Совершенствование защиты от импульсных перенапряжений электротехнического комплекса погружных установок электроцентробежных насосов добычи нефти тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Сухачев Илья Сергеевич

• Сухачев Илья Сергеевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Сухачев Илья Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ АВАРИЙНОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПОГРУЖНЫХ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ДОБЫЧИ НЕФТИ В СОСТАВЕ «ТРАНСФОРМАТОР - ПИТАЮЩИЙ КАБЕЛЬ - ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ» ВСЛЕДСТВИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

1.1 Электрооборудование технологического процесса добычи нефти

1.2 Схемы электроснабжения УЭЦН

1.3 Характеристика изоляции системы Т-К-ПЭД УЭЦН

1.4 Классификация импульсных перенапряжений, воздействующих на изоляцию электрооборудования системы Т-К-ПЭД УЭЦН, и их последствия

1.5 Аварийность электрооборудования системы Т-К-ПЭД УЭЦН

Выводы по главе

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ РАСХОДА РЕСУРСА ИЗОЛЯЦИИ СТАТОРНЫХ ОБМОТОК ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

2.1 Оценка эффективности эксплуатации ПЭД

2.2 Вероятностная оценка эксплуатационной надежности системы «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель» на нефтяных месторождениях Западной Сибири

2.3 Разработка алгоритма оценки риска отказа в нефтедобыче в условиях недостаточной информации об отказах ПЭД

2.4 Разработка методики и диагностической системы оценки остаточного

ресурса изоляции ПЭД при импульсных перенапряжениях

Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОМ, ИМИТАЦИОННОМ МОДЕЛЕЙ И АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В УЗЛАХ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПОГРУЖНОЙ УСТАНОВКИ ДОБЫЧИ НЕФТИ

3.1 Разработка математической модели расчета импульсных перенапряжений в системе «трансформатор - питающий кабель - электродвигатель»

3.2 Построение «резонансной» кривой для элементов схемы электропитания электротехнического комплекса УЭЦН

3.3 Разработка имитационной модели электротехнической системы «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель» и методики частотного анализа

3.4 Исследование работоспособности электротехнической системы «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель» в различных режимах, при импульсных перенапряжениях в среде MATLAB Simulink

3.5 Выводы по главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ВНУТРИСКВАЖИННЫХ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ДЛЯ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ, СНИЖАЮЩИХ РАСХОД РЕСУРСА ИЗОЛЯЦИИ СТАТОРНЫХ ОБМОТОК ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

4.1 Пути повышения надежности эксплуатации УЭЦН

4.2 Совершенствование устройств защиты от перенапряжений и возможные точки их размещения в схемах электроснабжения УЭЦН

4.3 Совершенствование системы заземления в схемах электропитания УЭЦН

4.4 Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование защиты от импульсных перенапряжений электротехнического комплекса погружных установок электроцентробежных насосов добычи нефти»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Основная часть оборудования, которая в Российской Федерации используется для добычи нефти, размещена в районах с особыми природно-климатическими условиями: большое удельное сопротивление грунтов, интенсивное гололедообразование, высокая интенсивность грозовой деятельности. В настоящее время в электротехнических комплексах нефтегазодобывающих предприятий (НГДП) имеет место высокая аварийность, обусловленная воздействием на изоляцию электрооборудования внешних (атмосферных) и внутренних перенапряжений. Погружной питающий кабель, погружной электрический двигатель (ПЭД) имеют недостаточную защиту от внешних и внутренних перенапряжений. Так, почти 58 % аварийных ситуаций возникают из-за электрического пробоя обмоток в пазу статора, что связано со старением изоляции и перегревом статорного железа; 14 % - из-за отказа, обусловленного снижением сопротивления изоляции обмоток статора ПЭД; 11 % - из-за электрического пробоя одного из самых уязвимых элементов в конструкции электродвигателя - узла токоввода.

Погружные электрические двигатели установок электрических центробежных насосов (УЭЦН), являясь одним из основных элементов электротехнического комплекса, обеспечивающего привод электрического центробежного насоса (ЭЦН), в значительной степени определяют надежность технологической системы в целом. Отказ ПЭД влечет за собой ущерб, связанный с недоотпуском нефти, затратами на восстановление технологического процесса и ремонт оборудования.

Поэтому повышение устойчивости к перенапряжениям, разработка методов, отечественных технических средств защиты от перенапряжений и обоснование превентивных мер предотвращения отказов в электротехническом комплексе погружных установок электроцентробежных насосов добычи нефти является актуальной проблемой.

Вышеуказанные вопросы разбирались в научных трудах следующих российских и зарубежных ученых: защита электрических сетей предприятий нефти и газа от перенапряжений: Ф.Х. Халилов, А.И. Таджибаев, В.Г. Гольдштейн; техника высоких напряжений: В. Бёк; электромагнитная совместимость и молниезащита в электроэнергетике: Э.М. Базелян, Г.Н. Александров, С.Л. Шишигин, М.В. Костенко, А.Ф. Дьяков; надежность погружных установок добычи нефти типа УЭЦН: В.В. Сушков, В.А. Ведерников.

Объектом исследования является электротехнический комплекс нефтедобывающих скважин.

Предметом исследования является аварийность системы «трансформатор -питающий кабель - погружной электродвигатель» вследствие воздействия импульсных перенапряжений.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы математического анализа, основы теории вероятностей, имитационного моделирования схем электроснабжения УЭЦН. Математическое и имитационное моделирование проводилось в программной среде МмИЖогк Ма^аЪ.

