расчетэкономической эффективности от внедрения частотно регулированного привода
Современныйподходк автоматизации процессов нефтедобычи диктует жесткиетребования к программно-аппаратным комплексам контроля и управления штанговымиглубинными насосами (ШГН). Это не в последнюю очередь обусловлено высокойстоимостью электроэнергии. В целях её экономии применяется частотно –регулируемый привод станка – качалки.
Для СКН, работающихпостоянно, суммарная потребляемая мощность приблизительно равна:
/>
Стоимость ЧРП составляет112 тыс. руб. Для модернизации необходимо закупить 12 ЧРП общей стоимостью: />
Дополнительныекапиталовложения на обслуживание ЧРП составят :
∆К=60 тыс. руб.
Экономический эквивалентмощности при числе трансформаций около трёх может быть ориентировочно принят />
/> (4.13)
Рр=6
Тм=5500 часов Wa=33 МВт∙час
ϕ1=31,729ϕ2=0
W=К∙ Wa∙(tg ϕ1-tg ϕ2) (4.14)
W=2,44 МВт∙час
∆С= m1∙Pp + m2∙W= 115,2 тыс. руб. (4.15)
где m1=196 руб. m2=0,544 руб.
Добыча нефти за год А1=51903 т
Т.к. добыча нефти неизменится из-за внедрения мероприятия, то экономический эффект составитснижение затрат на электроэнергию:
Эг= (∆С-Ен∙ ∆К)=89,35 тыс. руб. (4.16)
Срок окупаемости — ∆К/∆С= 1,5 года
Главные экономическиепоказатели приведены в таблице 4.3
Таблица 4.3 Главные экономические показатели№ Мероприятия Ед. изм. Значение 1 Изменение капиталовложений ∆К тыс. руб. 172,93 2 Изменение текущих затрат. ∆С тыс. руб. 115,2 4 экономический эффект Эг тыс. руб. 89,35 5 Срок окупаемости Ток год 1,5
5. Охрана труда иокружающей среды
5.1 Защитаэлектрических установок от перенапряжений и заземляющие устройства
5.1.1 Общие сведения
Изоляция электрооборудованияподразделяется на внешнюю, работающую на открытом воздухе, и внутреннюю,работающую в масляной, газовой или иной среде, защищенной от воздействиявнешних атмосферных условий. Как внешняя, так и внутренняя изоляцияэлектрооборудования испытывается импульсным напряжением той или инойполярности. Объем и порядок испытаний установлены ГОСТ 1516.1 – 76 и 1516.2 –76. Полный грозовой импульс должен иметь продолжительность 1,2 ± 0,36 мкс. Прииспытании внутренней изоляции силовых трансформаторов напряжения и масляныхреакторов требуется, чтобы предразрядное время было 2 – 3 мкс.
Внешняя изоляцияэлектрооборудования должна испытываться на прочность в сухом состоянии и поддождем напряжением промышленной частоты плавным подъемом напряжения до значенияиспытательных напряжений. Внутренняя изоляция должна выдерживать в теченииодной минуты установленные ГОСТом испытательные напряжения.
Прочность изоляции любойэлектроустановки должна быть выше максимального уровня рабочего напряженияданной электроустановки, а также возможного уровня большинства внутреннихперенапряжений. С повышением уровня прочности изоляции стоимостьэлектроустановок существенно возрастает. Поэтому оказывается экономическинецелесообразно повышать прочность изоляции до уровня – выше максимальновозможного уровня внутренних перенапряжений и тем более выше уровня грозовыхперенапряжений.
Внутренние перенапряженияэлектроустановки могут быть снижены путем надлежащего выбора режима заземлениянейтрали, схем электрических станций и сетей, применением в выключателяхрезисторов,
шунтирующих контакты.
От максимально возможныхвнутренних перенапряжений, а также от грозовых перенапряжений всеэлектроустановки должны иметь специальную защиту. Основным защитным средствомпри различных перенапряжениях являются вентильные разрядники различногоисполнения. При выполнении электроустановок и осуществлении их защиты важнейшимвопросом является координация изоляции, т.е. установление и обеспечениенеобходимых соотношений между прочностью изоляции электрооборудования ихарактеристиками защитных устройств от перенапряжений. При всех возможныхрежимах работы электрооборудования прочность его изоляции должна быть вышесоответствующих характеристик защитных устройств.
Уровень грозовыхперенапряжений в конкретной электрической сети не зависит от ее номинальногонапряжения, а уровень внутренних перенапряжений, наоборот, зависит отноминального напряжения сети. По этой причине выбор уровня изоляцииэлектрооборудования в основном лимитируется уровнем грозовых перенапряжений.
Важным элементомэлектроустановок являются заземляющие устройства, необходимые для обеспечениянормальных режимов работы электроустановок, осуществления их защиты отперенапряжений, а также создания безопасных условий эксплуатацииэлектроустановок.
5.1.2 Внутренниеперенапряжения
Внутренние перенапряженияможно подразделить на коммутационные и квазистационарные. Характер, значение ипричины возникновения перенапряжений различны. Коммутационные перенапряжениямогут возникнуть при включении и отключении электрических линий,трансформаторов, шунтирующих и дугогасящих реакторов, при возникновенииперемежающейся дуги замыкания на землю в системах с незаземленной нейтралью,при коротких замыканиях, коммутациях и при качаниях генераторов электростанцийв системах, содержащих длинные электрические линии различного типа.Квазистационарные перенапряжения, существующие продолжительный период времени, могутвозникнуть при однофазных
замыканиях и принеполнофазных режимах в энергосистеме, при работе протяженных электрическихлиний работающих на холостом ходу, при коротких замыканиях, при возникновении всистеме параметрического резонанса или феррорезонанса, высших или низшихгармониках.
