Разработка и обоснование технических решений повышения устойчивости по напряжению электротехнических комплексов установок добычи нефти с центробежными насосами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Мартьянов Антон Сергеевич

• Мартьянов Антон Сергеевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Мартьянов Антон Сергеевич

Введение

1 Постановка задачи. Устойчивость по напряжению погружных асинхронных двигателей

1.1 Схема электроснабжения куста нефтяных скважин

1.2 Возмущения напряжения: характеристики и классификация

1.3 Анализ нарушений электроснабжения нефтяного месторождения

1.4 Анализ проблемы влияния кратковременных нарушений электроснабжения на устойчивость погружных электродвигателей

1.5 Выводы по главе

2 Оценка динамической устойчивости кустов нефтяных скважин с погружными электродвигателями добычи нефти

2.1 Статистические данные распределению количества провалов напряжения в координатах глубины и длительности

2.2 Устойчивость асинхронного электродвигателя к провалам напряжения и кривые динамической устойчивости

2.3 Особенности оценки динамической устойчивости УЭЦН

2.4 Математическая модель электротехнического комплекса УЭЦН

2.4.1 Математическая модель погружного электродвигателя

2.4.2 Кабельная линия

2.4.3 Трансформатор

2.4.4 Модель рабочего механизма

2.4.5 Моделирование системы внешнего электроснабжения

2.5 Провалы напряжения и допущения при расчетах

2.6 Алгоритм построения кривой динамической устойчивости

2.7 Выводы по главе

3 Разработка многомерного показателя устойчивости по напряжению

3.1 Оценка запаса устойчивости по напряжению

3.2 Кривая динамической устойчивости УЭЦН при различных технических решениях

3.3 Сравнение технических решений по влиянию на запас устойчивости ЭТК УЭЦН

3.4 Многомерный показатель устойчивости узла электрических нагрузок

3.5 Экономическая оценка эффективности технических решений повышения динамической устойчивости погружных электродвигателей

3.6 Выводы по главе

4 Анализ и выбор современных накопителей энергии для повышения устойчивости по напряжению электротехнических комплексов УЭЦН

4.1 Оценка влияния параметров электротехнического комплекса УЭЦН на кривую динамической устойчивости

4.2 Выбор сечения кабеля, питающего ПЭД методом прямого технико-экономического сравнения вариантов

4.2.1 Выбор сечения кабеля, питающего ПЭД методом прямого технико-экономического сравнения вариантов с учетом ущерба от провалов напряжения

4.3 Оценка влияния на кривую динамической устойчивости установки современных накопителей энергии

4.4 Определение оптимального запаса энергии накопителя

4.5 Выбор запаса энергии и обоснование эффективности применения накопителя для повышения динамической устойчивости УЭЦН

4.6 Технические решения для повышения устойчивости электродвигателей ответственных механизмов

4.7 Технические решения для повышения устойчивости электродвигателей ответственных механизмов с частотно-регулируемым электроприводом

4.8 Накопители энергии

4.9 Применение накопителей энергии для повышения динамической устойчивости УЭЦН по напряжению

4.10 Устройство гарантированного питания управляемого привода

электродвигателей ответственных механизмов

4.11 Выводы по главе

Заключение

Список использованных источников

Приложение А. Патент на полезную модель

Приложение Б. Акты внедрения диссертационного исследования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и обоснование технических решений повышения устойчивости по напряжению электротехнических комплексов установок добычи нефти с центробежными насосами»

Введение

Актуальность работы. Решение проблемы обеспечения безотказной работы является необходимым условием при проектировании и эксплуатации производств с непрерывным циклом работы (кабельное, металлургическое, горнообогатительное [1], цементное [2] производство, добыча, транспортировка и переработка нефти). Аварийная остановка ответственных механизмов технологических процессов вследствие кратковременных нарушений электроснабжения (КНЭ) - провалов и прерываний напряжения, может привести к значительному экономическому ущербу.

Одним из производств с непрерывным технологическим циклом является добыча нефти, которая связывает в единый комплекс целый ряд различных динамически зависимых друг от друга систем (добычи, сбора, подготовки и транспорта нефти, поддержания пластового давления, электроснабжения). Указанные системы имеют различную степень влияния друг на друга, но сбой в любой из них может привести к недоотпуску продукции (невыполнению планов добычи нефти). Длительная остановка системы добычи может привести к нарушению работы всех систем, иерархически с ней связанных [3].

По целому ряду технологических показателей в условиях современной нефтедобычи (напор до 3500 м, наиболее высокий КПД (среди других способов

-5

извлечения нефти) в области больших подач (более 80 м /сут.), широкие возможности регулирования и дистанционного контроля состояния) установки электрических центробежных насосов (УЭЦН) являются наиболее эффективным способом извлечения нефти из пласта. Фонд скважин, оборудованных УЭЦН, на 2001 год составлял 33,2% процента, а объем добываемой с помощью таких установок нефти - 65,4% [4].

Погружной асинхронный электродвигатель (ПЭД) УЭЦН имеет ряд конструктивных особенностей, что обуславливает его низкую устойчивость к кратковременным нарушениям электроснабжения. Уровни допустимого динамического снижения напряжения могут находиться в пределах от 0,5 (при

малой загрузке и глубине подвеса) до 0,9 (при полной загрузке и глубине подвеса 1,4 - 1,6 км) от номинального напряжения [5]. Установлено [6], что по критерию сохранения устойчивости нарушение питания даже на 0,15 с способно нарушить работу УЭЦН. Более того, повсеместно используемый для управления УЭЦН частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) еще способствует еще большему снижению устойчивости при КНЭ [7-9].

Статистика показывает [10], что доля КНЭ от общего количества аварий в системе электроснабжения нефтяного месторождения может достигать 48%, при этом потери нефти (недоотпуск продукции) составляют почти 5,5 тыс. тонн нефти за 1 год. В этой связи актуальной является задача снижения количества аварий, вызванных КНЭ.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) пп. 1.2.11-1.2.13 [11] требуют учитывать при решении задач развития систем электроснабжения аварийные режимы, что обязывает исследовать при проектировании влияние КНЭ на надежность работы электромеханических систем.

Исследованиям режимов работы асинхронных электродвигателей, а также их устойчивости посвящены работы ведущих российских ученых Абрамовича Б.Н. [6,12-15], Важнова А.И. [16,17], Веникова В.А [18-22], Гамазина С.И., Гуревича Ю.Е. [1,23,24], Гусейнова Ф.Г.[25], Егорова А.В.[26-28], Ершова М.С. [28-30], Жданова П.С. [31], Копылова И.П. [32,33], Костенко М.П. [34], Меньшова Б.Г. [35], Пупина В.М. [36-39], Сивокобыленко В.Ф., Страхова С.В., Сыромятникова И.А. [40], Трифонова А.А., Ульянова С.А., Пиотровского Л.М., Яризова А. Д.

В области ЧРП асинхронного электродвигателя наиболее известны труды Браславского И.Я. [41-44], Ишматова З.Ш., Онищенко Г.Б. [45,46].

Оценке экономического ущерба от КНЭ посвящены работы Новоселова Ю.Б., Сушкова В.В. [47], Heine, P., Pohjanheimo, P. [48], Gupta, C.P., Milanovic, J. V. [49].

В области исследования режимов работы ПЭД УЭЦН, а также его управления, известны работы Ведерникова В.А. [50,51], Кади-Оглы Е.Ф. [52],

Thorsen O.V., Dalva M. [53], Fleming E., Xiaodong L. [54], Ниссенбаума И.А., Новоселова Ю.Б. [5,55], Ковалева А.Ю., Ковалева Ю.З. [56].

В последнее время интерес к проблеме повышения устойчивости к КНЭ асинхронных электродвигателей с ЧРП существенно возрос, что подтверждается работами Егорова А.В., Трифонова А.А., Белоусенко И.В. [57], Гоппе Г.Г. [58], Губайдуллина А.Р. [59], Карандаевой О.И. [60], Крылова Ю.А. [61], Храмшина Р.Р., Храмшина Т.Р., Храмшина, В.Р. [7,62-64], Браславского И.Я, Плотникова Ю.В., Ишматова З.Ш., Полунина Ф.А. [41,42].

Следует отметить недостаточную освещенность российскими учеными темы обеспечения бесперебойной работы электродвигателей ответственных механизмов с ЧРП за счет применения в них дополнительных накопителей энергии [65-67]. Данная проблема рассматривалась Рутбергом Ф.Г. [68,69], Браславским И.Я., Плотниковым Ю.В., Ишматовым З.Ш., Полуниным Ф.А. [42,70,71], Jouanne A.V., Enjeti P. [8], Deswal, S.S., Dahiya R. [72,73], Samineni S., Johnson B.K., Hess H.L. [74], в том числе для электродвигателей установок добычи нефти Carnovale D. J., Biternas J. [75].