Цель диссертационной работы заключается в повышении надежности электротехнического комплекса погружных установок электроцентробежных насосов добычи нефти при импульсных перенапряжениях в системе «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель».

Основные задачи исследования:

1. Провести анализ аварийности электротехнического комплекса погружных установок электроцентробежных насосов добычи нефти в составе «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель» вследствие импульсных перенапряжений.

2. Разработать методику оценки расхода ресурса изоляции статорных обмоток погружного электродвигателя при импульсных воздействиях и риска отказа при выработке ресурса изоляции.

3. Разработать модель расчета перенапряжений в системе «трансформатор -питающий кабель - погружной электродвигатель».

4. Разработать внутрискважинные устройства защиты от перенапряжений и устройства заземления для вечномерзлых грунтов, снижающие расход ресурса изоляции статорных обмоток погружного электродвигателя.

Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы подтверждается корректным использованием положений теории электрических цепей, математического анализа, теории электрических машин, теории вероятности, имитационного моделирования схем электроснабжения УЭЦН.

Результаты исследования прошли рецензирование в научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Исходные данные получены из реальных отчетов по неисправностям и отказам электрических сетей и погружного электрооборудования, выполненных организациями, имеющими соответствующее лицензирование, с участием аттестованных специалистов на сертифицированном оборудовании.

Научная новизна. На основании выполненной работы получены следующие результаты:

1. Разработана методика оценки расхода ресурса изоляции статорных обмоток погружного электродвигателя, основанная на результатах анализа энергии импульсных перенапряжений, риска отказа и прогнозирования остаточного ресурса изоляции.

2. Разработаны математическая и имитационная модели для расчета импульсных перенапряжений в системе «трансформатор - питающий кабель -погружной электродвигатель», основанные на анализе широкого спектра частот импульсных воздействий, необходимые для выбора защитной аппаратуры и конкретизации места ее установки.

3. Определены и подтверждены зависимости величин напряжений и токов по элементам системы «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель» от длины питающего кабеля, изменения сопротивления системы заземления и места установки защитного оборудования.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика оценки остаточного ресурса изоляции статорной обмотки ПЭД в составе системы «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель», подверженной импульсным перенапряжениям, которая включает в себя: оценку расхода ресурса, определяемая параметрами -количеством импульсных перенапряжений и энергии импульса и выражается в относительных единицах; прогнозирование ресурса изоляции, на основе искусственной нейронной сети; оценку риска, которая производится на основе нечеткой логики.

2. Результаты расчета кратностей импульсных перенапряжений, частотных и временных характеристик напряжения и тока в узлах системы «трансформатор -питающий кабель - погружной электродвигатель», полученные на основе разработанной имитационной модель в программной среде МЛТЬЛБ БтыПпк, с учетом мест установки защитных устройств и заземления.

3. Варианты внутрискважинных устройств защиты от перенапряжений и устройств заземления для вечномерзлых грунтов и обоснование мест их установки в электротехническом комплексе «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель».

Практическая ценность результатов.

1. Получено комплексное решение по защите погружного электрооборудования, позволяющее обеспечить безотказную систему электроснабжения УЭЦН в условиях воздействия импульсных перенапряжений.

2. Разработаны конструкции внутрискважинных устройств защиты от перенапряжений, новизна и приоритетность которых подтверждены патентами на полезные модели №159922, №165160; разработаны конструкции устройств заземления для вечномерзлых грунтов, новизна и приоритетность которых подтверждены патентами на полезные модели №163552, №163558, №170150; разработана программа расчета молниезащиты и заземления №2014614079.

Личный вклад соискателя состоит в постановке и реализации задач исследования, сборе и обработке статистических данных, формулировке основных

положений научной новизны и практической значимости, разработке модели, выполнении расчетов, создании методики определения частотных характеристик напряжения в узлах эквивалентной схемы электропитания УЭЦН с учетом насыщения магнитной цепи силового трансформатора как элемента электротехнического комплекса УЭЦН, создании методики оценки технического состояния элементов электротехнического комплекса «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель», разработке внутрискважинных устройств защиты от перенапряжений и устройств заземления для вечномерзлых грунтов, внедрении полученных результатов.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Рассматриваемая область исследования эксплуатации элементов электротехнического комплекса «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель» при воздействии импульсных перенапряжений соответствует паспорту специальности 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, а именно: п. 1 «Развитие общей теории электротехнических комплексов и систем, изучение системных свойств и связей, физическое, математическое, имитационное и компьютерное моделирование компонентов электротехнических комплексов и систем»; п. 4 «Исследование работоспособности и качества функционирования электротехнических комплексов и систем в различных режимах, при разнообразных внешних воздействиях».