Внутренние перенапряженияхарактеризуются кратностью. В энергосистемах с учетом возможных уровнейперенапряжений и технико-экономических характеристик электрических линийприняты следующие допустимые кратности:
UНОМ, кВ 3 6 10 20 35 110 150 220 330 500 750 1150
UРАБ/UНОМ 1,2 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,1 1,05 1,05 1,05 К 5,2 4,6 4,25 4,25 3,8 3,2 3 3 3 2,5 2,2 1,8
Согласно рекомендациямМЭК уровень изоляции для коммутационных перенапряжений должен составлятьпримерно 80% импульсного уровня изоляции. Принятый в энергосистемах режимнейтралей, схемы, а также характеристики устройств должны обеспечивать работуэлектрических сетей с кратностью внутренних перенапряжений не выше допустимой.
5.1.3 Грозовыеперенапряжения
Грозовые перенапряжениявозникают при разрядах молнии. Ток молнии имеет вид униполярногоапериодического импульса и характеризуется амплитудой и длиной импульса.
Зарегистрированыамплитуды токов молнии от сотен ампер до 250 кА с длиной импульса 20 – 80 мкс.Вероятность появления молнии с верхним пределом параметров относительно мала,поэтому в качестве расчетных параметров обычно принимают: IМАКС = 150 кА; ТИ = 40 мкс.
Интенсивность грозовойдеятельности характеризуется числом грозовых дней в году или, что более точночислом грозовых часов в году. Так средняя продолжительность грозы составляет1-2 часа. В среднем на один квадратный километр площади земли приходитсяпримерно 0,1 удара молнии за один грозовой день.
В зависимости от длиныэлектрической линии и высоты опор среднее число ударов молнии в линию за годколеблется от 250 (для линий 750 кВ) до 5 (для линий 35 кВ). При отсутствииспециальной грозозащиты и недостаточной импульсной прочности изоляции линий этиудары молнии в большинстве случаев приводили бы к перекрытию изоляции линий иих отключению. Допустимые импульсные напряжения для изоляции электрооборудованияопределяются гарантированной импульсной прочностью, которая установленанесколько ниже импульсных испытательных напряжений.
5.1.4 Защитаэлектроустановок от перенапряжений
Волны грозовыхперенапряжений, возникающие во время грозы в электрических линиях,распространяются по сети и воздействуют на изоляцию как самих линий, так иэлектрооборудования электрических станций и подстанций.
Защита электроустановокот грозовых перенапряжений осуществляется разрядниками. Простейшим типомразрядника является искровой промежуток, состоящий из двух электродов, один изкоторых подсоединяется к защищаемому объекту, а второй – к заземлителю.Искровой промежуток пробивается при появлении на нем напряжения, превышающегоего импульсное разрядное напряжение. Искровой промежуток срезает волнуперенапряжения, приходящую с линии, и тем самым защищает оборудованиеэлектроустановки от пробоя или перекрытия. Однако разрядная характеристикаискрового промежутка нестабильна и зависит от состояния электродов и внешнихатмосферных условий. Кроме того, срабатывание искрового промежутка приводит кпоявлению опасного короткого замыкания в сети и, следовательно, требуетотключения соответствующих элементов электроустановки, что нежелательно. Из-заэтого искровые промежутки используются ограниченно и только в качестведополнительных средств защиты изоляции от перенапряжений. Основным же средствомзащиты от грозовых перенапряжений являются грозозащитные разрядники. Вэнергетических системах используют разрядники двух типов: трубчатые и
вентильные. Трубчатыеразрядники просты по конструкции и относительно дешевы. Они устанавливаются налиниях, на подходах к подстанциям и используются для защиты изоляцииэлектрических линий, а также в качестве дополнительных средств защитыподстанционной изоляции. Вентильные разрядники являются более совершенными, нои более дорогими аппаратами. Они используются для защиты подстанционнойизоляции и устанавливаются: на сборных шинах электроустановок, если к этимшинам подключены воздушные электрические линии; на выводах высшего и среднегонапряжения автотрансформаторов; в цепях силовых трансформаторов и отдельныхлиний, если разрядники, установленные на шинах, не обеспечивают должной защитыоборудования; в нейтралях силовых трансформаторов 110-220 кВ, допускающихработу с изолированной нейтралью.
Для эффективной защитыизоляции электроустановок от перенапряжений требуется, чтобы импульснаявольт-секундная характеристика изоляции во всех точках лежала вышесоответствующей характеристики разрядника. Трубчатые разрядники имеют крутыевольт-секундные характеристики и поэтому не пригодны для защиты изоляциитрансформаторов, выключателей и электрических машин, имеющих относительнопологие вольт-секундные характеристики изоляции. Необходимыми в этих случаяххарактеристиками обладают вентильные разрядники. Такие разрядники имеютмногократный искровой промежуток и включенный последовательно с ним резистор извилита или тервита с нелинейной рабочей характеристикой, помещенный вгерметизированный фарфоровый цилиндр.
В энергосистемахиспользуются вентильные разрядники типов РВС (разрядник вентильныйстанционный), РВП (разрядник вентильный подстанционный), РВМГ (разрядниквентильный с магнитным гашением), РВМК (разрядник вентильный с магнитнымгашением дуги, комбинированный) и РВВМ (разрядник вентильный для вращающихсямашин).
Разрядники по назначениюделят на четыре группы: 1(тяжелый режим) – для защиты от грозовых и коммутационныхперенапряжений; 2,3,4 (легкий режим) – длязащиты от грозовых перенапряжений.
Защита электроустановокот внутренних перенапряжений осуществляется с использованием различных средстви методов. Прежде всего стараются ограничить значение внутреннихперенапряжений. Это достигается следующим путями: внедрением устройств релейнойзащиты и автоматики, ограничивающих как значение, так и длительностьперенапряжений; установкой в выключателях резисторов, шунтирующих контакты, чтоприводит к ограничению внутренних перенапряжений при переходных процессах;схемными мероприятиями.
