Электроснабжение предприятий добычи и переработки нефти и газа

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
ПРЕДПРИЯТИЙ 
ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ
НЕФТИ И ГАЗА
Ю.Д. Сибикин
Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебника для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 
21.03.01 «Нефтегазовое дело» (протокол № 12 от 24.06.2019)
УЧЕБНИК
Москва                                        2023
ИНФРА-М

УДК 621.31(075.8)
ББК 31.29-5я73
 
С34
Сибикин Ю.Д.
С34 
 
Электроснабжение предприятий добычи и переработки нефти 
и газа : учебник / Ю.Д. Сибикин.— Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 
2023. — 352 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).
ISBN 978-5-00091-715-2 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-015582-1 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-109043-5 (ИНФРА-М, online)
Приведены сведения о системах электроснабжения предприятий добычи и переработки нефти и газа, даны рекомендации по выбору их параметров. Описано электрооборудование электростанций, подстанций и установок нефтяной и газовой промышленности. Рассмотрены конструкции 
распределительных устройств, релейной защиты и автоматики. Освещены 
вопросы электробезопасности и охраны окружающей среды.
Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 21.03.01 
«Нефтегазовое дело».
УДК 621.31(075.8)
ББК 31.29-5я73
Р е ц е н з е н т ы:
Черненко А.Н. — доктор технических наук, профессор, старший 
преподаватель Российского Нового Технического Университета; 
Гулимов А.С. — главный энергетик ОАО «КОМиНАС»
ISBN 978-5-00091-715-2 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-015582-1 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-109043-5 (ИНФРА-М, online)
© Сибикин Ю.Д., 2020
© ФОРУМ, 2020

Предисловие
Нефть (греческое naphtha или турецкое neft, от персидского
нефт — вспыхивать, воспламеняться) — горючая маслянистая жид
кость краснокоричневого, иногда почти черного цвета, хотя иногда
встречается и слабо окрашенная в желтозеленый цвет и даже бес
цветная нефть, имеет специфический запах, распространена в осадоч
ной оболочке Земли; одно из наиважнейших полезных ископаемых.
Нефть образуется вместе с газообразными углеводородами обыч
но на глубине более 1,2—2 км; залегает на глубинах от десятков мет
ров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше 4,5—5 км преобладают га
зовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством
легких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается
на глубине 1—3 км.
По химической природе и происхождению нефть близка к естест
венным горючим газам, озокериту, а также асфальту. Иногда все эти
горючие ископаемые объединяют под общим названием петролитов и
относят к еще более обширной группе так называемых каустобиоли
тов — горючих минералов биогенного происхождения, которые
включают также ископаемые твердые топлива — торф, бурые и ка
менные угли, антрацит, сланцы.
По различиям состава и физических свойств нефти подразделя
ются на ряд типов. Их типизация проводится по групповому углево
дородному составу, фракционному составу, содержанию серы и дру
гих неуглеводородных компонентов, асфальтенов и смол.
Россия располагает значительными ресурсами и запасами углево
дородов и является самым крупным производителем и экспортером
нефти и газа как по физическим объемам и энергетической ценности,
так и в денежном выражении. Направления и приоритеты развития
нефтегазового комплекса выступают в качестве механизмов экономи
ческой политики и энергетической дипломатии страны.
Исходя из устойчивых геополитических и экономических интере
сов страны, региональных процессов в мировой экономике, тенден