Реализация и внедрение результатов работы. Акты об использовании и внедрении результатов диссертационной работы приведены в приложениях.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на следующих научных мероприятиях: Региональная научно-практическая конференция студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов «Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе» (Тюмень, 2011г.); Региональная научно-практическая конференция студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов «Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе» (Тюмень, 2012г.); Всероссийская научно-практическая конференция

студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов «Новые технологии -нефтегазовому региону» (Тюмень, 2013г.); I Всероссийская научно-практическая конференция «Современное состояние и перспективы развития электротехнических средств, радиотехнических систем и комплексов» (Тюмень, 2014г.); VI Международная научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2014г.); VI Международная научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (ВДНХ, Москва, 2014г.); V Международная научно-практическая конференция «Культура, наука, образование: проблемы и перспективы» (Нижневартовск, 2016г.); XI Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2016г.); Слет молодых инноваторов, изобретателей и рационализаторов регионов России (Казань, 2016г.); X Международная IEEE научно-техническая конференция «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2016г.); VI Международная научно-практическая конференция «Культура, наука, образование: проблемы и перспективы» (Нижневартовск, 2017г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 17 печатных работах, из них 2 - статьи в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, 3 работы в изданиях, индексируемых в международных базах Web of Science и Scopus, 6 публикаций в других научных изданиях. Получено 5 патентов на полезную модель и зарегистрирована 1 программа для ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности (Роспатент). В публикациях в соавторстве личный вклад соискателя составляет более 50%.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, библиографического списка, включающего 96 наименований, в том числе 32 иностранных. Диссертация изложена на 131 странице машинописного текста, включает 42 рисунка, 7 таблиц, 4 приложения на 20 страницах.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ АВАРИЙНОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПОГРУЖНЫХ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ

НАСОСОВ ДОБЫЧИ НЕФТИ В СОСТАВЕ «ТРАНСФОРМАТОР -

ПИТАЮЩИЙ КАБЕЛЬ - ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ» ВСЛЕДСТВИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

1.1 Электрооборудование технологического процесса добычи нефти

В настоящее время в электротехнических комплексах нефтегазодобывающих предприятий (НГДП) Западной Сибири имеет место высокая аварийность (до 40 % от общего числа аварийных отключений) вследствие воздействия на изоляцию электрооборудования импульсных перенапряжений [17, 56, 64, 83, 87, 88, 96]. При этом основная часть электрооборудования, предназначенного для добычи нефти в Западной Сибири, эксплуатируется в районах с очень высоким удельным сопротивлением грунтов (10-104 Ом-м и более) и интенсивностью грозовой деятельности от 40 до 60 часов в год. Также, отказы погружных электрических двигателей (ПЭД) и питающего их кабеля из-за снижения уровня и пробоя изоляции являются основной причиной останова погружной установки добычи нефти, что приводит к значительному ущербу.

Погружные электродвигатели являются одним из основных элементов установок электрических центробежных насосов в нефтедобывающей промышленности. Выход из строя ПЭД является одной из главных причин значительных непроизводственных потерь и снижения объема добычи нефти, что приводит к значительным финансовым издержкам. К основным неисправностям ПЭД относятся: межвитковые замыкания, повреждения подшипников, повреждение обмоток, дисбаланс ротора, износ и пробой изоляции, причем доля последних достигает 11 %. На технический ресурс изоляции ПЭД существенным образом влияют число импульсов и величина энергии внутренних и внешних перенапряжений, приводящих к пробою изоляции [81].

Таким образом, актуальной является задача определения реакции на импульсные перенапряжения в системе электропитания установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) добычи нефти и обоснование мероприятий по усовершенствованию их защиты от импульсных перенапряжений.

Районы месторождений нефти и попутного нефтяного газа в Западной Сибири обладают рядом природно-климатических особенностей, основными из которых являются - высокое удельное сопротивление грунтов, выраженная избирательная поражаемость электротехнических комплексов и систем грозовыми разрядами. Число аварийных отключений УЭЦН, вызванных внешними (атмосферными) перенапряжениями, составляет 7..30 отключений на 100 грозовых часов. Кроме того, эксплуатация электрооборудования происходит при частых коммутациях, которые приводят к внутренним перенапряжениям, в том числе из-за отсутствия эффективного оборудования защиты от перенапряжений. Отказ системы «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель» (Т-К-ПЭД), входящей в состав УЭЦН, сопровождается ущербом, связанным с простоем погружного электрооборудования.

Основные российские предприятия добычи нефти и газа располагаются в районах Западной Сибири. Они оборудованы электроприемниками, подавляющая часть которых, согласно ПУЭ, имеет первую или вторую категорию [7]. На территории Западной Сибири ведут добычу углеводородов крупнейшие нефтегазодобывающие предприятия: ПАО «Татнефть», ОАО «Сургутнефтегаз», ПАО «НК «Роснефть», ПАО «ЛУКОЙЛ», ПАО «Газпром нефть», ОАО «НГК «Славнефть», ПАО «НОВАТЭК» и др.

Технологический процесс добычи нефти является достаточно сложным, нарушение которого способно привести к серьезной потере нефти, а в ряде случаев к выходу из строя отдельного узла, в частности, скважины. Таким образом, к системе электроснабжения нефтепромыслов предъявляются жесткие технические требования. В условиях Западной Сибири к электроприемникам I категории (приемники, которые должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников, а перерыв электроснабжения для них допускается лишь

на время автоматического включения резервного питания) относятся: компрессорные станции для газлифтного способа добычи нефти, центральные пункты сбора и подготовки нефти, кустовые насосные станции для заводнения пластов, кусты эксплуатационных скважин с механизированной добычей нефти, дожимные нефтеносные станции производственного водоснабжения объектов с электроприемниками I категории, противопожарные насосы, электроприемники систем телемеханики, связи, вычислительных центров. К электроприемникам II категории нефтепромыслов (потребители, питание которых осуществляется по двум линиям; однако в этом случае допускается на время ремонта питание по одной линии или от одного трансформатора) в Западной Сибири относятся: насосные станции производственного водоснабжения других объектов, одиночные работающие скважины с механизированной добычей нефти, насосные станции промканализации, буровые установки с электроприводом для скважин глубиной 3000 м и более, электроприемники промбаз, складов и др. И, наконец, к электроприемникам III категории нефтепромыслов в Западной Сибири относятся насосы нефтеловушек.