Таким образом, решение проблемы повышения надежности электроснабжения асинхронных электродвигателей ответственных механизмов с преобразователями частоты, в том числе УЭЦН, является актуальной задачей, решение которой способствует как повышению надежности, так и экономической эффективности работы систем промышленного электроснабжения.

Представленная работа посвящена решению проблемы динамической устойчивости электротехнических комплексов (ЭТК) УЭЦН.

Цель работы заключается в повышении устойчивости ЭТК УЭЦН к провалам и прерываниям напряжения путем разработки и обоснования технических решений по снижению числа их аварийных остановок.

Идея работы. Для повышения устойчивости ЭТК УЭЦН необходимо применение специальных технических решений. Для научно обоснованного выбора одного или нескольких решений разработана методика, основанная на оценке ущерба от простоя УЭЦН, учитывающая распределение количества

провалов и прерываний напряжения в координатах глубины и длительности, а также параметры кривой динамической устойчивости.

Реализация сформулированной цели требует решения следующих основных задач исследования:

1) разработать показатель, характеризующий устойчивость узла электрических нагрузок, который возможно использовать при определении стоимости ущерба от потери устойчивости;

2) выявить возможные технические решения для повышения устойчивости по напряжению ЭТК УЭЦН, оценивая их влияние на запас устойчивости по напряжению;

3) разработать критерии выбора оптимальных параметров накопителя энергии и сечения кабельной линии, питающей ПЭД УЭЦН, с учетом распределения количества возмущений напряжения в координатах глубины и длительности.

Объектом исследования является ЭТК нефтедобывающей скважины с УЭЦН.

Методы исследования в работе использованы положения и методы теории электрических цепей, теории устойчивости электротехнических систем (ЭТС), проектирования систем электроснабжения электротехнических комплексов, теории электрических машин и электропривода, математического и компьютерного моделирования электромагнитных процессов в системах электроснабжения.

Научная новизна результатов исследований:

1) разработан многомерный показатель устойчивости узла электрических нагрузок, отличающийся тем, что учитывает напряжение статической устойчивости, время сохранения устойчивости при прерывании напряжения, время ввода резерва и распределение количества провалов напряжения в координатах глубины и длительности;

2) обоснованы структура и алгоритм функционирования устройства гарантированного питания управляемого привода электродвигателей

ответственных механизмов, отличающегося тем, что обеспечивает подключение дополнительного источника питания (блока ионисторов) к звену постоянного тока частотно-регулируемых приводов группы УЭЦН при питании от двух независимых источников питания;

3) обоснованы критерии выбора оптимальных сечения кабельной линии, питающей ПЭД УЭЦН, и запаса энергии двух видов накопителей энергии на основе минимизации суммарных дисконтированных затрат, отличающиеся тем, что учитывают капитальные и эксплуатационные затраты, а также ущерб от простоя УЭЦН по причине нарушений устойчивости.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1) многомерный показатель устойчивости, учитывающий параметры кривой динамической устойчивости, время ввода резерва и распределение количества провалов напряжения в координатах глубины и длительности;

2) структура и алгоритм функционирования устройства гарантированного питания, позволяющего включить емкостные накопители энергии в звено постоянного тока станций управления УЭЦН с ЧРП;

3) критерии определения оптимальных параметров накопителя и сечения кабельной линии, питающей ПЭД УЭЦН, по минимуму дисконтированных затрат с учётом ущерба от потери устойчивости.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается корректностью исходных предположений и допущений и проведенных расчетов, базирующихся на использовании известных положений теории электрических машин, электропривода, электрических цепей, а также достаточной сходимостью теоретических результатов и результатов численного моделирования режимов ЭТС.

Практическая ценность диссертации:

1) разработано оригинальное устройство гарантированного питания управляемого привода электродвигателей ответственных механизмов (патент РФ на полезную модель №163553, см. Приложение А);

2) предложенный технико-экономический критерий выбора сечения кабельных линий, питающих УЭЦН, внедрен в производственную деятельность АО «Самотлорнефтегаз» и ПАО «Гипротюменнефтегаз» (см. Приложение Б);

3) критерий сравнения технических решений для повышения динамической устойчивости используется в АО «Самотлорнефтегаз» при оценке целесообразности установки быстродействующего автоматического ввода резерва (БАВР) на реконструируемых ПС 35/6(10) кВ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов ОАО «Гипротюменнефтегаз» «Инновации в проектировании, строительстве и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений» (Тюмень, 2012); международная научно-практическая конференция «Информационные технологии в образовании» (Нижневартовск, 2013); IX Международная IEEE научно-техническая конференция «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2014); V Международная научно-практическая конференция «Культура, наука, образование: проблемы и перспективы» (Нижневартовск, 2016); X Международная IEEE научно-техническая конференция «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2016); Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов «Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе» (Тюмень, 2017).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 2 статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложений, содержит 54 рисунка, Ошибка! Источник ссылки не найден. таблиц, список литературы из 147 наименований. Общий объем диссертации 115 страниц.

1 Постановка задачи. Устойчивость по напряжению погружных

асинхронных двигателей

1.1 Схема электроснабжения куста нефтяных скважин

Электроприемники кустов нефтяных скважин являются частью системы электроснабжения (СЭС) нефтяного месторождения.

Источниками питания СЭС нефтяного месторождения могут быть как сетевые подстанции с высшим напряжением 110 и 220 кВ, так и автономные электростанции собственных нужд: газотурбинные (ГТЭС) и газопоршневые (ГПЭС).

СЭС нефтяного месторождения представляется собой разветвленную ЭТС, в состав которой, как правило, входят потребители электроэнергии малой, средней и большой мощности, которые разделить на следующие группы по технологическим комплексам:

а) механизированная добыча нефти: кусты нефтяных скважин с насосными установками со штанговыми плунжерными (станками-качалками) или бесштанговыми погружными насосами (в составе УЭЦН), в зависимости от принятого способа добычи нефти;

б) подготовка нефти: крупные технологические площадки, такие как центральные пункты сбора (ЦПС) или дожимные насосные станции (ДНС), основными электроприемниками которых являются асинхронные электродвигатели станций насосных внутренней перекачки, компрессорные станции, система электрообогрева площадочных трубопроводов и т.п.;

в) транспорт нефти: электроприемники транспорта нефти (асинхронные электродвигатели насосных внешней перекачки нефти) также сосредоточены, как правило, на технологических площадках ЦПС, ДНС или насосных перекачивающих станциях (НПС);

г) система поддержания пластового давления: кустовые насосные станции (КНС), основными электропримениками которых являются синхронные

или асинхронные высоковольтные электродвигатели основных и подпорных насосов;

д) водозабор: добыча воды хозяйственно-питьевых нужд и нужд системы поддержания пластового давления осуществляется насосами с асинхронными или синхронными электродвигателями;

е) закачка воды: при переизбытке воды на начальном этапе развития месторождения предполагается закачка воды в пласт, основными электропримниками являются электродвигатели станции насосной утилизации воды (СНУВ);

ж) прочие: электроприемники собственных нужд электростанций, вахтовые жилые комплексы, опорные базы промысла, базы строительных организаций и т.п.

Однолинейная схема, рассматриваемого в настоящей работе фидера ПС 110/35 кВ нефтяного месторождения, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Однолинейная схема участка СЭС нефтяного месторождения

Потребление электроэнергии установками механизированной добычи нефти может достигать 50 % и более от потребляемой электроэнергии на месторождении, см. рисунок 2.

■ Мехдобыча

■ Закачка воды

■ Подготовка нефти

■ Транспорт нефти

■ Водозабор

■ Прочие электроприемники

Рисунок 2 - Распределение электропотребления нефтяного месторождения по типам

нагрузки

Особенностями построения СЭС нефтяных месторождений являются:

- значительная распределенность, т.е. удаленность потребителей от источника питания;

- основные потребители электроэнергии - асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, в т.ч. погружные электродвигатели добывающих скважин типа ПЭД;

- большая часть электроприемников относится ко второй и первой категории по надежности электроснабжения;

- в последнее время значительно увеличилось количество асинхронных двигателей с регулируемым электроприводом;

- наличие СЭС как с централизованным (от единой энергосистемы), так и с автономным питанием.

В практике нефтедобычи получили распространение следующие глубиннонасосные установки [76]:

а) Скважинные штанговые насосные установки (СШНУ);

б) УЭЦН;

в) Установки гидравлических поршневых насосов (УГПН);

г) Установки с винтовыми насосами и электроприводом (УЭДН);

д) Установки со струйными насосами (УСН).