ций в международной системе энергообеспечения Россия заинтере
сована в усилении национального суверенитета над ключевыми от
раслями экономики, прежде всего, нефтегазовым комплексом; в
диверсификации экспортных поставок, в том числе за счет переори
ентации части потоков нефти и газа с «перегретого», в основном стаг
нирующего Европейского рынка на динамичные Тихоокеанские
рынки.
Развитие традиционных и новых центров нефтегазового ком
плекса в Сибири и на Дальнем Востоке, включая организацию глубо
кой переработки углеводородов и выход на Тихоокеанские рынки, в
первую очередь, рынки стран АТР, — важнейшая государственная за
дача, реализация которой будет способствовать технологическому
развитию экономики страны, повышению инвестиционной привле
кательности, улучшению уровня и качества жизни населения востока
России.
Современные нефтяные и газовые промыслы имеют большое и
сложное электрохозяйство. Глубиннонасосная добыча нефти и газа,
закачка воды в пласты для поддержания пластового давления, водо
снабжение, перекачка нефти и газа по внутрипромысловым трубо
проводам полностью электрифицированы. Около 60 % глубокого бу
рения осуществляется буровыми установками, имеющими электро
привод.
В нефтяной и газовой промышленности России происходит тех
ническое перевооружение на базе массового внедрения технологиче
ских блочнокомплектных установок заводского изготовления. К ним
относятся блочные кустовые насосные станции законтурного завод
нения (БКНС), блочные дожимные нефтяные насосные станции
(БДНС), блочные групповые трапные установки типа «Спутник»
(БГТУ) и многие другие установки.
Внедрение блочнокомплектных установок позволило значитель
но сократить сроки ввода в эксплуатацию технологических объектов
сбора, транспортировки и подготовки нефти, удешевить строительст
во и повысить уровень их эксплуатации. При этом обустройство
практически превращается в индустриальный монтаж крупноблоч
ных изделий заводского изготовления.
Заводами нефтяной и газовой промышленности налажен массо
вый выпуск БКНС, БДНС и БГТУ с учетом различных климатиче
ских условий. Номенклатура и число выпускаемых блочнокомплект
ных технологических установок удовлетворяют имеющийся на них
спрос.
Предисловие

В зависимости от технологических параметров процесса добычи
нефти расчетная электрическая мощность БКНС колеблется от 1500
до 14 000 кВт (большая расчетная мощность БКНС характерна для За
падной Сибири). Для электроснабжения БКНС широко применяются
комплектные распределительные устройства типа К37 на 6—10 кВ и
блочные комплектные подстанции типа КТПБ на 35/6—10 кВ.
Грамотная и экономичная эксплуатация такого хозяйства требует
от электротехнического персонала глубокого знания особенностей
электроснабжения и электрооборудования нефтяной и газовой про
мышленности, Правил технической эксплуатации электроустановок
потребителей и Правил безопасности при эксплуатации электроуста
новок потребителей. Поэтому подготовка квалифицированных техни
ковэлектриков для нефтепромысловых и буровых электроустановок
приобретает большое значение. Настоящий учебник поможет буду
щим специалистам научиться грамотно решать вопросы электро
снабжения и эксплуатации электрохозяйства нефтегазовых промыслов
и буровых установок.
Предисловие

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
§ 1.1. Электроэнергетика
нефтегазовой промышленности
В развитии производительных сил общества нефть и газ играют
значительную роль. Россия — старейший нефтяной район мира. Уве
личение добычи нефти приходится на последние 50 лет, когда полу
чили развитие такие нефтегазодобывающие центры страны, как Ура
лоПоволжье и Западная Сибирь.
Нефтяная и газовая промышленность России, являясь основны
ми производителями и поставщиками энергоресурсов, сами относят
ся к крупным потребителям электроэнергии. Электроэнергия стала
преобладающим видом энергии почти во всех основных производст
венных процессах нефтяной и газовой промышленности. Так, в зави
симости от условий в различных районах страны на добычу 1 т нефти
затрачивается от 4 до 100 кВт⋅ч электроэнергии.
Потребление электроэнергии предприятиями и установками
только нефтяной промышленности в 2012 г. достигло 42 млрд кВт⋅ч.
Энергоемкость отдельных технологических процессов (в %) оце
нивается так:
Добыча нефти ................................. 42,7
Транспорт нефти ............................ 40,2
Бурение глубокое ............................. 2,8
Прочие потребители ...................... 14,3
Для получения электроэнергии от источников электроснабжения
предприятия нефтяной и газовой промышленности в прошлом году