Для защитыэлектроустановок от внутренних перенапряжений при переходных процессахиспользуют также вентильные разрядники. Условия работы таких разрядников(коммутационных) существенно отличаются от условий работы грозозащитныхразрядников. Коммутационные разрядники должны длительно пропускать и затемобрывать токи при перенапряжениях установившегося режима. Грозозащитныеразрядники должны быть способны пропустить кратковременный большой импульсныйток и погасить дугу сопровождающего тока. Таким образом, требования ккоммутационным разрядникам в отношении их пропускной и дугогасящей способностивыше аналогичных требований к грозозащитным разрядникам.
Для защитыэлектроустановок от внутренних и грозовых перенапряжений разработаны и впоследнее время широко применяются нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН)на основе окиси цинка, имеющие лучшие характеристики, чем вентильныеразрядники. Использование ОПН в распределительных устройствах 110 – 750 кВэлектростанций и подстанций позволяет существенно сократить площади ОРУ до 15%. Ограничители перенапряжений находят широкое применение в электрических сетяхболее низкого напряжения, в том числе в сетях собственных нужд электростанцийдля защиты электродвигателей от перенапряжений.
5.1.5 Заземляющиеустройства
Заземляющие устройствапредставляют собой электротехнические устройства, предназначенные для созданиянадежных и обладающих небольшим сопротивлением заземлений определенных частейэлектрических машин, электрических аппаратов, токопроводов и молниеотводов сцелью обеспечения принятых режимов работы электроустановок, защиты их персоналаот поражения электрическим током, выполнения грозозащиты и зашиты отперенапряжений. Различают грозозащитное, защитное и рабочее заземление.
Грозозащитное необходимодля обеспечения эффективной защиты электроустановок от грозовых перенапряжений.К грозозащитному заземлению относятся заземления стержневых и тросовыхмолниеотводов, металлических крыш зданий и сооружений, металлических ижелезобетонных опор электрических линий и порталов распределительных устройств,заземления искровых промежутков и разрядников.
Защитное заземлениенеобходимо для обеспечения безопасности персонала при обслуживанииэлектроустановки. К защитному заземлению относятся заземления внешнихметаллических частей электрических машин, трансформаторов, электрическихаппаратов и токопроводов, в нормальном режиме не находящихся под напряжением.При эксплуатации к этим частям могут прикасаться люди, несмотря на то, что привозможном пробое изоляции на них может появиться напряжение. К защитному заземлениюотносится также заземление в одной точке вторичных цепей трансформаторов тока инапряжения.
Рабочее заземлениенеобходимо для обеспечения нормальной работы электроустановки, ее частей и сетив соответствии с принятым для них режимом функционирования. К рабочемузаземлению относятся заземления нейтралей силовых трансформаторов, генераторов,реакторов поперечной компенсации на длинных электрических линиях, измерительныхтрансформаторов напряжения и т.п.
Обычно для выполнениявсех трех типов заземлений электроустановки используют одно заземляющееустройство. Оно состоит из заземлителя, непосредственно соприкасающегося сземлей, и системы проводников, соединяющих заземляемые элементы с заземлителем.
Различают естественные иискусственные заземлители. К естественным относятся: находящиеся в землеметаллические трубопроводы (кроме трубопроводов с горючими жидкостями),стальные и свинцовые оболочки кабелей, обсадные трубы артезианских скважин,металлические и железобетонные фундаменты зданий и сооружений и т.п.,используемые для отвода тока в землю. Искусственные представляют собойспециально зарытые в землю системы жестко связанных (электрически) вертикальныхи горизонтальных проводников, служащих для проведения тока в землю. Часто вэлектроустановках используются и те и другие заземлители, включенныепараллельно.
Искусственныезаземлители, как правило, выполняют контурными. Такие заземлители обязательныдля установок напряжением выше 1000 вольт и рекомендуются в электроустановкахнапряжением до 1000 вольт.
Контурные заземлителиимеют вертикальные стальные электроды длиной 2 – 20 метров, которыерасполагаются по периметру электроустановки или распределительного устройства(на территории, на расстоянии 3 метра от внешнего ограждения). Электродызаглубляют так, чтобы их верхний конец был ниже поверхности земли на 0,5-0,7метра. На этом же уровне к электродам сваркой присоединяют проводники,образующие металлическую сетку с шагом не более 6 метров из круглых илипрямоугольных стальных проводников. Такая сетка предназначена для выравниванияпотенциала на поверхности земли в пределах контурного заземлителя. ПУЭрегламентируют наименьшие размеры стальных заземлителей и заземляющихпроводников, проложенных в земле, в зданиях и наружных установках. Так, припрокладке в земле круглые проводники должны иметь диаметр не менее 6 мм,проводники прямоугольного сечения – сечение не менее 48 мм2 итолщину не менее 4 мм.
Основное требование кзаземлителю сводится к тому, чтобы он при умеренной стоимости обладал повозможности более низким сопротивлением растеканию тока в земле. Чем нижесопротивление заземлителя RЗ, тем эффективнееон выполняет свои функции рабочего, защитного и грозозащитного заземлений.
Согласно ПУЭсопротивление заземляющих устройств, Ом, должно быть:
1. в электроустановкахнапряжением выше 1000 вольт сетей с эффективным заземлением нейтрали — />;
2. вэлектроустановках напряжением выше 1000 вольт сетей с незаземленной нейтралью — />;
RЗ ≤ 10 Ом; IЗ – ток замыкания на землю, А.
3. если заземляющееустройство одновременно используется также для установок до 1000 вольт, то — />;
В настоящее время, всвязи с выявившейся трудностью создания заземляющих устройств, нормированных подопустимому сопротивлению
заземления, существуютпредложения по изменению оценки качества заземляющих устройств. Предлагается ихнормировать по физически более ясному, с точки зрения безопасности людей,критерию – допустимому напряжению прикосновения или предельно допустимомунефибрилляционному току.
5.2 Расчетмолниезащиты подстанции
При проектировании подстанции системы электроснабжениянеобходимо учитывать и предотвращать возможность их поражения ударами молнии.Особенно это относится к открытым электроустановкам. Прямое попадание молнии впроводник или электрооборудование установки приводит к их электродинамическомуразрушению. Во избежание такой опасности установки электроснабжения снабжаютмолниеотводами.