Наибольшее распространение получили скважины с СШНУ и УЭЦН, при этом более 35% скважин в нашей стране оборудованы УЭЦН, которые добывают более 70% всей нефти [77], что обусловлено целым рядом технологических показателей, позволяющим им лидировать в технико-экономических сравнениях для средне- и высокодебитных скважин различной глубины [76].

Преимущества УЭЦН по сравнению с другими способами добычи нефти [4]:

-5

а) большой диапазон подач: от 10 до 1000 м /сутки;

б) максимальный напор более 3500 м;

-5

в) высокий КПД (до 60%) в области больших подач (свыше 80 м /сутки);

г) лучшие возможности дистанционного контроля состояния и регулирования производительности.

Добыча пластовой жидкости на осваиваемых в настоящее время месторождениях с труднодоступными залежами нефти Тюменской области (Новопортовском, Мессояхском, Ванкорском, Кондинском и других) осуществляется при помощи глубинно-насосных установок с УЭЦН.

УЭЦН - сложный электро-технологический комплекс, состоящий из:

- компенсатора системы гидрозащиты;

- двигателя трехфазного короткозамкнутого асинхронного погружного серии ПЭД (далее ПЭД), изготавливаемого по ГОСТ 18058 [78];

- узла гидрозащиты;

- погружного многоступенчатого центробежного насоса (ЭЦН);

- обратного и сливного клапана;

- колонны насосно-компрессорных труб;

- длинной высоковольтной кабельной линии (КЛ);

- силового трансформатора для питания ПЭД типа ТМПН 0,4Шраб или от трехобмоточных трансформаторов 6(10у0,4Шраб, типа ТМТПН [35];

- станции управления с преобразователем частоты (СУ).

Под электротехническим комплексом (ЭТК) УЭЦН в настоящей работе будем понимать совокупность всех электротехнических устройств УЭЦН (скважинного трансформатора, кабельной линии, погружного электродвигателя) и центробежного насоса.

Структурная схема ЭТК УЭЦН приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - структурная схема УЭЦН с частотно-регулируемым приводом

Нефтяные скважины с УЭЦН, как правило, группируются в кусты (по 8-24 скважины). Категория по надежности электроснабжения [11] кустов нефтяных скважин - первая или вторая [79].

Чаще всего, питание ЭТК УЭЦН осуществляется на напряжении 0,4 кВ от комплектных двухтрансформаторных (или однотрансформаторных) подстанций (КТП) 6(10)/0,4 кВ мощностью 250-2500 кВА (см. рисунок 4), подключенных по воздушным линиям электропередачи 6(10) кВ к разным секциям шин ПС 35/6(10) кВ [35]; реже - от трехобмоточных трансформаторов 6(10)/0,4/Upаб типа ТМТПН. Однотрансформаторные КТП 6(10)/0,4 кВ, как правило, подключаются кабельными линиями к ячейкам кустового распределительного устройства (РУ) 6(10) кВ.

Рисунок 4 - Упрощенная схема питания УЭЦН от кустовой двухтрансфторматорной

подстанции 6(10)/0,4 кВ

Станции управления УЭЦН, чаще всего, устанавливаются на одной площадке с КТП 6(10)/0,4 кВ, возможная компоновка площадки для КТП и наружного электрооборудования показана на рисунке 5.

ТМПН ТМПН

ТМПН ТМПН

ТМПН ТМПН

2 КТП

СУ СУ

СУ СУ

СУ СУ

СУ СУ

СУ СУ

СУ

ТМПН ТМПН

32500

Рисунок 5 - Компоновка площадки электрооборудования куста нефтяных скважин

В качестве привода ЭЦН в УЭЦН используются асинхронные короткозамкнутые двухполюсные погружные маслонаполненные двигатели серии ПЭД, изготавливаемые по ГОСТ 18058 [78], которые обладают следующими особенностями [35]:

- ПЭД защищены от попадания внутрь пластовой жидкости, что достигается заполнением их трансформаторным маслом, находящимся под избыточным давлением 0,2 МПа (относительно внешнего гидростатического давления в скважине);

- ПЭД работает в среде скважины, поэтому температуру окружающей среды двигателя принимают равной 90°^

- диаметр ПЭД несколько меньше нормальных диаметров применяемых обсадных колонн, а именно: 103, 117, 123, 130 и 138 мм;

- малый диаметр обуславливает увеличение длины ПЭД до 7-8 м;

- для уменьшения размеров ЭЦН и повышения его подачи ПЭД изготавливаются двухполюсными, т.е. их частота - 3000 оборотов в минуту (синхронных) при частоте 50 Гц;

- корпус статора и ротор состоят из отдельных секций, при этом каждая секция ротора создает свою короткозамкнутую электрическую сеть, не связанную с цепями других секций ротора, сидящих на общем валу, между секциями ротора установлены промежуточные подшипники качения;

- воздушный зазор (между статором и ротором) не превышает 0,4 мм;

- малый момент инерции вследствие малого диаметра.

Указанные конструктивные особенности ПЭД определяют его низкую устойчивость к провалам и прерываниям питающего напряжения, более того ЭТК УЭЦН является наиболее уязвимым элементом СЭС нефтяного месторождения с точки зрения влияния КНЭ [6,15,36,75].

1.2 Возмущения напряжения: характеристики и классификация

Согласно ГОСТ 32144 [80] и стандарта БК 50160 [81] возмущения напряжения характеризуются следующими основными показателями (см. рисунок 6):

а) глубиной (Ди) - отклонением от опорного напряжения (иоп - в соответствии с ГОСТ 32144 считают равным номинальному или согласованному напряжению электропитания);

б) длительностью (т) - временем возмущения;

в) видом (симметричные и несимметричные возмущения);

г) частотой возникновения.

Рисунок 6 - Мгновенные и действующие значения напряжения при провале напряжения

в одной фазе

Характеристики возмущений напряжения Ди и т - статистически независимые [82,83].

Классификация возмущений напряжения по действующим стандартам ГОСТ 32144 [80] и IEEE Std 1159 [84] приведена в таблице 1.

Таблица 1 - классификация возмущений напряжения по ГОСТ 32144 и IEEE Std 1159

Стандарт

Прерывания напряжения

Провалы напряжения

Перенапряжения

(N m

Н

О

о

U

Au > 0.95 о.е. во всех фазах,

кратковременные

(т < 3 мин),

длительные (т > 3 мин)

0,1 о.е. < Au < 0,95 о.е., т < 1 мин

uoct > 1,1 о.е.

On

ТЗ go

щ

w й

Кратковременные Au > 0,9 о.е.:

быстрые:

0,5Т < т < 3 с;

временные:

3 c < т < 1 мин; длительные: Au ~ 1,0 о.е., т > 1 мин

Кратковременные 0,1 о.е. < Au < 0,9 о.е:

кратковременные:

мгновенные:

мгновенные:

0,5-T < т < 30Т;

быстрые:

30 периодов < т < 3 с;

временные:

0,5-T < т < 3Т,

1,1 о.е. < uoct < 1,8 о.е.;

быстрые:

30Т < т < 3 с,

1,1 о.е. < uoct < 1,4 о.е.;

3 c < т < 1 мин; длительные:

0,8 о.е. < Au < 0,9 о.е., т > 1 мин

временные: 3 c < т < 1 мин, 1,1 о.е. < UoCт < 1,2 о.е.; длительные:

1,1 о.е. < ^ст < 1,2 о.е. т > 1 мин

T - один период промышленной частоты

Классификация возмущений напряжения по ГОСТ 32144 также показана на рисунке 7.

В настоящей работе рассматриваются провалы и прерывания напряжения длительностью до 60 с (далее провалы напряжения).

90 %

ЧО

э

Импульсные перенапряжения.

Случайные перенапряжения

Медленные изменения напряжения

Нормальный уровень напряжения

Провалы напряжения

Медленные изменения напряжения

Кратковременные прерывания напряжения

Длительные прерывания напряжения

60

180

т, с

Рисунок 7 - Классификация возмущений напряжения по ГОСТ 32144 1.3 Анализ нарушений электроснабжения нефтяного месторождения

По месту возникновения нарушения электроснабжения подразделяются на внутренние и внешние [29], см. рисунок 8. Внешние возникают в зоне ответственности энергоснабжающей организации, они проявляются на входе СЭС, внутренние возникают в самой СЭС. Внутренние нарушения могут быть вызваны, например, короткими замыканиями или повреждениями элементов СЭС. По времени воздействия нарушения электроснабжения можно разделить на кратковременные (КНЭ), длительностью до 60 с, и длительные (ДНЭ).