Ключевое место в технологическом процессе добычи нефти занимает система Т-К-ПЭД, предусматривающая вариативность схемы электроснабжения УЭЦН.

1.2 Схемы электроснабжения УЭЦН

Электрооборудование нефтеносных районов получает электроэнергию от энергосистем с напряжением 110-220 кВ. На распределительных подстанциях установлены трансформаторы, понижающие напряжение до 6 или 10 кВ. Питание потребителей 6 или 10 кВ, в частности мощных электродвигателей, осуществляется с помощью силовых трехжильных кабельных линий. Прочие потребители получают электроэнергию через соответствующие трансформаторные подстанции. На ряде электроустановок напряжение 0,4 кВ снижается до десятков вольт для

питания специального оборудования, такого как цепи управления, контроля и сигнализации. Особое место занимают погружные электродвигатели, напряжение питания которых в основном не соответствует ни основному, ни вспомогательному ряду напряжений переменного тока по ГОСТ 23366-78 [3].

В однотрансформаторной схеме электроснабжения ПЭД, изображенной на рисунке 1.1, использован трехобмоточный трансформатор (Т). Обмотки высокой стороны рассчитаны на 6 или 10 кВ, обмотки среднего напряжения определяются рабочим напряжением погружного электродвигателя (ираб) и обмотки низкого напряжения, питающие станции обслуживания технологического агрегата, рассчитаны на 0,4 кВ. Электропитание ПЭД (М) выполняется через выключатель и питающий кабель Со стороны высокого напряжения трансформатор защищен нелинейным ограничителем перенапряжений (ОПН) (Ц), который устанавливается на воздушных линиях (ВЛ).

Рисунок 1.1 - Однотрансформаторная схема электроснабжения ПЭД

Отличием схемы электроснабжения ПЭД, представленной на рисунке 1.2, является наличие трансформаторов (Т1) и (Т2). Первый трансформатор (Т1) 6(10)/0,4 кВ предназначен для питания станции обслуживания и иной нагрузки собственных нужд. Второй трансформатор (Т2) повышает напряжение с 0,4 кВ до рабочего напряжения (ираб) погружного электродвигателя.

А/

N

0,4 кВ

\ У [ ]

W

ВЛ 6 (10) кВ -Т1— -Т2- Q

I

0,4 кВ

1

ираб

М

Рисунок 1.2 - Двухтрансформаторная схема электроснабжения ПЭД

В обеих упомянутых схемах обмотка 6(10) кВ трансформаторов защищена ОПН. Аппаратные или иные способы защиты обмоток 0,4 кВ и рабочего напряжения (Upa6) не предусмотрены. Вместе с тем в обеих схемах на стороне 0,4 кВ и рабочего напряжения (Upa6) могут иметь место импульсные перенапряжения, опасные для изоляции. Поскольку в схеме электроснабжения УЭЦН система Т-К-ПЭД не имеет резервного источника электропитания, она в наибольшей степени определяет влияние на надежность технологического процесса в целом.

При обустройстве месторождений нефти и газа широкое применение нашли комплектные трансформаторные подстанции блочного исполнения (КТПБ) отечественного и зарубежного производства.

Основой формирования специальных КТП - КТПП (комплектные трансформаторные подстанции передвижного исполнения) выступили следующие потребители: погружные электродвигатели, работающие на различных глубинах; компактные блоки, в которых помимо аппаратуры распределения электроэнергии располагаются и станции управления, и аппаратура механизмов ремонта скважин. Эти подстанции мощностью 63 - 400 кВА служат для приема и преобразования электроэнергии, управления и защиты одиночных ПЭД мощностью от 14 до 180 кВт. Для электроснабжения ПЭД на кустах скважин используются КТП типа КТППН - 400 - 6(10)/0,4 - 80 ХЛ 1 и КТППН - 630 - 6(10)/0,4 - 80 ХЛ 1.

Современные электродвигатели ПЭД представляют собой стальную трубу, диаметр которой несколько меньше нормального диаметра обсадных колонн.

Обычно эти электродвигатели имеют следующие диаметры: 96, 103, 117, 123, 130, 138, 180 мм; а также длину от 6 до 8 м, в зависимости от мощности.