Для защиты проектируемойподстанции от ударов молнии выбираем тип защиты со стержневым молниеотводом.Подходящую воздушную линию предполагаем защитить тросовым молниеотводом по всейдлине.
Тип зоны защиты прииспользовании стержневых молниеотводов – зона Б. Категория молниезащиты – II.Исходные данные:
высота защищаемогообъекта hx = 6 м;
размеры объекта aґb = 48ґ50 м;
ток молнии Iм =150 кА;
электрическая прочностьвоздуха Eв = 500 кВ/м;
электрическая прочностьземли Eз = 300 кВ/м.
1.Среднегодовое числоударов молний на 1км2 поверхности земли для нашего района присреднегодовой продолжительности гроз 40-60 часов n=6:
/> (5.1)
Ожидаемое число поражениймолнией в год зданий и сооружений, не оборудованых молнезащитой.
/>;
2.Амплитудное импульсноенапряжение на молниеотводе, вершина которого расположена на высоте hx:
/> кВ (5.2)
гдеRи = 10 Ом— импульсное сопротивление заземлителя.
3. Расстояние по воздухудолжно быть не менее:
/> м. (5.3)
4. Расстояние в земле
/> м. (5.4)
При таких значенияхрасстояний не произойдёт пробоя между молниеотводами и защищаемым сооружением.
5. Защиту выполнимдвумя отдельно стоящими металлическими молниеотводами стержневого типа высотой h1 = 26,1 м; h2 = 27,2 м;
Определим параметры зонызащиты, учитывая, что L >h, гдеL = a+2·Sз = 40+2·5 = 50 расстояние между опорами молниеотводов, м;
6. Высота, на которой находится вершинакругового конуса:
h0.1 = 0,85∙h1 = 0,85∙26,1 = 22,185 м (5.5)
h0.2 = 0,85∙h2 = 0,85∙27,2 = 23,12 м (5.6)
Радиус круга зоны защитына уровне земли:
r0.1 = (1,1 – 0,002∙h1)∙h1 = (1,1 – 0,002∙26,1)∙26,1= 27,34 м (5.7)
r0.2 = (1,1 – 0,002∙h2)∙h2 = (1,1 – 0,002∙27,2)∙27,2= 28,44 м (5.8)
Зона защиты в серединепролета между молниеотводами:/> (5.9)
Радиус круга зоны защитына уровне hX = 6 м:
/> м (5.10)
/>м (5.11)
/>
7. Определим параметрызащитной зоны в точке L/2 (посередине между молниеотводами).
Высота:
/> м (5.12)
/> м (5.13)
/> м (5.14)
Внутренняя область защитына высоте hx:
/> м (5.15)
8. Кроме выбора иустановки молниеотводов предусматриваем по четыре вертикальных электрода,соединённых между собой стальной полосой. Для защиты объекта от вторичныхпроявлений молнии, электромагнитной и электростатической индукции, и заносавысоких потенциалов в сооружения предусматриваем следующие мероприятия:
а) для защиты отпотенциалов, возникающих в результате электростатической индукции, надёжнозаземляем все проводящие элементы объекта, а также оборудование и коммуникациивнутри объекта;
б) для защиты отискрения, вызываемого электромагнитной индукцией, все параллельно расположенныеметаллические коммуникации соединяем металлическими перемычками;
в) для защиты объекта отзаноса высоких потенциалов присоединяем все металлические коммуникации иоболочки кабелей (в месте ввода их в помещение) к заземлителю защиты отвторичных воздействий молнии.
5.3 Расчет заземленияподстанции
В соответствии с ПУЭзаземления должны применяться при напряжении 380 В и выше переменного тока и440 В и выше постоянного тока во всех случаях, а в помещениях с повышеннойопасностью, особо опасных и в наружных электроустановках — при номинальныхнапряжениях выше 42 В переменного тока и 110 В постоянного тока.
Согласно ПУЭсопротивление заземляющих устройств, Ом, должно быть:
4. вэлектроустановках напряжением выше 1000 вольт сетей с эффективным заземлениемнейтрали — />;
5. вэлектроустановках напряжением выше 1000 вольт сетей с незаземленной нейтралью — />; RЗ≤ 10 Ом; IЗ – ток замыкания на землю, А.
6. если заземляющееустройство одновременно используется также для установок до 1000 вольт, то — />;
Заземлению подлежат всечасти электрооборудования, нормально не находящиеся под напряжением, но могущиеоказаться под опасным для жизни напряжением в результате повреждения изоляции.
На современныхподстанциях в качестве заземлителей применяются трубы длиной 2–3 м и диаметром25–50 мм, а также угловая сталь 50ґ50 или 63ґ63 мм. Электроды заглубляют на 0,5–0,7 м от поверхности землии соединяют между собой стальной полосой толщиной не менее 4 мм или круглойсталью диаметром не менее 10 мм, приваренной к верхним концам электродов.
Внутри распределительногоустройства прокладывают заземляющие шины, присоединяемые не менее чем в двухместах к заземляющему контуру. В качестве заземляющих проводников могут бытьтакже использованы нулевые проводники питающей сети. К основным заземляющим проводамприсоединяют подлежащие заземлению предметы.
В цепях заземляющихпроводов не должно быть разъединяющих приспособлений и предохранителей.
Каждый заземляемыйпредмет должен быть присоединён к заземляющей сети посредством отдельногоответвления. Последовательное соединение заземляемых предметов не допускаетсяввиду того, что при отключении от заземляющей сети одного из предметов лишаютсязаземления все остальные.
Расчёт заземлениясводится главным образом к расчёту собственно заземлителя, так как заземляющиепроводники в большинстве случаев принимаются по условиям механической прочностии устойчивости к коррозии.