Рисунок 8 - Классификация нарушений электроснабжения

По причине возникновения можно классифицировать нарушения электроснабжения следующим образом (см. рисунок 9):

1. внешние сети - внешние нарушения (за границей балансовой принадлежности);

2. собственные сети без внешних воздействий - внутренние нарушения, вызванные повреждениями элементов СЭС таких как: воздушные линии электропередачи (ВЛ) и трансформаторные подстанции;

3. технология - внутренние нарушения СЭС, вызванные авариями в технологическом оборудовании и трубопроводах, например, прорыв водовода и, как следствие, обледенение и обрыв проводов ВЛ;

4. сторонние - внутренние нарушения, произошедшие вследствие работы техники и персонала сторонних организаций, например, наезд техники на опоры ВЛ;

5. атмосферные, природные и техногенные - внутренние нарушения, вызванные, в основном, атмосферными явлениями: грозами, порывами ветра, гололедом на проводах ВЛ.

Рисунок 9 - Классификация нарушений электроснабжения по причине возникновения

В [10] приведен анализ нарушений электроснабжения двух нефтяных месторождений: находящегося на начальной стадии развития и развитого.

Месторождение на начальном этапе развития СЭС - с автономным питанием с большим количеством разрозненных источников (дизельных и газотурбинных электростанций). Большая часть нарушений в СЭС - длительные, вызванные нарушениями в работе генераторов, поскольку почти при всех внутренних нарушениях электроснабжения срабатывают собственные защиты генераторов, работающие на останов, что приводит к повышению длительности восстановления питания (см. рисунок 10), доля КНЭ - всего лишь 2,2%. Всего за 1 год было зарегистрировано 95 нарушений, потери нефти составили около 31,5 тыс. т.

Мероприятия по снижению последствий, связанных с нарушениями электроснабжения в данном случае, должны сводиться к централизации источников питания и повышению их надежности.

ДНЭ Технология 15,1%

ДНЭ Собств. сети без внешн. возд. 51,8%

КНЭ Атм., прир. и техн. 0,2%

КНЭ Внешние сети 0,6%

КНЭ Собств. сети без внешн. возд. 0,5%

КНЭ Сторонние

0,6%

КНЭ Технология 0,3%

Рисунок 10 - Распределение аварий в системе электроснабжения по длительности и причине одного из нефтяных месторождений на начальном этапе развития СЭС в долях

от потерь нефти

В таблице 2 приведена характеристика нарушений в развитой СЭС одного из крупнейших месторождений Западной Сибири.

Таблица 2 - Характеристика нарушений электроснабжения

Критерий 2012 2013 2014 Итого

Количество нарушений, ед. 118 157 263 538

Потери нефти, т 1961,4 2780,7 8468,8 13210,9

Средняя продолжительность аварии, ч 29,1 11,5 0,8 10,2

Количество КНЭ, ед. 47 82 127 256

Доля КНЭ (количество), % 39,8 52,2 48,3 47,6

Потери нефти от КНЭ, т 679,8 1914,7 5476,7 8071,2

Доля КНЭ (потери нефти), % 34,7 68,9 64,7 61,4

Коэффициент готовности СЭС 0,9941 0,9982 0,9984 0,9969

Средняя величина потерь нефти на одно отключение, т 16,6 17,7 32,2 24,5

Диаграмма распределения нарушений по первопричинам в СЭС рассматриваемого месторождения (по величине потерь нефти) приведена на рисунке 11.

ДНЭ Технология 7,9%

ДНЭ Сторонние

2,6%

ДНЭ Собств.

сети без внешн. возд. 7,6%

ДНЭ Внешние сети 1,5%

ДНЭ Атм., прир. и техн 19,0%

КНЭ Атм., прир. и техн. 26,6%

КНЭ Внешние сети 17,2%

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мартьянов Антон Сергеевич, 2018 год

Список использованных источников

1. Гуревич, Ю. Е. Особенности электроснабжения, ориентированного на бесперебойную работу промышленного потребителя / Ю. Е. Гуревич, К. В. Кабиков. - Москва : ЭЛЕКС-КМ, 2005. - 408 с.

2. Goswami, A. K. Cost-benefit analysis of voltage sag mitigation methods in cement plants / A. K. Goswami, C. P. Gupta, G. K. Singh // 16th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP). - IEEE, 2014. - P. 866-870.

3. Сушков, В. В. Оценка устойчивоспособности технологических систем добычи нефти при нарушениях электроснабжения / В. В. Сушков, А. А. Пухальский, В. П. Фрайштетер // Промышленная энергетика. - 2002. - № 6. - С. 44-48.

4. Скважинные насосные установки для добычи нефти / В. Н. Ивановский [и др.]. - Москва : ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. - 824 с.

5. СТП 57.00.047-81. Уровни допустимого динамического снижения питающего напряжения погружных центробежных электронасосов / И. А. Ниссенбаум [и др.]. - Тюмень, 1980. - 12 с.

6. Абрамович, Б. Н. Динамическая устойчивость работы установок электроцентробежных насосов / Б. Н. Абрамович, Д. А. Устинов, В. Е. Поляков // Нефтяное хозяйство. - 2010. - № 9. - С. 104-106.

7. Комплекс технических решений по энергосбережению и повышению устойчивости частотно-регулируемых электроприводов ответственных механизмов / Р. Р. Храмшин [и др.] // VIII Международная (XIX Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. - Саранск, 2014. - С. 417-421.

8. Jouanne, A. Assessment of ride-through alternatives for adjustable speed drives / A. von Jouanne, P. Enjeti, B. Banerjee // Conference Record of 1998 IEEE

Industry Applications Conference. Thirty-Third IAS Annual Meeting (Cat. No.98CH36242). - IEEE, 1999. - Vol. 2. - P. 1538-1545.

9. Sensitivity of AC Adjustable Speed Drives to Voltage Sags and Short Interruptions / Djokic S. [et al.] // IEEE Trans. Power Deliv. - 2005. - Vol. 20, № 1. - p. 494-505.

10.Мартьянов, А. С. Кратковременные нарушения электроснабжения в электрических сетях нефтяных месторождений / А. С. Мартьянов, В. В. Сушков, И. С. Небилович // Культура, наука, образование: проблемы и перспективы: материалы V Международной научно-практической конференции (г. Нижневартовск, 09-10 февраля 2016 года) / Отв. ред. А. В. Коричко. - Нижневартовск, 2016. - Ч. II. - С. 123-126.

11. Правила устройства электроустановок : все действующие разделы шестого и седьмого изданий с изменениями и дополнениями. - Москва : Норматика, 2013. - 464 с.

12. Абрамович, Б. Н. Внедрение технологий интеллектуальных электрических сетей на нефтедобывающих предприятиях / Б. Н. Абрамович, Ю. А. Сычев, Д. А. Устинов // Нефтегазовое дело. - 2011. - № 6. - С. 4-9.

13. Абрамович, Б. Н. Методы и средства обеспечения энергетической безопасности промышленных предприятий с непрерывным технологическим циклом / Б. Н. Абрамович, Ю. А. Сычев // Промышленная энергетика. - 2016. - № 9. - С. 18-22.

14. Система гарантированного электроснабжения предприятий минерально -сырьевого комплекса с использованием альтернативных и возобновляемых источников энергии / Б. Н. Абрамович [и др.] // Промышленная энергетика. - 2013. - № 1. - С. 14-16.

15. Динамическая устойчивость электромеханических комплексов с синхронными и асинхронными двигателями на предприятиях нефтедобычи / Б. Н. Абрамович [и др.] // Нефтегазовое дело : электронный научный журнал. - 2011. - № 3. - С. 17-27.

16.Важнов, А. И. Переходные процессы в машинах переменного тока / А. И. Важнов. - Ленинград, 1980. -256 с.

17.Важнов, А. И. Электрические машины / А. И. Важнов. - Ленинград : Энергия, 1968. - 768 с.

18.Веников, В. А. Электрические системы. Электрические сети : учеб. для электроэнерг. спец. вузов / В. А. Веников, А. Глазунов, Л. А. Жуков ; ред. В.

A. Веников, В. А. Строев. - 2-е изд. - Москва : Высш. шк., - 1998. - 511 с.

19. Электрические системы, Т. 2. Электрические сети / В. А. Веников [и др.] ; ред. В. А. Веников. - Москва : Высш. школа, 1971. - 440 с.

20. Веников, В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: учеб. для электроэнергет. спец. вузов / В. А. Веников. - Москва : Высш. шк., 1985. - 536 с.

21. Электрические системы, Т. 1. Математические задачи электроэнергетики /

B. А. Веников [и др.] ; ред. В. А. Веников. - Москва: Высш. школа, 1970. -336 с.

22.Веников, В. А. Электрические системы, Т. 6. Режимы работы электрических систем и сетей / В. А. Веников, Л. А. Жуков, Г. Е. Поспелов ; ред. В. А. Веников. - Москва : Высш. школа, 1975. - 344 с.