Питание ПЭД осуществляется по плоскому или круглому кабелю, марки которых перечислены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Марки питающих кабелей ПЭД

Марка кабеля Тип кабеля Исполнение Длительно допустимая ^С нагрева жил

КПБК-90 круглый с медными жилами, с полиэтиленовой изоляцией, бронированный стальной оцинкованной лентой 90°С

КПБП-90 плоский

КлПпБК-120 круглый с медными жилами, с эмалевым подслоем изоляции, с полипропиленовой основной изоляцией, бронированный стальной оцинкованной лентой 120°С

КлПпБП-120 плоский

КПпБК-120 круглый с медными жилами, с полипропиленовой изоляцией, бронированный стальной оцинкованной лентой 120°С

КПпБП-120 плоский

КПпБК-125 круглый с медными жилами, с термостойкой полипропиленовой изоляцией, бронированный стальной оцинкованной лентой 125°С

КПпБП-125 плоский

КПпБкП-120 плоский с медными жилами, с термостойкой полипропиленовой изоляцией, бронированный лентой из коррозионностойкой стали 120°С

КПпБкП-125 плоский 125°С

КПпфвБК-130 круглый с медными жилами, с полипропиленовой изоляцией, с защитным покровом поверх изоляции из фторопластовой и поливинилхлоридной лент, бронированный стальной оцинкованной лентой 130°С

КПпфвБП-130 плоский

В связи с тяжелыми условиями эксплуатации погружного электрооборудования к его изоляции предъявляются повышенные требования.

1.3 Характеристика изоляции системы Т-К-ПЭД УЭЦН

В настоящее время меры защиты изоляции от импульсных перенапряжений основаны на определенных положениях, приведенных в соответствующих руководящих указаниях и правилах устройства электроустановок (ПУЭ), не учитывающие местную специфику природно-климатических условий, производства и подход к эксплуатации электроустановок, в том числе УЭЦН.

Для анализа аварийности электрооборудования из-за импульсных перенапряжений в сетях 0,22^35 кВ необходимо составить более точное представление о соответствующих уровнях изоляции. В настоящее время «истинные» уровни изоляции, например, пробивное напряжение для внутренней изоляции силовых трансформаторов, недостаточно изучены. Поэтому они косвенно характеризуются нормированными ГОСТом испытательными напряжениями грозовых и внутренних импульсов, а также нормированным испытательным напряжением при промышленной частоте. Для нестандартных асинхронных электродвигателей для откачки нефти и пластовой жидкости из скважины и закачки воды в пласт допустимая кратность перенапряжений определяется по формуле [43]:

Кдоп = (1,6 • итм+0,8)-Тз/ имр (1.1)

где и - максимальное рабочее напряжение сети, для погружных электродвигателей имр = 1,2 • ин0м; ин£Ш - номинальное напряжение ПЭД.

Изоляция электрооборудования 0,4 кВ до настоящего времени подробно не исследована и определяется не только рабочим напряжением и перенапряжениями, но и механической прочностью электропроводки и монтажом электрооборудования. По данным зарубежных и отечественных источников для изоляции считается допустимым импульс с амплитудой до 2 кВ, если к сети не

подключено электронное оборудование, и до 1 кВ, если подобное оборудование подключено к сети.

В состав электроустановок НГДП входят различные виды электрооборудования: трансформаторы тока и напряжения, выключатели, конденсаторы, силовые трансформаторы, электродвигатели, синхронные компенсаторы и другие приборы различного технологического назначения. Поэтому в большинстве случаев уровень изоляции линий определяется изоляцией перечисленных видов электрооборудования.

Анализ отказов погружного электрооборудования ОАО «Самаранефтегаз» за более чем пятилетний период наблюдений позволил выявить основные причины их возникновения. Согласно статистике, почти 58 % аварийных ситуаций связано с электропробоем обмотки в пазу статора, обусловленным старением изоляции и перегревом статорного железа, 14 % отказов - со снижением сопротивления изоляции, а 11 % - с электропробоем токоввода как одного из самых уязвимых узлов в конструкции электродвигателя. Отказы, возникающие вследствие механических повреждений, составляют менее 7 %, что на порядок меньше, чем количество электроотказов.

1.4 Классификация импульсных перенапряжений, воздействующих на изоляцию электрооборудования системы Т-К-ПЭД УЭЦН, и их последствия

Все виды электрооборудования, линии электропередач, а также цепи управления в эксплуатации подвергаются внешним и внутренним скачкам напряжения и тока, называемыми перенапряжениями и сверхтоками (токами короткого замыкания) соответственно. Внешние перенапряжения и помехи возникают главным образом при ударах молнии в объекты или в места, находящиеся в опасной близости от них. Внутренние перенапряжения и помехи от них имеют место при любых колебаниях электромагнитной энергии, запасенной внутри электрической цепи или поступающей от внешних электрических

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сухачев Илья Сергеевич, 2018 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ГОСТ 1516.3-96. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции. - Введ. 1999-0101. - Москва : Госстандарт, 1998. - 49 с.

2. ГОСТ 18058-80. Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые погружные серии ПЭД. Технические условия. - Введ. 1981-06-30. - Москва : Госстандарт, 1987. - 47 с.

3. ГОСТ 23366-78. Ряды номинальных напряжений постоянного и переменного тока [Электронный ресурс]. - Введ. 1980-01-01. - Режим доступа : http://docs.cntd.ru/document/gost-23366-78.

4. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения [Электронный ресурс]. - Введ. 2014-07-01. -Режим доступа : http://docs.cntd.ru/document/1200104301.

5. ГОСТ Р 50571.5.54-2013. Электроустановки низковольтные. Часть 5-54. Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов. - Введ. 2015-01-01. - Москва : Стандартинформ, 2014. - 26 с.

6. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций : СО 153-34.21.122-2003 : утв. М-вом энергетики Рос. Федерации 30.06.2003. - Санкт-Петербург : ДЕАН, 2005. - 64 с.