Площадь, занимаемаяподстанцией, составляет 48м/>50м.Район относится ко 2й климатической зоне.
Согласно ПУЭсопротивление заземляющего устройства для установок 35 кВ не должно быть выше10 Ом.
Таким образом, в качестверасчетного принимается RЗ=10 Ом.
Искусственныйзаземлитель отсутствует.
1. Определяемудельное сопротивление грунта для вертикальных и горизонтальных заземлителей:
rрв = kс·r = 2·100 = 200 Ом·м (5.14)
rрг = kс·r = 6·100 = 600 Ом·м (5.15)
гдеkс —коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта;
r = 100 Ом·м — удельное сопротивление грунта (суглинок) в местесооружения заземлителя.
2. Глубина заложениязаземлителей:
/> м (5.16)
гдеt0=0,5–0,7 — глубина заложения верхнего конца заземлителя, м.
3. Определяемсопротивление растеканию одного вертикального электрода — уголка №50 длиной 3 м:
/>
/> Ом (5.17)
гдеrрв — расчётное удельное сопротивлениегрунта, Ом·м;
lв — длина электрода, м; b — ширинаполки уголка, м; t — глубина заложения, м.
4. Примерное числовертикальных заземлителей
/>(5.18)
гдеkи.в— коэффициент использования вертикальных заземлителей.
5. Определим длинугоризонтального заземлителя:
lг = 1,05·nв·a = 1,05 · 9 · 6 = 56,7 м (5.19)
6. Сопротивлениерастеканию горизонтальных электродов — полос 40ґ4 мм2, приваренных к верхним концам уголков:
/> Ом (5.20)
7. Уточнённоесопротивление вертикальных электродов:
/> Ом (5.21)
8. Уточнённое числовертикальных электродов:
/>(5.22)
Окончательно принимаем 8уголков.
Дополнительно к контуруна территории подстанции устраивается сетка из продольных полос, расположенныхна расстоянии 0,8-1 м от оборудования с поперечными связями через каждые 4 м.Дополнительно для выравнивания потенциалов у входов и въездов, а также по краямконтура прокладываются углубленные полосы. Эти неучтенные горизонтальныеэлектроды уменьшают общее сопротивление заземления, проводимость их идет взапас надежности.
6.Гражданскаяоборона
6.1 Законодательные инормативно-правовые акты в области ГО
Федеральный законРоссийской Федерации от 21.12.1994г. № 68-ФЗ «О защите населения итерриторий от ЧС природного и техногенного характера» (в ред. 18.12.06.)
Федеральный законРоссийской Федерации от 12.02.1998 г. №28-ФЗ «О гражданской обороне»(в ред. 19.06.07.)
Федеральный законРоссийской Федерации от 21.12.1994 г. № 69-ФЗ «О пожарной безопасности»(в ред. 18.12.06)
Федеральный законРоссийской Федерации от21.06.1997г. № 116-ФЗ «О промышленной безопасностиопасных производственных объектов» (в ред.18.12.06)
ПостановлениеПравительства Российской Федерации от 4.09.2003г. №547 «О подготовкенаселения в области защиты от чрезвычайных ситуаций природного и техногенногохарактера» (в ред. 01.02.05)
ПостановлениеПравительства Российской Федерации от 30.12.2003 г. № 794 «О единойгосударственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций»(в ред. 03.10.06)
ПостановлениеПравительства РФ от 2.11.2000г. № 841 «Об утверждении Положения оборганизации обучения населения в области ГО» с изменениями, внесеннымиПостановлениями Правительства РФ от 15.08.2006г. № 501 и от 22.10.2008г. №770 «Овнесении изменений в Положение об организации обучения населения в области ГО,утвержденное Постановлением Правительства РФ от 2.11.2000г. №841»
6.2Организация и проведениеаварийно-спасательныхи другихнеотложных работ (АСДНР)
Согласно Положению о гражданскихорганизациях гражданской обороны (постановление Правительства РФ от 10.16.99 г.№ 620) формирования ГО (в дальнейшем — формирования) на предприятииТАТнефтьЭнергосервис создаются для проведения аварийно-спасательных и другихнеотложных работ и первоочередного жизнеобеспечения работающему персоналу,пострадавшему при ведении военных действий или вследствие этих действий, атакже для участия в борьбе с пожарами, в обнаружении и обозначении районов,подвергшихся радиоактивному, химическому, биологическому и иному заражению,обеззараживанию населения, техники, зданий и территорий, срочном восстановлениифункционирования необходимых коммунальных служб и других объектовжизнеобеспечения.
Аварийно-спасательные и другиенеотложные работы (АСДНР) в очагах ядерного, химического и биологическогопоражения будут проводиться в сложной обстановке, в условиях полных и сильныхразрушений, сплошных завалов, пожаров, заражения атмосферы и местности ивозможного затопления.
АСДНР проводятся с целью: спасениялюдей и оказания помощи пораженным, локализации аварий и устранения повреждений,препятствующих проведению спасательных работ, создания условий для проведениявосстановительных работ. Для организации более эффективного управленияпроведением АСДНР с учетом их характера и объема, рационального использованияимеющихся сил и средств на территории объекта определяются места работ,учитывая особенности территории объекта, характер планировки и застройки,расположение защитных сооружений и технологических коммуникаций, а такжетранспортных магистралей. Аварийно-спасательные и другие неотложные работыимеют различное содержание, но проводятся, как правило, одновременно.
Содержание спасательных работ:ведение разведки маршрутов выдвижения формирований и участков (объектов) работ;локализация и тушение пожаров на участках (объектах)проведения работ и на путях выхода к ним; розыск пораженных и извлечение их иззавалов, поврежденных и горящих зданий, загазованных и задымленных помещений;вскрытие разрушенных, поврежденных, заваленных защитных сооружений и спасениенаходящихся в них людей, а также подача воздуха в заваленные защитныесооружения, оказание первой медицинской и первой врачебной помощи пораженнымлюдям и эвакуация их в лечебные учреждения; вывод населения из опасных мест(сильно зараженных и затапливаемых районов) в безопасные (менее зараженные) илине зараженные районы; санитарная обработка людей и обеззараживание их одежды,территории, сооружений и техники.