23.Гуревич, Ю. Е. Применение математических моделей электрической нагрузки в расчетах устойчивости энергосистем и надежности электроснабжения промышленных предприятий / Ю. Е. Гуревич, Л. Е. Либова. - Москва : ЭЛЕКС-КМ, 2008. - 248 с.

24.Гуревич, Ю. Е. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах / Ю. Е. Гуревич, Л. Е. Либова, А. А. Окин. - Москва : Энергоатомиздат, 1990. - 390 с.

25.Гусейнов, Ф. Г. Эквивалентирование нагрузок электрических систем при исследованиях статической и динамической устойчивости / Ф. Г. Гусейнов, Н. Р. Рахманов // Электричество. - 1973. - № 6. - С. 14-17.

26. Егоров, А. В. Устойчивость промышленных электротехнических систем при возмущениях в системах электроснабжения : дис. ... д-ра технических наук :

05.09.03 / А. В. Егоров ; Российский государственный университет им. И.М. Губкина. - Москва, 2004. - 300 с.

27. Егоров, А. В. Опыт повышения надежности электроснабжения высокотехнологичного производства / А. В. Егоров, И. А. Мелик-Шахназарова, А. В. Суржиков // Труды РГУ Нефти и газа имени И.М. Губкина. - 2012. - Т. 268. - № 3. - С. 130-140.

28.Ершов, М. С. Влияние частоты на устойчивость промышленных электротехнических систем / М. С. Ершов, А. В. Егоров, А. Н. Комков // Промышленная энергетика. - 2013. - № 9. - С. 21-25.

29.Ершов, М. С. Устойчивость промышленных электротехнических систем / М. С. Ершов, А. В. Егоров, А. А. Трифонов. - Москва : Недра, 2010. - 319 с.

30.Ершов, М. С. Некоторые итоги исследования устойчивости промышленных электротехнических систем / М. С. Ершов, А. В. Егоров, А. А. Трифонов // Труды РГУ Нефти и газа имени И.М. Губкина. - 2009. - Т. 256. - № 3. - С. 57-68.

31.Жданов, П. С. Вопросы устойчивости электрических систем / П. С. Жданов ; под ред. Л. А. Жукова. - Москва : Энергия, 1979. - 456 с.

32. Копылов, И. П. Математическое моделирование асинхронных машин / И. П. Копылов, Ф. А. Мамедов, В. Я. Беспалов. - Москва : Энергия, 1969. - 96 с.

33.Копылов, И. П. Математическое моделирование электрических машин : учеб. для вузов / И. П. Копылов. - 3-е изд. - Москва : Высш. шк., 2001. -327 с.

34.Костенко, М. П. Электрические машины : в 2-х ч., Ч. 2. Машины переменного тока : учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений / М. П. Костенко, Л. М. Пиотровский. - 3-е изд. - Ленинград : Энергия, 1973. -648 с.

35.Меньшов, Б. Г. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности / Б. Г. Меньшов, М. С. Ершов, А. Д. Яризов. - Москва : Недра, 2000. - 487 с.

36.Пупин, В. М. Устройства защиты электрооборудования от провалов напряжения длительностью 10 миллисекунд / В. М. Пупин // Электрооборудование эксплуатация и ремонт. - 2013. - № 10. - С. 23-34.

37.Гумиров, Д. Т. Повышение надежности работы электроцентробежных насосов и станков-качалок при авариях в питающих сетях предприятий нефтедобычи / Д. Т. Гумиров, В. А. Жуков, В. М. Пупин // Электрооборудование эксплуатация и ремонт. - 2009. - № 9. - С. 56-66.

38. Пупин, В. М. Устройства защиты от провалов напряжения / В. М. Пупин. -Москва : НТФ «Энергопрогресс», 2011. - 100 с.

39.Никулов, И. Комплекс БАВР Быстродействие повышает надежность электроснабжения / И. Никулов, В. Жуков, В. М. Пупин // Новости электротехники. - 2012. - Т. 76. - № 4. - С. 4-6.

40.Сыромятников, И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / И. А. Сыромятников ; под ред. Л. Г. Мамиконянц. - Москва : Энергоатомиздат, 1984. - 240 с.

41. Асинхронный частотно-регулируемый электропривод с емкостным накопителем энергии / И. Я. Браславский [и др.] // Электротехника. - 2012. -№ 9. - С. 30-34.

42. Оценка технико-экономической эффективности внедрения частотно-регулируемых электроприводов с емкостными накопителями энергии в крановых механизмах / И. Я. Браславский [и др.] // Электротехника. - 2014.

- № 9. - С. 24-29.

43. Браславский, И. Я. Энеросберегающий асинхронный электропривод / И. Я. Браславский, З. Ш. Ишматов, В. Н. Поляков ; ред. И. Я. Браславский. -Москва : ЛСЛБЕМЛ, 2004. - 202 с.

44.Шубенко, В. А. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением / В. А. Шубенко, И. Я. Браславский. - Москва : Энергия, 1972.

- 200 с.

45.Онищенко, Г. Б. Электропривод турбомеханизмов / Г. Б. Онищенко, М. Г. Юньков. - Москва : Энергия, 1972. - 240 с.

46.Онищенко, Г. Б. Электрический привод : учебник для вузов / Г. Б. Онищенко. - Москва : РАСХН, 2003. - 320 с.

47.Новоселов, Ю. Б. Методика определения ущерба от перерыва электроснабжения погружных установок добычи нефти / Ю. Б. Новоселов, В. П. Росляков, В. В. Сушков // Машины и нефтяное оборудование. - 1981. - № 4. - С. 16-17.

48. Heine, P. A method for estimating the frequency and cost of voltage sags / P. Heine, P. Pohjanheimo // Power Syst. IEEE.- 2002. - Т. 17. - № 2. - P.290-296.

49. Gupta, C. P. Probabilistic Assessment of Financial Losses due to Interruptions and Voltage Sags . Part I / C. P. Gupta, J. V. Milanovic // The Methodology. -2006. - Vol. 21. - № 2. - С. 918-924.

50.Ведерников, В. А. Модели и методы управления режимами работы и электропотреблением погружных центробежных установок : дис. ... доктора технических наук : 05.13.06 / В. А. Ведерников ; Тюменский государственный нефтегазовый университет. - Тюмень, 2006. - 210 с.

51.Ведерников, В. А. Разработка и описание цифровой модели системы электропривода погружной установки / В. А. Ведерников, О. А. Лысова, А. В. Мамченков // Вестник Кибернетики. - 2005. - № 4. - С. 38-50.

52.Кади-Оглы, Е. Ф. Сравнительный анализ и оценка эффективности способов регулирования погруженных асинхронных двигателей : автореф. дис. ... канд. технических наук : 05.09.01 / Е. Ф. Кади-Оглы ; Санкт-Петербургский государственный технический университет. - Санкт-Петербург, 2002. - 17 с.

53.Thorsen, O. V. Combined electrical and mechanical model of electric submersible pumps / O. V. Thorsen, M. Dalva // IEEE Trans. Ind. Appl. - 2001. -Vol. 37. - № 2. - P. 541-547.

54.Fleming, E. Power consumption evaluation for electrical submersible pump systems / E. Fleming, L. Xiaodong // 48th IEEE Industrial & Commercial Power Systems Conference. - IEEE, 2012. - P. 1-6.

55.Ниссенбаум. И. А. Устойчивости сетей электроснабжения нефтепромыслов Западной Сибири / И. А. Ниссенбаум, Ю. Б. Новоселов, И. И. Суд. - Москва : ВНИИОЭНГ, 1982. - 40 с.

56. Ковалев, А. Ю. Электротехнологические установки для нефтедобычи / А. Ю. Ковалев, Н. М. Кузнецов, В. В. Аникин. - Омск, 2015. - 160 с.

57.Белоусенко, И. В. Некторые проблемы и возможности обеспечения устойчивости электротехнических систем современных нефтегазовых производств / И. В. Белоусенко, А. В. Егоров, А. А. Трифонов // Промышленная энергетика. - 2015. - № 10. - С. 17-24.

58.Гоппе, Г. Г. Методы и технические средства энерго- и ресурсосберегающего управления турбомеханизмами : дис. ... д-ра технических наук : 05.13.06 / Г. Г. Гоппе ; Иркутский государственный технический университет. -Иркутск, 2009. - 326 с.

59.Губайдуллин, А. Р. Электроприводы тягодутьевых механизмов с повышенной устойчивостью к нарушениям электроснабжения : дис. ... кандидата технических наук : 05.09.03 / А. Р. Губайдуллин. - Магнитогорск, 2014. - 182 с.

60.Карандаева, О. И. Повышение надежности электроприводов тепловой электростанции металлургического предприятия при внедрении преобразователей частоты : автореф. дис. ... кандидата технических наук / О. И. Карандаева. - Магнитогорск, 2011. - 20 с.

61.Крылов, Ю. А. Разработка энерго-ресурсосберегающих технологий в топливно-энергетическом хозяйстве города на основе современного электропривода : дис. ... д-ра технических наук : 05.09.03 / Ю. А. Крылов ; Московский энергетический институт (Технический университет), Москва, 2008. - 241 с.

62. Способы повышения устойчивости электроприводов непрерывных производств при провалах напряжения / Т. Р. Храмшин [и др.] // Вестник ЮУрГУ. - 2014. - Т. 14. - № 2. - С. 80-87.

63. Преобразователь частоты с широтно-импульсной модуляцией для электроприводов ответственных механизмов: пат. RU 123270 U1 ; МПК H02P 27/08 (2006.1) / Храмшин Т. Р. и др. - № заявки 2012130082/07, опубл. 20.12.2012, Бюл. №. 35- 10 с.

64.Карандаев, А. С. Способы повышения устойчивости частотно -регулируемых электроприводов при нарушениях электроснабжения / А. С. Карандаев, В. Р. Храмшин, А. Р. Губайдуллин // Russ. Internet J. Ind. Eng. -2013. - № 1. - С. 62-69.

65.Алексеев, Б. А. Применение накопителей энергии в электроэнергетике / Б. А. Алексеев // Электро. - 2005. - № 2. - С. 48-52.

66.Hebner, R. Flywheel batteries come around again / R. Hebner, J. Beno, A. Walls // IEEE Spectr. - 2002. - Vol. 39. - № 4. - P. 46-51.

67.Kusko, A. Stored energy - Short-term and long-term energy storage methods / A. Kusko, J. Dedad // IEEE Ind. Appl. Mag. - 2007. - Vol. 13. - № 4. - P. 66-72.

68.Рутберг, Ф. Г. Перспективы энергосбережения в электрических сетях с пониженной динамической устойчивостью при помощи маховичных агрегатов / Ф. Г. Рутберг, Р. Б. Гончаренко, Э. Г. Кашарский // Известия Академии наук. Энергетика. - 1999. - № 3. - С. 158-160.

69.Применение систем резервного электропитания на основе маховичных агрегатов переменного тока и газоаккумулирующих установок плазменной газификации отходов для стабилизации режимов энергосистем / Р. Б. Гончаренко [и др.] // Электричество. - 2014. - № 9. - С. 13-22.

70. Работа частотно-регулируемого электропривода с суперконденсаторами при перебоях питающего напряжения / Ю. В. Плотников [и др.] // Известия Высших Учебных Заведений. Электромеханика. - 2016. - Т. 544. - № 2. - С. 47-52.

71. Математическая модель частотно-регулируемого электропривода с DC-DC-преобразователями и емкостными накопителями энергии / И. Я. Браславский [и др.] // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 2016. - Т. 544. - № 2. - С. 39-46.

72.Deswal, S. S. Performance improvement of Adjustable Speed Drives (ASD's) using supercapacitors during voltage sag / S. S. Deswal, R. Dahiya, D. K. Jain // 2012 IEEE Fifth Power India Conference. - IEEE, 2012. - P. 1-6.

73.Improvement of Adjustable Speed Drives (ASD's) Performance During Sag Conditions Using Ultracapacitors / S. Dahiya S. [et al.] // Joint International Conference on Power System Technology and IEEE Power India Conference. -IEEE, 2008. - P. 1-4.

74.Modeling and analysis of a flywheel energy storage system for Voltage sag correction / S. Samineni [et al.] // IEEE Trans. Ind. Appl. - 2006. - Vol. 42. - № 1. - P. 42-52.

75.Design, Development and Testing of a Voltage Ride-Thru Solution for Variable Speed Drives in Oil Field Applications / D. J. Carnovale [et al.] // 2007 IEEE Petroleum and Chemical Industry Technical Conference. - IEEE, 2007. - P. 1-7.

76.Мищенко, И. Т. Скважинная добыча нефти : учеб. пособие для студентов вузов / И. Т. Мищенко. - Москва : ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. - 816 с.

77.Нефтегазопромысловое оборудование / В. Н. Ивановский [и др.] ; ред. В. Н. Ивановский. - Москва : ЦентрЛитНефтеГаз, 2006. - 720 с.

78.ГОСТ 18058-80. Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые погружные серии ПЭД. Технические условия. - Введ. 1981-06-30. - Москва, 1981. - 40 с.

79.Нормы технологического проектирования объектов сбора, транспорта, подготовки нефти, газа и воды нефтяных месторождений. ВНТП 3-85. -Москва: Министерство нефтяной промышленности, 1985. - 218 с.

80.ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - Введ. 2014-07-01. -Москва, 2013. - 20 с.

81.EN 50160:2010. Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks. 2010.

82.Ершов, М. С. Причины и параметры кратковременных нарушений электроснабжения промышленных объектов / М. С. Ершов, В. А. Анцифоров // Территория «Нефтегаз». - 2014. - № 10. - С. 84-89.

83. Gupta, C. P. Probabilistic Assessment of Equipment Trips due to Voltage Sags / C. P. Gupta, J. V. Milanovic // IEEE Trans. Power Deliv. - IEEE, 2006. - Vol. 21. - № 2. - P. 711-718.

84.IEEE Std 1159. Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality : Revision of IEEE Std 1159-1995 / IEEE, Institute of Electrical and Electronic Engineers. - 2009. - 81 p.

85.Bollen, M. H. Understanding Power Quality Problems / M. H. Bollen // Understanding Power Quality Problems. - IEEE, 1999. - P. 485-505.

86.Ляпунов, А. М. Исследование одного из особенных случаев задачи об устойчивости движения / А. М. Ляпунов. - Ленинград : Изд-во Ленинградского университета, 1963. - 116 с.

87.Ляпунов, А. М. Общая задача об устойчивости движения/ А. М. Ляпунов. -Москва, Ленинград : Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1950. - 472 с.

88. Горев, А. А. Переходные процессы синхронной машины / А. А. Горев ; под ред. А. И. Вольдек. - Москва : Государственное энергетическое издательство, 1950. - 552 с.

89. Астраханский ГПЗ: анализ надежности электроснабжения / Б. Г. Меньшов [и др.] // Газовая промышленность. - 1990. - № 4. - С. 22-25.

90.Меньшов, Б. Г. Надежность электроснабжения газотурбинных компрессорных станций / Б. Г. Меньшов, М. С. Ершов. - Москва : Недра, 1995. - 163 с.

91. Меньшов, Б. Г. Вопросы управления электротехническими системами нефтегазовых комплексов в аварийных режимах / Б. Г. Меньшов, М. С. Ершов // Промышленная энергетика. - 1995. - № 5. - С.

92.Ершов, М. С. Энергетические показатели устойчивости асинхронных многомашинных промышленных комплексов / М. С. Ершов, А. В. Егоров, А. С. Одинец // Промышленная энергетика. - 1999. - № 2. - С. 20-23.

93.Абрамович, Б. Н. Электроснабжение нефтегазовых предприятий / Б. Н. Абрамович, Ю. А. Сычев, Д. А. Устинов. - Санкт-Петербург : Санкт-Петербургский государственный горный институт, 2008. - 81 с.

94.Абрамович, Б. Н. Комплексная система контроля и повышения качества электрической энергии в системах электроснабжения нефтедобывающих предприятий / Б. Н. Абрамович // Энергобезопасность и энергосбережение.

- 2011. - № 5 (41). - С. 37-40.

95.Гамазин, С. И. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой / С. И. Гамазин , В. А. Ставцев, С. А. Цырук. - Москва : Издательство МЭИ, 1997.

- 424 с.

96.Гусейнов, Ф. Г. Упрощение расчетных схем электрических систем / Ф. Г. Гусейнов. - Москва : Энергия, 1978. - 182 с.

97.Гусейнов, Ф. Г. Некоторые вопросы энергетических систем и их режимов / Ф. Г. Гусейнов. - Баку: Азернешр, 1963. - 175 с.

98.Adjustable Speed Drives and Power Quality / S. Galceran [et al.] // RE&PQJ -2003. - Vol. 1. - № 1. - P. 256-261.

99.Ведерников, В. А. Оптимизация системы электропривода погружного насоса / В. А. Ведерников, О. А. Лысова // Нефть и газ. - 2002. - № 5. - С. 88-94.

100. Математическая модель силовой части DC-DC преобразователя в составе электропривода с суперконденсаторами / И. Я. Браславский [и др.] // Труды международной шестнадцатой научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока (ЭППТ 2015)». - Екатеринбург, 2015. -С. 5-9.