7. Правила устройства электроустановок. - 7 изд., перераб. и доп. -Екатеринбург : Модуль, 2013. - 672 с.

8. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи : учебник для бакалавров / Л. А. Бессонов. - 12-е изд., исправ. и доп. - Москва : Издательство Юрайт. 2016. - 701 с.

9. Герман-Галкин, С. Г. Ма1ЬаЬ & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК / С. Г. Герман-Галкин. - СПб.: КОРОНА-Век, 2008. - 368 с.

10. Гладких, Т. Д. Динамика функциональной надежности нефтепромысловых электрических сетей / Т. Д. Гладких, В. В. Сушков, И. С. Сухачев // Динамика систем, механизмов и машин. - 2016. - Т. 3. - №2 1. - С. 76-80.

11. Горбань, А. Н. Обучение нейронных сетей / А. Н. Горбань. - Москва : СП Параграф, 1991. - 160 с.

12. Диагностика, повышение надежности и остаточный ресурс некоторых систем защиты / И. С. Сухачев [и др.] // Известия вузов «Нефть и газ». - Тюмень, 2015. - № 1. - С. 105-108.

13. Дьяконов, В. Ф. Математические пакеты расширения МАТЬЛВ : спец. справочник / В. Ф. Дьяконов, В. Ф. Круглов. - Санкт-Петербург : Питер, 2001. -480 с.

14. Защита электрических сетей предприятий нефти и газа от перенапряжений / Г. М. Иманов [и др.]. - Санкт-Петербург : ПЭИПК Минтопэнерго России, 1999. - 312 с.

15. Имитационное моделирование воздействия грозовых перенапряжений на электрическую сеть класса напряжений 35, 6 и 0,4 кВ / В. В. Сушков [и др.] // Культура, наука, образование: проблемы и перспективы : материалы V Международной научно-практической конференции. - Нижневартовск : НВГУ, 2017. - С. 163-166.

16. Кадочников, А. И. Аппроксимация основной кривой намагничивания параболической сплайн-функцией / А. И. Кадочников, Е. Б. Хан // Электромеханика. - 1991. - № 3. - С. 70-73.

17. Качесов, В. Е. Перенапряжения и их ограничение при отключении заторможенных электродвигателей вакуумными выключателями / В. Е. Качесов // Электричество. - 2008. - № 3. - С. 15-26.

18. Копырин, В. А. Устройство заземления для вечномерзлых грунтов / В. А. Копырин, И. С. Сухачев // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе : материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых учёных и специалистов. - Тюмень, 2015. - С. 48-51.

19. Круг, П. Г. Нейронные сети и нейрокомпьютеры : учебное пособие по курсу «Микропроцессоры» / П. Г. Круг. - Москва : МЭИ, 2002. - 176 с.

20. Круглов, В. В. Нейронные сети: конфигурации, обучение, применение / В. В. Круглов, В. В. Борисов, Е. В. Харитонов. - Смоленск, 1998. - 275 с.

21. Кузьменко, Н. И. К вопросу об аппроксимации основной характеристики намагничивания / Н. И. Кузьменко, Е. И. Гольдштейн // Электромеханика. - 1977. - № 7. - С. 760-764.

22. Куффель, Е. Техника и электрофизика высоких напряжений : учебно-справочное руководство / Е. Куффель, В. Цаенгль, Дж. Куффель ; под ред. И. П. Кужекина ; пер. с англ. - Долгопрудный : Интеллект, 2011. - 520 с.

23. Леоненков, А. В. Нечеткое моделирование в среде МАТЬАВ и fuzzyTECH / А. В. Леоненков. - Санкт-Петербург : БВХ-Петербург, 2005. - 736 с.

24. Манова, Н. А. Методы и модели исследования надежности электроэнергетических систем / Н. А. Манов [и др.] ; под ред. Н. А. Манова. -Сыктывкар, 2010. - 292 с.

25. Матюк, В. Ф. Математические модели кривой намагничивания и петель магнитного гистерезиса / В. Ф. Матюк, А. А. Осипов // Неразрушающий контроль и диагностика. - 2011. - № 2. - С. 3-20.

26. Медведев, В. С. Нейронные сети. МАТЪАВ 6 / В. С. Медведев, В. Г. Потемкин ; под ред. В. Г. Потемкина. - Москва : ДИАЛОГ-МИФИ, 2002. - 496 с.

27. Надежность, техническое обслуживание, ремонт и диагностирование нефтегазопромыслового оборудования / В. В. Сушков [и др.] ; под общ. ред. В. В. Сушкова. - Санкт-Петербург : Нестор, 2008. - 296 с.

28. Назарычев, А. Н. Справочник инженера по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электрических станций и сетей. Централизованное и автономное электроснабжение объектов, цехов, предприятий : учебно-практическое пособие / А. Н. Назарычев, Д. А. Андреев, А. И. Таджибаев. - Москва : Инфра-Инженерия, 2006. - 928 с.

29. Неклепаев, Б. Н. О риске в электроэнергетике / Б. Н. Неклепаев, А. А. Востросаблин // Промышленная энергетика. - 1999. - № 12. - С. 46-51.

30. Нефедов, В. И. Основы радиоэлектроники и связи: учебник для вузов / В. И. Нефедов - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Высш. шк., 2002. - 510 с.

31. Оценка остаточного ресурса изоляции погружного электродвигателя установок электрических центробежных насосов добычи нефти при воздействиях импульсных перенапряжений / В. В. Сушков [и др.] // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. - 2017. - Т. 328. - № 10. - С.74-80.

32. Пат. 159922 Российская Федерация, МПК Н 02 Н 7/09, F 04 С 14/00. Внутрискважинный ограничитель перенапряжений / Сушков В. В., Сухачев И. С. -№ 2015147686/07; заявл. 05.11.2015; опубл. 20.02.2016, Бюл. № 5. - 1 с.

33. Пат. 163552 Российская Федерация, МПК Н 01 R 4/66. Устройство заземления для вечномерзлых грунтов / Сухачев И. С., Смирнов О. В., Копырин В.

A. - № 2015147685/07 ; заявл. 05.11.2015 ; опубл. 27.07.2016, Бюл. № 21. - 1 с.

34. Пат. 163558 Российская Федерация, МПК Н 01 R 4/66. Устройство заземления с модулем термостабилизации / Сухачев И. С., Копырин В. А., Костоломов Е. М. - № 2016100800/07 ; заявл. 12.01.2016 ; опубл. 27.07.2016, Бюл. № 21. - 1 с.

35. Пат. 165066 Российская Федерация, МПК Н 01 Н 85/00. Самовосстанавливающийся предохранитель / Копырин В. А., Костоломов Е. М., Сухачев И. С., Портнягин А. Л. - № 2015157352/07; заявл. 30.12.2015; опубл. 10.10.2016, Бюл. № 28. - 1 с.

36. Пат. 165160 Российская Федерация, МПК Н 02 Н 7/09. Внутрискважинное устройство защиты от перенапряжений / Сушков В. В., Сухачев И. С. -№ 2016113107/07 ; заявл. 05.04.2016; опубл. 10.10.2016, Бюл. № 28. - 1 с.

37. Пат. 170150 Российская Федерация, МПК Н 01 R 4/66. Вертикальный заземлитель для вечномерзлых грунтов / Сухачев И. С., Смирнов О. В., Копырин

B. А. - № 2015157350; заявл. 30.12.2015; опубл. 17.04.2017, Бюл. № 11. - 1 с.

38. Пат. 2213270 Российская Федерация, МПК F 04 В 13/10, Б 04 В 15/00. Способ определения технического состояния электропогружных установок для

добычи нефти / Матаев Н. Н., Кулаков С. Г., Никончук С. А. - № 2001135903; заявл. 26.12.2001; опубл. 27.09.2003, Бюл. № 27. - 1 с.

39. Пат. 2276825 Российская Федерация, МПК Н 02 В 1/16, Н 01 Я 4/66. Способ выполнения заземления в многолетнемерзлых грунтах / Кобылин В. П., Бондарев Э. А., Ушаков В. Я., Седалищев В. А., Ли-Фир-Су Р. П. - № 2004116759; заявл. 01.06.2004; опубл. 20.05.2006, Бюл. № 14. - 10 с.

40. Пат. 2485660 Российская Федерация, МПК Н 02 К 5/12, Б 04 В 13/08. Погружной электродвигатель с повышенным коэффициентом мощности / Ибрагимов Н. Г., Заббаров Р. Г., Фаткуллин И. Д., Гарифуллин Р. И., Грабовецкий Д. С. - № 2011138868; заявл. 22.09.2011; опубл. 20.06.2013, Бюл. № 17. - 5 с.

41. Пат. 2532762 Российская Федерация, МПК О 01 Я 31/34. Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока / Жуковский Ю. Л., Таранов С. И. - № 2013135607; заявл. 29.07.2013; опубл. 10.11.2014, Бюл. № 31. - 8 с.

42. Пентегов, И. В.Универсальная аппроксимация кривых намагничивания электротехнических сталей / И. В. Пентегов, А. В. Красножон // Електротехшка i електромехашка. - 2006. - № 1. - С. 66-70.

43. Перенапряжения в сетях 6-35 кВ / Ф. А. Гиндуллин [и др.] - Москва : Энергоатомиздат, 1989. - 192 с.

44. Программа расчета молниезащиты и заземления. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014614079 Рос. Федерация / И. С. Сухачев. -№ 2014611508 ; заявл. 25.02.2014; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 15.04.2014 - 1 с.

45. Разработка имитационной модели и метода анализа воздействий внутренних и внешних перенапряжений на погружные установки электроцентробежных насосов добычи нефти / И. С. Сухачев [и др.] // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность! : материалы Всероссийской научно-технической конференции. - Омск : ОмГТУ, 2017. - № 1. - С. 170-174.

46. Сараев, П. В. Обучение искусственных нейронных сетей : учет линейно-нелинейной структуры / П. В. Сараев // Вестник молодых ученых. - 2002. - № 12. - Серия «Прикладная математика и механика». - Вып. 2. - С. 45-51.

47. Смирнов, О. В. О некоторых особенностях устройства заземления и расчета молниезащиты / О. В. Смирнов, И. С. Сухачев // Известия вузов. Нефть и газ. - 2014. - № 2. - С. 102-106.

48. Сухачев, И. С. Импульсные перенапряжения в системах защиты электротехнических комплексов / И. С. Сухачев, С. В. Воробьева // Известия вузов "Нефть и газ". - Тюмень, 2014. - № 2. - С. 102-106.