Содержание аварийно-спасательных идругих неотложных работ: прокладка колонных путей и устройство проездов взавалах и на зараженных участках; локализация аварий на газовых, энергетическихи других сетях; укрепление или обрушение конструкций зданий и сооружений,угрожающих обвалом, препятствующих безопасному движению и проведениюспасательных работ; восстановление и ремонт поврежденных защитных сооруженийдля защиты людей от возможных повторных ядерных ударов противника.
АСДНР организуют в минимальнокороткие сроки и проводят непрерывно днем и ночью, в любую погоду, до полногоих завершения. Это требует от начальника ГО, штаба, служб и формированийвысокой организованности, а от личного состава высокой морально — психологической стойкости, физической выносливости и мобилизации всех сил.
Успешное проведениеаварийно-спасательных и других неотложных работ достигается: своевременной организациейи непрерывным ведением разведки; созданием группировки сил и средств, быстрымих выдвижением на участок (объект) работ; морально-психологической иполитической подготовкой личного состава органов управления и формирований;активным участием населения в проведении спасательных работ и умением оказыватьпервую медицинскую помощь пораженным; умелым руководством со стороныначальников штабов и служб ГО деятельностью подчиненных при организации и проведении АСДНР; организацией и поддержанием непрерывноговзаимодействия органов управления, формирований и других сил и средств,привлекаемых к аварийно-спасательным и другим неотложным работам.
Группировка сил и средств ГО дляорганизованного проведения АСДНР создается в мирное время решением начальникаГО района. Состав и построение группировки уточняются при угрозе нападенияпротивника, а также после нанесения ядерных ударов в соответствии сосложившейся обстановкой, наличием и состоянием сохранившихся сил и средств иобъемом работ в очагах поражения.
В группировку сил включаютсяобъектовые и территориальные формирования городских и сельских районов, а такжевоинские части ГО. Она может состоять из формирований первого эшелона, второгоэшелона и резерва. Формирования, входящие в состав эшелонов, распределяются посменам с соблюдением целостности их организационной структуры ипроизводственного принципа. Состав эшелонов; количество и состав сменопределяются исходя из конкретной обстановки сложившейся в очагах поражения, атакже наличия сил и средств.
В период приведения ГО в готовностьначальник, штаб и службы ГС объекта проводят мероприятия, предусмотренныепланом. По распоряжению старшего начальника ГО организуют вывод формирования взагородную зону, в заранее установленные районы расположения. В загородной зонеформирования располагаются в населенных пунктах или на местности, имеющейестественные укрытия. В районе расположения сохраняются организационнаяструктура и целостность формирований; обеспечиваются надежная защита личногосостава и техники от воздействия оружия массового поражения, удобстворазмещения и отдыха благоприятные санитарно-эпидемические условия. Создаютсяусловия для быстрого сбора формирований, подготавливаются пути для выдвиженияформирований к объектам работ. В районе расположения организуется наблюдение зазараженностью внешней среды и всестороннее обеспечение.
Штаб и службы ГО объектаорганизуют управление подчиненными и взаимодействующими формированиями,анализируют полученные и поступающие данные об обстановке, производят расчетывозможного объема спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ иопределяют необходимое количество сил и средств для их выполнения. Своевременнодоводят все распоряжения и задачи до формирований, оказывают необходимую помощьи осуществляют контроль за их выполнением. Информируют вышестоящий штаб осоздавшейся обстановке и ее изменениях, а также действиях сил и средствобъекта. Начальник ГО и командиры формирований перед началом спасательных работустанавливают наиболее целесообразные приемы и способы выполнения работ,определяют порядок использования машин и механизмов, а также других средствмеханизации и места их развертывания. В ходе проведения спасательных работкомандиры формирований ведут разведку участков (объектов) работ, уточняют объемработ и последовательность их проведения, приемы и способы спасения людей иззавалов и горящих зданий, защитных сооружений, способы локализации пожаров,порядок использования техники.
Устройство проездов и проходов итушение пожаров. В первую очередь проводятся работы по устройству проездов ипроходов к защитным сооружениям, поврежденным и разрушенным зданиям исооружениям, где могут находиться пораженные люди, а также в местах аварий,препятствующих или затрудняющих проведение АСДНР.
Для устройства проездов (проходов)используются формирования механизации. Если завал местный, незначительный,проезд (проход) в нем проделывается путем расчистки проезжей части от обломков,а при сплошных завалах высотой более 1 м — проезд прокладывается по завалу. Дляодностороннего движения проезд устраивается шириной 3-3,5 м, для двухстороннего- 6-6,5 м. При одностороннем движении через каждые 150- 200 м делаются разъездыпротяженностью 15-20 м. Работы по прокладке проездов и проходов обычно выполняютсябульдозерно – экскаваторными и краново-погрузочными звеньями. Крупноразмерныеэлементы удаляются, поверхность завалов разравнивается и уплотняется.Противопожарные формирования приступают к локализации и тушению пожаров. Научастках (объектах) работ локализуют и тушат пожары основные силыпротивопожарной службы. Противопожарные формирования к участкам (объектам)работ выдвигаются одновременно с бульдозерно — экскаваторными звеньями и впервую очередь тушат и локализуют пожары там, где находятся люди (у входов взащитные сооружения, на направлениях ввода и работы формирований, на путяхэвакуации пораженных людей). При необходимости часть пожарных машин можетиспользоваться для перекачки воды из удаленных источников.
Спасение людей из разрушенных изаваленных убежищ. Поиск и спасение людей начинается сразу после вводаформирований на участок (объект) работ. Личный состав формирований разыскиваети спасает пораженных людей, разбирает завалы вручную с помощью средств малоймеханизации, а санитарные дружины оказывают пораженным людям первую медицинскуюпомощь. Подготавливаются места для установки привлекаемой техники (автокранов,экскаваторов, компрессорных станций и другой специальной техники). Командирыформирований руководят спасательными работами, ставят дополнительные задачиподчиненным и приданым формированиям. Информируют начальника ГО объекта о ходепроведения работ.
