Введение к работе
Актуальность темы
Экспериментальные исследования, проведенные в электрических сетях электротехнического комплекса предприятий нефтедобычи, показали, что качество электрической энергии, в том числе провалы напряжения и их длительность, превышают допустимые значения и во многих случаях не удовлетворяют требованиям действующего ГОСТ Р 54149-2010 из-за значительной протяженности их распределительных электрических сетей 6-10 кВ и комплексного использования установок нефтедобычи, буровых установок (БУ) и установок поддержания пластового давления (УППД). Причиной возникновения провалов напряжения могут быть пусковые режимы главных приводов БУ и УППД, подключаемых в конце промысловых радиальных или радиально-магистральных линий электропередачи.
Отклонения от норм ГОСТ Р 54149-2010 допустимого уровня напряжения, а также перерывы в электроснабжении длительностью свыше 0,10 с. приводят к нарушению сложных технологических процессов, в том числе к отключению погружных электродвигателей (ПЭД) установок электроцентробежных насосов (УЭЦН), ложным срабатываниям системы электросетевой автоматики и защиты, отказам в электроснабжении потребителей первой категории, к значительному экономическому ущербу из-за возникновения потерь добычи нефти.
Вопросами компенсации провалов напряжения занимались такие известные ученые как Гамазин С.И., Кучумов Л.А., Каялов Г.М., Абрамович Б.Н., Иванов О.В., и другие. Однако для условий нефтедобывающего комплекса остается нерешенной задача обеспечения непрерывности работы чувствительных к провалам напряжения электроприемников, к которым в первую очередь относятся ПЭД УЭЦН. В этой связи возникает необходимость решения задачи компенсации провалов напряжения путем разработки структуры системы компенсации провалов напряжения, позволяющей поддерживать напряжение в пределах допустимых значений. Таким образом, тема исследований представляется актуальной и направлена на снижение потерь добычи нефти и повышение эффективности использования электроэнергии в электротехническом комплексе предприятий нефтедобычи.
Цель работы
Снижение потерь добычи нефти путем ограничения глубины и длительности провалов напряжения до уровня, обеспечивающего устойчивость работы промыслового электрооборудования.
Основные задачи исследований:
-
разработка математической модели системы электроснабжения потребителей объектов нефтедобычи и выявление способов компенсации провалов напряжения в системе электроснабжения электротехнического комплекса нефтепромысла;
-
оценка эффективности способов пассивной и активной компенсации провалов напряжения в зависимости от факторов работы электротехнического комплекса предприятия;
-
определение зависимостей показателей качества электроэнергии от факторов, определяющих работу компенсаторов;
-
разработка алгоритма выбора средств повышения качества электрической энергии и их размещения в распределительных сетях;
-
создание методики выбора средств относительной стабилизации напряжения в электрической сети;
-
разработка эффективных средств повышения качества электроэнергии в распределительной сети нефтедобычи.
Идея работы
Повышение качества электроэнергии на предприятиях нефтедобывающего комплекса должно осуществляться с использованием пассивных или динамических средств, выбор которых осуществляется на основе сравнения их функциональных возможностей и технико-экономической эффективности.
Научная новизна исследований
Выявлены зависимости показателей качества электроэнергии в части провалов напряжения от параметров и координат расположения активных и пассивных компенсаторов с учетом их совершенствования в территориально рассредоточенных распределительных электрических сетях предприятий нефтедобывающего комплекса, режимов работы сети при варьировании их параметров, позволяющие обеспечить непрерывность технологического процесса нефтедобычи.
Обоснован алгоритм выбора структуры системы компенсации провалов напряжений, включающий устройства, обеспечивающие фазовое управление компенсирующей составляющей напряжения.
Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, основывается на использовании апробированных аналитических методах исследований и сходимости результатов моделирования и экспериментальных исследований не менее 90%.
Теоретическая и практическая значимость работы:
разработаны структура и алгоритм формирования системы компенсации провалов напряжения, включающей устройства компенсации, работа которых позволяет избежать недопустимые уровни провалов напряжения;
установлены закономерности, позволяющие оценить динамическую устойчивость электрооборудования технологических объектов нефтедобычи в зависимости от параметров, характеризующих конфигурацию и состав системы электроснабжения нефтедобывающего предприятия;
разработана методика выбора типа и параметров компенсатора провалов напряжения в сетях нефтепромыслов, исходя из достаточности степени компенсации в зависимости от режимов работы нагрузки в нормальном и пусковом режимах;
разработано устройство, в котором компенсация потери напряжения производится с учетом фазовых соотношений в процессе ликвидации недопустимых провалов напряжения в распределительной сети предприятия нефтедобычи.
Методы исследований
В работе использованы методы теории электрических цепей, теории систем электроснабжения электротехнических комплексов, имитационного моделирования систем электроснабжения и электромеханических систем, и экспериментальных исследований на объектах нефтедобычи.
Реализация выводов и рекомендаций работы
Рекомендации по выбору способа компенсации провалов напряжения и определения параметров и координат размещения компенсаторов переданы в ОАО «Татнефть». Получены 2 патента на изобретения: «Устройство регулирования отклонений напряжения и реактивной мощности» (патент РФ №2453021), «Устройство регулирования напряжения и передаваемой мощности электрической сети» (патент РФ №2446537).
Личный вклад автора
Разработаны структура и алгоритм работы системы компенсации, разработана математическая модель электрической сети нефтепромысла, выявлены зависимости глубины и длительности провалов напряжения, вызванных пусковыми режимами главных приводов БУ и УППД, разработана методика определения основных параметров, режима работы и места подключения вольтодобавочных трансформаторов (ВДТ) и динамических компенсаторов искажений напряжения (ДКИН) в сетях нефтепромыслов.
Апробация результатов
Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» в 2010 и 2011 гг. в СПГГИ (ТУ); на научных конференциях в Горно-металлургической Академии, г. Краков, Польша, в 2007, 2008 и 2010 гг., на конференции «Геоэкологические и инженерно-геологические проблемы развития гражданского и промышленного комплекса города Москвы» в 2008 г. в РГГРУ (Москва), научных семинарах кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики Национального минерально-сырьевого университета «Горный».
Публикации
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены 2 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы
