авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Повышение качества электроэнергии в промысловых распределительных сетях предприятий нефтедобычи

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ШКЛЯРСКИЙ Андрей Ярославович

Повышение Качества электроэнергии в промысловых распределительных сетях предприятий нефтедобычи

Специальность 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2013

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Абрамович Борис Николаевич

Официальные оппоненты:

Бочаров Юрий Николаевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», кафедра электротехники и электроэнергетики, профессор

Полищук Вадим Васильевич

кандидат технических наук, ФГАБОУ ДПО «Петербургский энергетический институт (повышения квалификации)», кафедра релейной защиты и автоматики, доцент

Ведущая организация ОАО «Научно-технический центр Единой энергетической системы».

Защита состоится 7 июня 2013 г. в 12 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, В.О., 21-я линия, д. 2, ауд. 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 6 мая 2013 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета Габов Виктор Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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:

  1. разработка математической модели системы электроснабжения потребителей объектов нефтедобычи и выявление способов компенсации провалов напряжения в системе электроснабжения электротехнического комплекса нефтепромысла;
  2. оценка эффективности способов пассивной и активной компенсации провалов напряжения в зависимости от факторов работы электротехнического комплекса предприятия;
  3. определение зависимостей показателей качества электроэнергии от факторов, определяющих работу компенсаторов;
  4. разработка алгоритма выбора средств повышения качества электрической энергии и их размещения в распределительных сетях;
  5. создание методики выбора средств относительной стабилизации напряжения в электрической сети;
  6. 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

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, содержит 60 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 88 наименований и 2 приложения. Общий объем диссертации 132 страницы.

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформулирована идея диссертационной работы, поставлены задачи и цель исследования.

В главе 1 приведена характеристика научно-технической задачи повышения качества электроэнергии (КЭ) в части провалов напряжения, которые характеризуются их глубиной и длительностью.

В главе 2 приведена разработанная компьютерная модель электротехнического комплекса нефтепромысла, позволяющая определить уровни динамической устойчивости установок электроцентробежных насосов с погружными электродвигателями, произведен анализ существующих традиционных технических средств и решений компенсации провалов напряжения, получены результаты исследования пассивных и активных средств компенсации провалов напряжения.

В главе 3 приведены результаты разработки расширения функциональных возможностей пассивных и управляемых средств компенсации провалов напряжения.

В главе 4 проведен анализ принципа работы и характерных особенностей существующих технических средств и решений и их влияния на режим работы системы электроснабжения нефтепромыслов, приведен алгоритм выбора параметров средств повышения КЭ и их размещения в распределительных сетях, предложены усовершенствованные модификации динамического компенсатора искажений напряжения для протяженных промысловых линий с резкопеременным характером подключаемой в различных участках нагрузки.

В заключении отражены обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и решаемыми задачами.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1) Выявленные методом компьютерного моделирования и подтвержденные экспериментальными исследованиями зависимости изменения напряжения вдоль радиально-магистральных линий промысловых электрических распределительных сетей от координат и параметров подключаемого электрооборудования позволяют определить необходимую величину добавки напряжения в точках подключения устройств компенсации в зависимости от глубины и длительности провалов напряжения, вызванных возмущениями в питающей энергосистеме и пусковыми режимами главных приводов буровых установок и установок поддержания пластового давления.





Объектом исследования являются промысловые распределительные сети 6-10 кВ и подключаемое к ним оборудование. Основным электротехническим оборудованием являются ПЭД УЭЦН и станки качалки. Электроснабжение указанных устройств осуществляется как правило по радиально-магистральным линиям, в конце которых может быть присоединена более мощная БУ или УППД, содержащая мощный двигатель. Мощность главных электроприводов БУ может достигать 1500 кВт, электроприводов УППД – 6300 кВт. Промысловые линии электропередачи (ЛЭП) выполняются проводами АС-70, АС-95, АС-120, длина которых составляет от 2 до 15 км. Пуск электродвигателей, удаленных от начала ЛЭП на расстояние (L- координата подключения электроустановок к промысловой ЛЭП) может осуществляться с помощью пусковых устройств, частотно-регулируемых устройств или непосредственным подключением к промысловым распределительным линиям.

Выявленные зависимости допустимого значения провала напряжения от его продолжительности, а также от глубины подвески ПЭД и его коэффициента использования позволяют определить необходимую добавку напряжения, обеспечивающую устойчивую работу нагрузки. Указанные зависимости для сети с номинальным напряжением 6 кВ были аппроксимированы следующим выражением:

,

где - коэффициент использования, - глубина подвески ПЭД.