Для установления связи сукрывающимися в убежищах используются сохранившиеся средства связи,воздухозаборные отверстия (переговариваются через них); перестукиваются черездвери, стены, трубы водоснабжения и отопления.
Убедившись в том, что в убежищенаходятся люди, а входы, выходы и оголовки убежища завалены, принимаетсярешение о спасении людей. В первую очередь в убежище подается воздух. Дляподачи воздуха в убежище расчищают воздухозаборные каналы или проделываютотверстия в стене или перекрытии и подают воздух компрессорами.
Для спасения людей из заваленныхубежищ и укрытий последние необходимо вскрывать. Способы вскрытий определяеткомандир формирования, в зависимости от типа и конструкции убежища, а такжехарактера завала над ним. Способы вскрытия убежищ и укрытий: разборка заваланад основным входом с последующим открыванием двери или вырезкой в нейотверстия откопка оголовка или люка аварийного выхода, устройство проемов встенах убежищ из подземной галереи; разборка завала у наружной стены здания споследующей откопкой приямка в грунте и пробивкой проема в стене убежища,пробивка проема в стене убежища из соседнего примыкающего к нему помещения,разборка завала над перекрытием убежища с последующей пробивкой в нем проемадля вывода людей. Убежище может вскрываться несколькими способами. Главное — спасти людей в минимально короткое время имеющимися силами и средствами.
Для обеспечения успешного проведенияработ по вскрытию заваленного защитного сооружения необходимо проделать проходыв завалах к основным входам или люкам (оголовкам) аварийных выходов, разобратьнад ними завалы, сделать проходы к ограждающим конструкциям убежищ, отрытьприямки, пробить проемы (отверстия) в стенах и перекрытиях.
В тех случаях, когда убежище не имеетаварийного выхода, а приямок сильно и высоко завален, вскрывать убежищерекомендуется через перекрытие и в местах, где завал имеет наименьшую высоту.Для этого необходимо разобрать завал у стены, после чего отрыть приямок вгрунте, пробить проем в стене и через проем вывести людей из убежища. Привскрытии защитных сооружений рекомендуется широко использовать машины иразличные механизмы. Так, при пробивке проемов в стенах защитных сооружений используютсямеханические, пневматические, электрические или ручные инструменты. Личныйсостав, работающий на откапывании и вскрытии защитных сооружений, вооружаетсяэлектро- и газосварочными аппаратами, керосинорезами, огнетушителями и другиминструментом. В том случае, когда не будет машин или доступ их к защитнымсооружениям затруднен, заваленные защитныесооружения откапываются и вскрываются вручную.
Обследовать необходимо весь участок(объект) работ. Очень важно установить связь с людьми путем переговоров илиперестукиванием и выяснить их количество и состояние.
В поврежденных зданиях поиск людейследует начинать с осмотра здания, оценки его состояния, обращая внимание нанаружные стены, балконы, карнизы, лестничные клетки и площадки. Многоэтажныездания необходимо начинать осматривать с нижних этажей: осмотреть внутренниестены, столбы, перегородки, определить местонахождение людей и возможныеспособы их эвакуации из здания. Принять необходимые меры для укрепленияповрежденных конструкций.
Большую опасность для людейпредставляют горящие здания. Их следует обследовать быстро с соблюдением мербезопасности. Двери в задымленные помещения открывать осторожно, через сильнозадымленное здание продвигаться ползком, использовать изолирующий илифильтрующий противогаз с дополнительным патроном Людей рекомендуетсяразыскивать путем оклика. Места нахождения людей обозначать специальными илиизготовленными из подручных материалов знаками.
Перед началом работ по извлечениюпораженных людей из-под завалов необходимо осмотреть завал, выбрать к немуподход, устранить возможные обрушения отдельных конструкций зданий, а такжепотушить тлеющие и горящие обломки разрушенных зданий, так как при горениивыделяется окись углерода, что может привести к отравлению людей. Способы извлечениялюдей из-под завалов определяет командир формирования в зависимости от высоты исостояния завалов, наименьшей трудности и безопасности при его разборке, атакже места нахождения и состояния людей в завале. Для извлечения людей из-подзавалов могут применяться такие способы, как разборка завала сверху, устройствопроходов (галерей), проделывание проемов в стене.
Людей, находящихся в верхних слояхзавала, спасают разборкой завала сверху.
Разборку проводят осторожно и так,чтобы не было осадок и перемещения обрушенных элементов конструкций. Людейосвобождают от обломков, мусора, других деталей зданий, не причиняя имдополнительных повреждений. В первую очередь освобождают голову, грудь, плечи,ноги, оказывают первую медицинскую помощь и выносят (выводят) из опасной зоны.
Если люди находятся под заваламиоколо или внутри здания, то проделывают к ним проходы. Проходы устраивают впервую очередь у одной из боковых стен и там, где есть пустоты междуобрушившимися элементами зданий. В начале проход делают небольшим, а потом егорасширяют до размеров, необходимых для освобождения пострадавших людей.Устройство проходов между крупными глыбами опасно и возможно в том случае,когда глыбы держатся прочно, не проваливаются и не опрокидываются. Проход навсем пути укрепляется стойками и распорками. Вынос пораженных людей черезустроенный проход может осуществляться различными способами: на руках, плащах,брезенте, пленке, одеяле, волоком и другими способами. Людям оказывается перваямедицинская помощь, и они сосредоточиваются в безопасных районах.
Для извлечения людей, находящихся впристенных пространствах разрушенных зданий, целесообразно проводитьпроделывание проема в стене здания. Вначале расчищают завал у наружной стены, апри необходимости и отрывают приямок в грунте. После этого в стене пробиваютпроем размером 0,8 х 0,8м и через этот проделанный проем выносят (выводят)людей, оказывают им первую медицинскую помощь и направляют в безопасную зону.