101. Муратбакеев, Э. Х. Обоснование структуры и параметров многоуровневой системы электроснабжения объектов нефтедобычи с

секционированием участков электрической сети : автореф. дис. ... канд. технических наук : 05.09.03/ Э. Х. Муратбакеев ; Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет). - Санкт-Петербург, 2009. - 21 с.

102. Поляков, В. Е. Обоснование структуры и параметров источников бесперебойного электроснабжения на предприятиях с непрерывным технологическим циклом : дис. канд. технических наук : 05.09.03 / В. Е. Поляков ; Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет). - Санкт-Петербург, 2010. - 173 с.

103. Анцифоров, В. А. Методы оценки независимости источников питания и мероприятия по повышению надежности и устойчивости электротехнических систем непрерывных производств : дис. ... канд. технических наук : 05.09.03 / В. А. Анцифоров ; Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина. - Москва, 2015. - 186 с.

104. Сафонов, Д. О. Повышение надежности электротехнических систем объектов транспорта нефти и газа средствами быстродействующего резервирования питания : автореф. дис. ... канд. технических наук / Д. О. Сафонов ; РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина. - Москва, 2017. -180 с.

105. IEEE Std 1346-1998. IEEE Recommended Practice for Evaluating Electric Power System Compatibility With Electronic Process Equipment / Standards Coordinating Committee 22 on Power Quality ; Power Quality. -1998. - 43 p.

106. IEEE Std 1564. Guide for Voltage Sag Indices / Institute of Electrical and Electronics Engineers. - 2014. - 47 p.

107. DPQ Executive Summary / Electric Power Research Institute (EPRI). -2003. - 37 с.

108. Voltage sag index calculation: Comparison between time-domain simulation and short-circuit calculation / J. M. C. Filho [et al.] // Electr. Power Syst. Res. - 2008. - Т. 78. - № 4. - С. 676-682.

109. Куско, А. Качество энергии в электрических сетях / А. Куско, М. Томпсон. - Москва : Додэка-XXI, 2008. - 336 с.

110. Liang, X. Trip Curves and Ride Through Evaluation for Power Electronic Devices in Power System Dynamic Studies / X. Liang, J. Hofman // IEEE Trans. Ind. Appl. - 2015. - Т. 2014. - № 2. - С. 1-1.

111. Химмельбау, Д. Прикладное нелинейное программирование /Д. Химмельбау. - Москва : Изд-во Мир, 1975. - 536 с.

112. Лосев, Ф. А. Оценка динамической устойчивости погружных установок электроцентробежных насосов / Ф. А. Лосев, А. С. Мартьянов, В. В. Сушков // Актуальные вопросы энергетики : материалы Международной научно-практической конференции. - Омск, 2017. - С. 4.

113. Калачев, Ю. Н. Векторное регулирование (заметки практика) / Ю. Н. Калачев. - Москва : ЭФО, 2013. - 63 с.

114. Домбровский, В. В. Асинхронные машины: Теория, расчет, элементы проектирования / В. В. Домбровский, В. М. Зайчик. - Ленинград : Энергоатомиздат, 1990. - 368 с.

115. Сивокобыленко, В. Ф. Определение параметров схем замещения и характеристик асинхронных двигателей / В. Ф. Сивокобыленко, С. Н. Ткаченко, С. В. Деркачев // Электричество. - 2014. - № 10. - С. 38-43.

116. Математическое моделирование переходных процессов погружных асинхронных электрических двигателей / Е. Г. Андреева [и др.] // Омский научный вестник. - 2012. - № 1 (107). - С. 205-207.

117. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи : учебник / Л. А. Бессонов. - 11-е изд., изд. - Москва : Гардарики, 2007. - 701 с.

118. Стародубцев, Ю. Н. Теория и расчет трансформаторов малой мощности / Ю. Н. Стародубцев. - Москва : ИП РадиоСофт, 2005. - С. 320.

119. Nonlinear transformer model for circuit simulation / J. H. Chan [et al.] // IEEE Trans. Comput. Des. Integr. Circuits Syst. - 1991. - Vol. 10. - № 4. - P. 476-482.

120. Deane, J. Modeling the dynamics of nonlinear inductor circuits / J. Deane // Magn. IEEE Trans. - 1994. - Vol. 30. - № 5. - P. 7.

121. Электрические системы, Т. 4. Электрические расчеты, программирование и оптимизация режимов / В. А. Веников [и др.] ; ред. В. А. Веников. - Москва : Высш. школа, 1973. - 320 с.

122. Гуревич, Ю. Е. Устойчивость нагрузки электрических систем / Ю. Е. Гуревич, Л. Е. Либова, Э. А. Хачатрян. - Москва : Энергоиздат, 1981. - 208 с.

123. Репина, Ю. В. Устойчивость промышленных электротехнических систем с асинхронными и синхронными электроприводами : автореферат дис. ... канд. технических наук : 05.09.03 / Ю. В. Репина. - Москва, 2005. -22 с.

124. Martianov, A. S. Ride-through solutions: Classification and comparison / A. S. Martianov, V. V. Sushkov // 2016 Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). - IEEE, 2016. - С. 1-4.

125. Мартьянов, А. С. Повышение устойчивости по напряжению : классификация и сравнение мероприятий / А. С. Мартьянов, В. В. Сушков // Динамика систем, механизмов и машин. - 2016. - № 1. - С. 119 - 122.

126. Мартьянов, А. С. Разработка методики оценки эффективности мероприятий повышения динамической устойчивости по напряжению / А. С. Мартьянов, В. В. Сушков // Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России. - Москва : РГУ нефти и газа (НИУ) им. И. М. Губкина, 2016. - 337 с.

127. Михайлов, Г. А. Численное статистическое моделирование. Методы Монте-Карло / Г. А. Михайлов, А. В. Войтишек. - Москва : Академия, 2006.

- 368 с.

128. Коссов, В. В. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов / В. В. Коссов, В. Н. Лившиц, А. Г. Шахназаров.

- 2-е изд. - Москва : Экономика, 2000. - 421 с.

129. Фрайштетер, В. П. Выбор экономически обоснованного сечения проводов и жил кабелей линий электропередачи при проектировании / В. П. Фрайштетер, А. С. Мартьянов // Нефтяное хозяйство. - 2011. - № 4. - С. 117-121.

130. Зуев, Э. Н. К вопросу об актуализации нормативов на экономическую плотность тока / Э. Н. Зуев // Электро. - 2002. - № 6. - С. 39-45.

131. Фрайштетер, В. П. Выбор экономически обоснованного сечения проводов и жил кабелей линий электропередачи при проектировании / В. П. Фрайштетер, А. С. Мартьянов // Энергетика Тюменского региона. - 2011. -№ 2(52). - С. 53-59.

132. Зуев, Э. Н. Выбор основных параметров линий электропередачи районных сетей в современных условиях / Э. Н. Зуев. - Москва : Информэлектро, 2003. - 65 с.

133. Кудрин, Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий / Б. И. Кудрин. - 2-е изд. изд. - Москва : Интермет Инжиниринг, 2006. - 672 с.

134. Лосев, Ф. А. Оценка влияния сечения питающего кабеля на устойчивость погружного электродвигателя / Ф. А. Лосев, А. С. Мартьянов // Новые технологии - нефтегазовому региону : материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Тюмень, 2017. - С. 229-232.

135. Мартьянов, А. С. Создание отказоустойчивой системы питания установок электроцентробежных насосов с частотно-регулируемым приводом на основе современных накопителей энергии / А. С. Мартьянов, В. П. Фрайштетер, В. В. Сушков // Нефтяное хозяйство. - 2017. - № 4. - С. 109-112.

136. Мартьянов, А. С. Применение накопителей энергии для повышения динамической устойчивости электропогружных установок добычи нефти / А. С. Мартьянов, Ф. А. Лосев, В. В. Сушков // Промышленная энергетика. -2018. - № 1. - С. 7-12.

137. Мартьянов, А. С. Обоснование технических решений для повышения динамической устойчивости установок добычи нефти с электрическими центробежными насосами / А. С. Мартьянов, В. В. Сушков // Омский научный вестник. - 2017. - № 6 (156). - С. 105-111.

138. Гарганеев, А. Г. Системы аварийного электроснабжения ответственных потребителей переменного тока : учебное пособие для студентов высших учебных заведений / А. Г. Гарганеев. - Томск : Изд-во Томского политехнического ун-та, 2011. - 189 с.

139. El-gammal, M. A. Dynamic Voltage Restorer ( DVR ) for Voltage Sag Mitigation / M. A. El-gammal, A. Y. Abou-ghazala, T. I. El-shennawy // Int. J. Electr. Eng. Informatics. - 2011. - Vol. 3. - № 1. - P. 1-11.