осуществляли эксплуатацию воздушных линий электропередачи
(ЛЭП) всех напряжений общей протяженностью 50 тыс. км, кабель
ных ЛЭП всех напряжений общей протяженностью 15 тыс. км,
20 тыс. подстанций общей мощностью 8 млн кВ⋅А. В нефтяной отрас
ли находится более 250 тыс. электродвигателей, из них свыше 6000 —
синхронных, 20 тыс. распределительных устройств, статических кон
денсаторов общей емкостью 800 тыс. квар.
Внедрение новых схем и нового электрооборудования в бурение
улучшило работу приводов буровых установок и повысило их произ
водительность. Растут напряжения сетей, питающих буровые установ
ки, и мощности установленных электродвигателей (1450—4000 кВт).
Совершенствуется электрооборудование установок насосной добычи
нефти. Возросли единичные мощности электродвигателей на нефте
газоперекачивающих станциях магистральных трубопроводов.
Укрупнение мощностей технологических установок в бурении,
добыче и транспорте нефти и газа определяет повышенные требова
ния к надежности электроснабжения.
Для обеспечения надежного электроснабжения объектов добычи
и транспорта нефти и газа на новых месторождениях приходится соз
давать мощные энергетические базы. Трудность создания таких баз
часто заключается в значительной удаленности промыслов от энерге
тических центров. Поэтому при проектировании электроснабжения
нефтяного и газового месторождений стремятся сразу разработать та
кую систему, которая в схемной, компоновочной и конструктивной
частях обеспечивала бы возможность роста потребления электро
энергии без коренной реконструкции всей системы электроснаб
жения.
Выбор схемы питания и распределения электрической энергии,
напряжения системы питающих и распределительных сетей, а также
числа, мощности, расположения и типов подстанций должен осуще
ствляться комплексно, по результатам техникоэкономического
сравнения рассматриваемых вариантов. Запроектированная система
электроснабжения должна обеспечивать в условиях послеаварийного
режима, путем соответствующих переключений, питание электро
энергией тех приемников электроэнергии, работа которых необходи
ма для продолжения производства.
При проектировании, как правило, предусматривают мероприя
тия, обеспечивающие возможность проведения электромонтажных
работ индустриальными методами с применением комплектных
крупноблочных узлов.
§ 1.1. Электроэнергетика нефтегазовой промышленности

§ 1.2. Источники электрической энергии
и ее распределение на предприятиях
нефтегазовой промышленности
Питание электрической энергией потребителей нефтегазовой
промышленности осуществляется от сетей энергосистем или от соб
ственных местных электрических станций.
Потребители с большой установленной мощностью электрифи
цированных механизмов, например, перекачивающие насосные стан
ции магистральных трубопроводов, комплекс установок нефтяных
промыслов, — как правило, питаются от энергосистем.
Энергетической системой называется совокупность электростан
ций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связан
ных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса
производства и распределения электрической и тепловой энергии.
Часть энергосистемы, содержащая только электрические устрой
ства — генераторы, распределительные устройства, трансформатор
ные подстанции, линии электрической сети и присоединенные к
энергосистеме приемники электроэнергии, — называется электриче
ской системой.
В состав электрических сетей, предназначенных для передачи
электроэнергии от места ее производства до мест потребления, входят
кабельные и воздушные линии различных напряжений, трансформа
торные и распределительные подстанции.
Районные сети, предназначенные для питания электроэнергией
больших районов, связывают электростанции электросистемы (ЭС)
между собой и с центрами нагрузок и имеют напряжение 110 кВ и
выше (рис. 1.1).
Местные сети предназначены для питания небольших районов с
радиусом действия до 15—20 км (например, промысловые) и напря
жением до 35 кВ включительно. Линии передачи напряжением 220—
1150 кВ, связывающие между собой электрические системы, принято
называть межсистемными связями.
Потребители электроэнергии нефтяной и газовой промышленно
сти подключаются на питание к районным или местным сетям элек
тросистемы.
Линии местных сетей присоединяются к распределительным
устройствам генераторного напряжения электростанций (6—10 кВ)
или к распределительным устройствам подстанций напряжением до