Для этого привлекаются формированияводопроводно-канализационных сетей, аварийно-газо-технические,аварийно-технические по электросетям. В состав формирований входят звенья поводопроводным, канализационным, тепловым, электрическим, газовым,сантехническим сетям. Они привлекаются к аварийным работам в соответствии с ихпредназначением. При ликвидации аварий на коммунально-энергетических сетях могутиспользоваться для выполнения подсобных работ формирования общего назначения.
Неотложные аварийно-восстановительныеработы в первую очередь проводятся в местах аварий, препятствующих проведениюспасательных работ и угрожающих жизни людей (затопление, загазованность,возникновение пожаров). Успешному проведению неотложныхаварийно-восстановительных работ будет способствовать заблаговременноесоставление плана объекта, на котором указываются места нахождениякоммунально-энергетических сетей и направления движения воды, газа испециальных продуктов, по трубопроводам, места расположения смотровых колодцеви камер с регулировочной аппаратурой, а также не заваливаемые ориентиры, к которымпривязываются колодцы, насосные станции, скважины и другие важные элементыкоммунально-энергетических сетей.
Основной способ локализации аварий иповреждений на коммунально-энергетических и технологических сетях — отключениеразрушенных участков и стояков в зданиях. С этой целью используются задвижки всохранившихся смотровых колодцах и запорные вентили в подвалах. На объект водаподается из городской магистрали или глубоких скважин повысительной насоснойстанции (водонапорной башни), создаваемой на объекте. Водопроводные трубы, какправило, заглубляются в грунт на 1,7-2,5 м (ниже глубины промерзания). Дляудобства их эксплуатации и обслуживания на линии через каждые 50- 100 мустраиваются смотровые колодцы, в которых размещаются регулировочная арматура ипожарные гидранты. Повреждения и аварии в сети водоснабжения могут привести кзатоплению подвальных помещений, используемых как убежища, противорадиационныеукрытия, склады, помещения для размещения различного технического оборудования,а также затруднить или сделать невозможным тушение пожаров. Особенно большаяопасность может возникнуть при сохранении напора воды в водопроводной сети.
На объектах, где сохраниласьводопроводная сеть, разбирают завалы под колодцами, в которых установленыпожарные гидранты, с тем чтобы получать воду для тушения пожаров. Длявосстановления водоснабжения объекта в первую очередь используются запасные иводонапорные резервуары.
Аварии на электросетях устраняютсятолько после их обесточивания. Для этого отключается распределительная сетьэлектроснабжения или ее отдельные участки. Распределительные пунктыустраиваются обычно в каждом здании и предназначаются для отключения отдельныхпотребителей или участков сети. Выключаются рубильники на вводах в здания,разъединяются предохранители, перерезаются провода подводящей сети. При первойвозможности поврежденные провода изолируются, убираются с земли и подвешиваютсяк временным опорам. На воздушных электролиниях заземление производится с обеихсторон от места работ на ближайших опорах, в подземных кабелях — с обеих сторонот места разрушения кабеля на ближайших трансформаторных пунктах и с помощьюпереносного заземления. Такие работы предупредят возникновение пожаров,исключат поражение людей током и создадут благоприятные условия длявосстановительных работ.
Восстановление поврежденных отдельныхучастков воздушных линий производится путем соединения проводов или прокладкиновых линий. Поврежденные участки кабельных линий соединяются временнойвоздушной линией или прокладкой соединительного кабеля на поверхности земли.
Укрепление или обрушение конструкцийзданий и сооружений, угрожающих обвалом. Во время проведения АСДНР необходимоисключить возможную опасность обрушения поврежденных конструкций зданий исооружений на проезжую часть улиц или на вскрываемые защитные сооружения. Сэтой целью здания и сооружения, грозящие обвалом, обрушают или временноукрепляют. Обрушают неустойчивые угрожающие обвалом части здания с помощьюлебедки и троса или трактором. Длина троса должна быть не менее двух высотобрушиваемой конструкции, на которой его закрепляют. По команде командираформирования натягивают трос лебедкой и обрушивают конструкцию. Обрушиватьнеустойчивые конструкции зданий возможно также подрывным способом.
Стены высотой до 6 м крепятсяустановкой простых деревянных или металлических подкосов под углом 45- 60° кгоризонту. Стены здания высотой 6-9 мукрепляются двойными подкосами, которые устанавливают в каждом простенкездания. Для крепления могут использоваться металлические и деревянные балки,брусья, доски, бревна (элементы разрушенных зданий и конструкций).
Для проведения спасательных работ впервую очередь привлекаются: санитарные дружины, сводные отряды (команды,группы), команды (группы) обеззараживания, формирования механизации. Припостановке задач указываются:
— санитарным дружинам и спасательнымформированиям — участки и места работ; выделяемый транспорт; порядок оказанияпервой медицинской помощи, выноса и погрузки пораженных на транспорт, эвакуацииих из очага химического поражения;
— сводным отрядам (командам) иформированиям ПР и ПХЗ — средства усиления, участки спасательных работ и местаустранения аварий на коммуникациях с АХОВ, дегазации местности и сооружений;
— командам (группам)обеззараживания-средства усиления, участки местности и объекты, подлежащиедегазации; порядок и способы дегазации; пункты приготовления дегазирующихрастворов и зарядки машин; время начала и окончания работ;
— формированиям механизации — участки(места) устройства заградительных валов, канав, ограничивающих растекание АХОВ,время начала и конца работ.
Помимо этого, всем формированиямуказываются: места забора воды для санитарно-технических нужд, пунктыспециальной обработки; пункт сбора и порядок действий после выполнения задачи.
Командиры формирований послеполучения задачи на проведение спасательных работ в очаге химического пораженияставят задачи командирам подразделений и вводят с учетом обстановкиформирования в очаг поражения.