при допустимом максимальном времени провала напряжения для ; ; ; .

  Блок-схема модели-7

Рисунок 1 – Блок-схема модели электротехнического комплекса

1. Блок-схема программы, моделирующей работу трехфазного источника питания; 2. Блок-схема программы, моделирующей работу воздушной ЛЭП; 3. Пусковое устройство.; 4. Блок-схема программы, моделирующей работу синхронного двигателя.

Для оценки изменения напряжения в промысловой ЛЭП при пусках электродвигателей главных приводов БУ и УППД была создана в программном комплексе Matlab (расширение Simulink) компьютерная модель, позволяющая выявить глубину и длительность провала напряжения. Блок-схема модели приведена на рисунке 1.

Установлено, что при пусковом режиме двигателя распределение напряжения вдоль линии можно принять линейно изменяющимся, т.е. в условиях нефтедобычи рабочими токами приемников, подключаемых вдоль магистрали в этом случае можно пренебречь.

Длительность пуска двигателя, его ток и потери напряжения в линии определяются способом подключения его к промысловой линии электропередачи (ЛЭП): Например, на рисунке 2 показано изменение напряжения вдоль линии при пуске СД мощностью 1000 кВт, подключенного к линии 10 км (АС-95), и при ограничении пускового тока в 3 раза. Допустимая потеря напряжения, согласно вышеприведенной зависимости для ПЭД при м, при , составляет 0,4 о.е. при длительности 0,2 с. Отсюда следует, что режим удовлетворяющий допустимым условиям может быть обеспечен только для линии, длиной менее 3 км.

  Изменение напряжения-10

Рисунок 2 – Изменение напряжения при пуске СД 1000кВт и ограничении пускового тока до 3In

В работе в качестве устройств компенсации провалов напряжения рассмотрены пассивный вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) и динамический компенсатор искажений напряжения (ДКИН). Анализ функциональных возможностей ВДТ и ДКИН позволил выявить пути расширения их диапазона.

На основе полученных зависимостей выявлены максимальные возможности компенсации напряжения неуправляемым ВДТ и ДКИН, позволяющие определить функцию добавки напряжения от показателей режимов работы электрической сети и подключаемой к ней нагрузки.

Установлено, что наиболее эффективный режим работы ВДТ обеспечивается при совпадении фазы добавки с фазным напряжением сети, независимо от ее конфигурации. Показано, что добавка напряжения определяется из выражения (1):

, (1)

где - напряжение в начале линии, - напряжение на нагрузке, - потеря напряжения в линии, - угол между и .

Изменение фазы добавки напряжения влечет за собой изменение необходимой добавки.

Для обеспечения постоянной степени компенсации аналогичной , необходимо выполнить условие:

, (2)

где - изменение фазы добавки, .

Было установлено, что для определенного соотношения и существует предельное значение , определяемое выражением:

. (3)

Полученная зависимость имеет одинаковый характер для различных заданных значений и . Изменяются лишь пределы .

Таким образом установлено, что изменяя фазу добавки , можно регулировать величину добавки напряжения в широких пределах, определяемых заданным уровнем напряжения на нагрузке при ограничениях, вносимых параметрами питающей линии и нагрузки, включая ее режимы работы (нормальный режим, пуск и т.д.).

Анализ средств компенсации провалов напряжения показал, что устройства, в основу которых положен принцип действия вольтодобавочного трансформатора как пассивного действия, так и с активным управлением, могут эффективно поддерживать уровни напряжения в сети при различных режимах работы нагрузки, включая тяжелые пуски мощных электродвигателей. Определено, что указанные устройства с экономической точки зрения являются наиболее эффективными.

2) Обоснованы структуры устройств компенсации провалов напряжения на основе динамических компенсаторов и вольтодобавочных трансформаторов с системами фазовой синхронизации и алгоритм выбора их параметров, позволяющие в условиях многовариантного подключения вдоль нефтепромысловой линии электропередачи главных приводов БУ и УППД устранить провалы напряжения с быстродействием, достаточным для обеспечения непрерывности технологического процесса добычи нефти.

Для определения наиболее рационального размещения ВДТ в радиальной, а также для участков радиально-магистральной линии, была сформирована функция:

, (4)

где



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.