кВ, называемым центрами питания (ЦП). От ЦП электроэнер
гия подводится к распределительным пунктам (РП), от которых она
поступает к электроустановкам потребителей без изменения напря
жения или к трансформаторным подстанциям (ТП), понижающим
напряжение перед ее распределением между отдельными потреби
телями.
Линия передачи, по которой электроэнергия передается от ЦП к
РП или подстанции без распределения этой энергии по ее длине, на
зывается питающей, а линия передачи, на которой имеется несколько
мест отбора энергии по длине (несколько ТП или вводов к потребите
лям), — распределительной.
Сети напряжением до 1000 В, прокладываемые непосредственно
на территории (и в зданиях) потребителей, подразделяют на питаю
щие, отходящие от источника питания (подстанции) к групповому
распределительному пункту, и распределительные, непосредственно
питающие электроприемники.
Та часть электрической системы, которая распределяет подведен
ную от электростанций электрическую энергию внутри предприятия
и потребляет ее, т. е. преобразует электроэнергию в энергию других
видов (тепловую, механическую, световую, химическую) называется
системой электроснабжения (СЭС). Система электроснабжения
включает источники питания предприятия электроэнергией, его
электрические сети, аппаратуру управления и регулирования тока и
напряжения, приемники электроэнергии. Совокупность приемников
электроэнергии на производстве, объединенная общим технологиче
ским циклом, называется потребителем электроэнергии.
§ 1.2. Источники электрической энергии...
Рис. 1.1. Схема районной и местных электрических сетей
электрической системы

Источниками питания электрических систем служат электриче
ские станции, которые в зависимости от вида используемой энергии
природного источника делятся на тепловые, гидроэлектрические и
атомные.
Все электростанции укомплектованы генераторами, вырабаты
вающими электроэнергию на напряжении, которое называется гене
раторным.
Генераторное напряжение 6—20 кВ меньше напряжения линий
электрической сети, наиболее рационального для передачи электро
энергии на значительные расстояния. Поэтому для преобразования
генераторного напряжения 6—20 кВ в напряжение электропередачи
35—220 кВ на станции сооружаются повышающие подстанции, а на
вводах линий напряжением 35—220 кВ на предприятиях нефтяной и
газовой промышленности — понижающие подстанции для преобра
зования напряжения, подведенного от электрической системы, до 6—
10 кВ, на которое рассчитаны приемники. Поэтому к источникам пи
тания предприятий электроэнергией относят и трансформаторы, хотя
они не вырабатывают электроэнергию, а только преобразуют ее.
В начале XX в. электрификация осуществлялась от мелких ди
зельных и паровых электростанций. Затем появились центральные
электростанции (ЦЭС). В дальнейшем стали строить более крупные
городские районные тепловые электростанции (ГРЭС), постепенно
объединяемые в энергетические системы и энергообъединения, кото
рые и служат источниками электроэнергии для большинства пред
приятий.
Российская электроэнергетика — это 600 тепловых, 100 гидравли
ческих, 10 атомных электростанций. Их общая мощность составляет
216 млн кВт. В 2013 г. они выработали более триллиона кВт⋅ч элек
троэнергии и 790 млн Гкал теплоты. Общая длина линий электропе
редачи всех напряжений достигает 2,5 млн км. В электроэнергетиче
ской отрасли работают более миллиона человек.
§ 1.3. Типы электрических станций
Электрическая станция — это промышленное предприятие, вы
рабатывающее электроэнергию и обеспечивающее ее передачу потре
бителям по электрической сети. На электростанции происходит пре
образование энергии какоголибо природного источника в механиче
скую энергию вращения турбины и далее с помощью электрических