140. Ghosh, A. Design of a Capacitor-Supported Dynamic Voltage Restorer ( DVR ) for Unbalanced and Distorted Loads / A. Ghosh, A. K. Jindal, A. Joshi // IEEE Trans. power Deliv. - 2004. - Vol. 19. - № 1. - P. 405-413.

141. Сушков, В. В. Особенности обеспечения динамической устойчивости установок электроцентробежных насосов с частотно-регулируемым приводом / В. В. Сушков, А. С. Мартьянов // Динамика систем, механизмов и машин. - 2014. - № 1. - С. 354-357.

142. Ramli, M. A. M. Economic analysis of PV/diesel hybrid system with flywheel energy storage / M. A. M. Ramli, A. Hiendro, S. Twaha // Renew. Energy. - 2015. - Vol. 78. - P. 398-405.

143. Ершов, М. С. Методы оценки надежности и независимости источников питания в системах промышленного электроснабжения / М. С. Ершов, А. В. Егоров, В. А. Анцифоров // Промышленная энергетика. - 2014. - № 1. -С. 2-6.

144. Sushkov, V. V. Specific of Ride Through Solutions for Electric Submerisible Pumps with Adjustable Speed Drive / V. V. Sushkov, A. S. Martianov // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). -Omsk: IEEE, 2014. - P. 1-4.

145. Carnovale, D. J. Price and Performance Considerations for Backup Power and Ride-Through Solutions / D. J. Carnovale, A. Chiste, P. E. Blooming // Power Systems World 2004 Conference. - 2004. - P. 16-18.

146. Сушков, В. В. Бесперебойное электроснабжение УЭЦН / В. В. Сушков, А. С. Мартьянов // Информационные ресурсы в образовании : материалы Международной научно-практической конференции (г. Нижневартовск, 17 - 19 апреля 2013 г.) / ред. Т. Б. Казиазмедов. -Нижневартовск, 2013. - С. 176-178.

147. Устройство гарантированного питания управляемого привода электродвигателей ответственных механизмов : пат. 163553 RU : МПК H02J 9/06 (2006.01) / Сушков В.В., Мартьянов А.С. - № заявки 2015138527/07; опубл. 27.07.2016.; Бюл. № 21 - С. 2.

Приложение А. Патент на полезную модель

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(.9) руИ.)

163 553(,3) и1

(51) МПК

НОУ 9/06 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

СО ю ю со

«О

3

и.

(12) титульный лист описания полезной модели к патенту

(21X22) Заявка: 2015138527/07, 09.09.2015

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 09.09.2015

Приоритет! ы):

(22) Дата подачи и явки: 09.09.2015

(45) Опубликовано: 27.07.2016 Бюл. № 21

Адрес для переписки:

625000, г. Тюмень, ул. Володарского. 38, ТИУ. управление НИР, Шаруха Е И

(72) Автор« ы):

Сушков Валерий Валентинович (Яи), Мартьянов Антон Сергеевич (Яи)

(73) Патснтообладатсль(и): Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) (1Ш)

(54) УСТРОЙСТВО ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ПРИВОДА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТВЕТСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ

(57) Формула полезной модели Устройство гарантированного питания управляемого привола электролвигателей ответственных механизмов состоит из системы управления, источника резервного питания, содержащего выпрямитель с входным фильтром для снижения отрицательного влияния на питающую сеть, накопитель энергии (например блок ионисторов), датчик напряжения звеньев постоянного тока преобразователей частоты электродвигателей ответственных механизмов, датчик напряжения источников питания, шины постоянного тока для подключения через диод плюсового вывода звена постоянного тока преобразователей частоты электродвигателей ответственных механизмов, отличающееся тем. что содержит дополнительно второй подобный источник резервного питания, причем источником питания первого источника резервного питания (питающего первую группу электродвигателей) является второй источник электроснабжения, а источником питания второго источника резервного питания (питающего вторую группу электродвигателей) - первый источник электроснабжения, а плюсовой вывод звена постоянного тока преобразователя частоты первой группы электролвигателей подключен через диод к шине постоянного тока первого источника резервного питания, а второй группы электродвигателей - второго источника резервного питания, датчики напряжения снимают показания со звеньев постоянного тока преобразователей частоты и накопителя энергии, а их выход подключен к входу системы управления, первый датчик напряжения снимает показания напряжения первого источника электроснабжения, а второй - второго, их выходы подключены к входу блока управления, управляющие выходы системы управления подключены к входам выпрямителей резервного источника питания.

73 С

0> оо СП

сл со

Сл> 1

Crp- J

Приложение Б. Акты внедрения диссертационного исследования

Щ ГИПРОТЮМЕННЕФТЕГАЗ

ПУБЛИЧНОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

«ТЮМЕНСКИЙ ПРОЕКТНЫЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ИМ. В.И. МУРАВЛЕНКО»

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы на соискание учёной степени кандидата технических наук Мартьянова Антона Сергеевича

Настоящим актом подтверждается факт использования результатов диссертационной работы выполненной Мартьяновым Антоном Сергеевичем.

Результаты исследований являются актуальными для производственной деятельности компании ПАО «Гипротюменнефтегаз»:

разработан многомерный показатель, характеризующий устойчивость узла электрических нагрузок;

обоснованы структура и алгоритм функционирования устройства гарантированного питания управляемых приводов погружных электродвигателей УЭЦН куста нефтяных скважин;

обоснованы критерии выбора оптимальных (по минимуму суммарных дисконтированных затрат, с учетом ущерба от остановок по причине потери устойчивости) сечения кабельной линии, питающей ПЭД УЭЦН, и запаса энергии накопителей, учитывающие распределение количества возмущений напряжения в координатах глубины и длительности.

Результаты и рекомендации диссертационной работы приняты к использованию при выборе сечений кабельных линий напряжением выше 1 кВ, а также при обосновании целесообразности установки БАВР на реконструируемых и вновь проектируемых подстанциях 35/6(10) кВ.

Использование разработанных критериев обоснования технических решений по повышению динамической устойчивости погружных электродвигателей и выбора сечений кабельных линий позволяют обеспечить рациональный расход средств на строительство и эксплуатацию объектов нефтедобычи, учитывая снижение потерь добычи нефти, вызванных кратковременными нарушениями электроснабжения.

М.А. Суслов 46-53-04

Директор по проектировани

В.Е. Бояркин

625000 г Тюмень, ул. Республики, 62 тел [phone], 25-75-31 факс: [phone], 46-36-80

Е-таП: [e-mail] www.gtng.ru ИНН 7202017289 КПП 720350001 ОГРН 1027200880343 ОКПО 00147329

Л

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «САМОТЛОРНЕФТЕГАЗ»

(АО «Самотлорнефтегаз»)

Путам* Одаю* щрес г" Л«нин».а 4. г Нюмздгма. Тшпаж Лесть. Ш&О Ом 628606 1ел«к» (3466) 62 20-24. фш 13466162 21-99. е-тЫ NVWGrfoerosMft.ni (ЖПО 41248781. ОГРН 1028600940576. ИНН 6603089934'КПП 99715С001

Ol №

не № от

АКТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ на соискание учёной степени кандидата технических наук «Разработка и обоснование технических решений повышения устойчивости по напряжению электротехнических комплексов установок добычи нефти с

центробежными насосами» Мартьянова Антона Сергеевича

Мы, ниже подписавшиеся, начальник управления электротехнического оборудования АО «Самотлорнефтегаз» Гусев Г.С., заместитель начальника управления электротехнического оборудования АО «Самотлорнефтегаз» Пущин Р.В., главный специалист отдела электротехнического оборудования АО «Самотлорнефтегаз» Небилович И.С., составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Мартьянова A.C. внедрены в производственную деятельность АО «Самотлорнефтегаз».

Результаты исследований являются актуальными для производственной деятельности компании АО «Самотлорнефтегаз»:

1) классифицированы причины нарушений электроснабжения и технические решения для повышения динамической устойчивости УЭЦН;

2) разработан алгоритм и способ построения кривой динамической устойчивости узла нагрузки с асинхронными электродвигателями электротехнической системы нефтяного месторождения для принятия решения о необходимости реализации технических решений для повышения динамической устойчивости;

3) разработан экономический критерий выбора технического решения для повышения динамической устойчивости УЭЦН на основе анализа статистики кратковременных снижений напряжения и ее влияния на запас устойчивости по напряжению;

4) разработан экономический критерий выбора сечений кабельных линий электропередачи 6-20 кВ по минимуму капитальных и эксплуатационных затрат с учетом потерь электроэнергии и изменения запаса устойчивости по напряжению методом прямого технико-экономического сравнения вариантов. Разработанные в диссертации Мартьянова A.C. экономические критерии выбора сечений кабельных линий и технических решений по повышению устойчивости по напряжению погружных электродвигателей (ПЭД) позволяют снизить