49. Сухачев, И. С. К вопросу повышения надежности погружного электродвигателя путем ограничения перенапряжений / И. С. Сухачев // Энергосбережение и инновационные технологии : материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых учёных и специалистов. - Тюмень : ТюмГНГУ, 2015. - С. 82-83.

50. Сухачев, И. С. Методика оценки энергии, воздействующей на изоляцию электрооборудования нефтяной скважины при импульсных перенапряжениях / И. С. Сухачев, С. В. Сидоров, В. В. Сушков // Омский научный вестник. - 2017. - № 6 (156). - С.87-91.

51. Сухачев, И. С. Повышение отказоустойчивости погружных электродвигателей при разнообразных внутренних и внешних воздействиях / И. С. Сухачев // Тезисы докладов XI Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» 8-10 февраля 2016 г., секция 6. «Автоматизация, моделирование и энергообеспечение технологических процессов нефтегазового комплекса» / ред. В. Г. Мартынов. -Москва : РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2016. - С. 41.

52. Сухачев, И. С. Общие вопросы и проблемы нормативной документации по молниезащите и заземлению на объектах топливно-энергетического комплекса / И. С. Сухачев, П. В. Чепур // Фундаментальные исследования. - 2016. - № 3. -С. 301-304.

53. Сухачев, И. С. Разработка программного алгоритма эффективной молниезащиты / И. С. Сухачев, П. В. Чепур // Фундаментальные исследования. -2014. - № 11. - С. 291-295.

54. Сухачев, И. С. Совершенствование защиты от импульсных перенапряжений в системе «Трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель» / И. С. Сухачев, С. В. Сидоров, В. В. Сушков // Промышленная энергетика. - 2017. - № 9. - С.7-12.

55. Сушков, В. В. Мероприятия повышения надежности эксплуатации УЭЦН при воздействиях внутренних и внешних перенапряжений / В. В. Сушков, И. С. Сухачев // Культура, наука, образование: проблемы и перспективы : материалы V Международной научно-практической конференции. - Нижневартовск : НВГУ, 2016. - С. 131-133.

56. Техника высоких напряжений: теоретические и практические основы применения / М. Бейер [и др.] ; под ред. В. П. Ларионова ; пер. с нем. - Москва : Энергоатомиздат, 1989. - 555 с.

57. Тутаев, Г. М. Алгоритмы энергоэффективного управления асинхронизированным вентильным двигателем : монография / Г. М. Тутаев. -Саранск, 2014. - 100 с.

58. Халилов, Ф. Х. Ограничители перенапряжений для защиты электрооборудования низкого, среднего и высокого напряжения предприятий нефти / Ф Х. Халилов. - Санкт-Петербург: Позитрон, 2007. - 44 с.

59. Хашимов, А. А. О кусочно-линейной аппроксимации кривой намагничивания индукционных преобразователей / А. А. Хашимов, И. В. Эрнст // Электротехника. - 2006. - № 7. - С. 40-43.

60. Холоднокатаные электротехнические стали : справ. изд. / Б. В. Молотилов [и др.] - Москва : Металлургия, 1989. - 168 с.

61. Черных, И. В. Моделирование электротехнических устройств в МАТЬАВ, SimPowerSystems и Simulink / И. В. Черных. - Москва : ДМК Пресс; Санкт-Петербург : Питер, 2008. - 288 с.

62. Черных, И. В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений / И. В. Черных; под общ. ред. В. Г. Потемкина. - Москва : ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. -496 с.

63. Шевчук, В. А. Сравнение методов диагностики асинхронного двигателя / В. А. Шевчук, А. С. Семёнов // Международный студенческий научный вестник. -2015. - № 3-4. - С. 419-423.

64. Электромагнитная совместимость и молниезащита в электроэнергетике : учебник для вузов / А.Ф. Дьяков [и др.]. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва : МЭИ, 2011. - 544 с.

65. Arbib, M. A. The handbook of brain theory and neural networks / M. A. Arbib. - Cambridge : MIT Press, 2003. - 1344 p.

66. Bishop, C. Neural Networks for Pattern Recognition / C. Bishop // Oxford: University Press, 1995. - P. 671-679.

67. Brinner, T. R. Transient-voltage aspects of grounding / T. R. Brinner, R. A. Durham // IEEE Transactions on Industry Applications. - 2010. - Vol. 46 (5). -P. 17961804.

68. Chu, S. R. Neural networks for system identification / S. R. Chu, R. Shoureshi, M. Tenorio // IEEE Control System Magazine. - 1990. - V. 10. - P. 31-35.

69. D'Emilia, G. Use of neural networks for quick and accurate autotuning of PID controller / G. D'Emilia, A. Marrab, E. Natalea // Robotics and Computer Integrated Manufacturing. - 2007. - V. 23. - P. 170-179.

70. Dillard, S. M. Transient voltage protection for induction motors including electrical submersible pumps / S. M. Dillard, T. D. Greiner // IEEE Transactions on Industry Applications. - 1987. - Vol. IA-23 (2). - P. 365-370.

71. Dillard, S. Transient voltage protection for induction motors including electrical submersible pumps / S. Dillard, T. Greiner // Record of Conference Papers -Annual Petroleum and Chemical Industry Conference, 1985. - P. 101-107.

72. Fox, G. C. Code generation by a generalized neural networks: general principles and elementary examples / G. C. Fox, J. G. Koller // Parallel Distributed Comput. 1989. - Vol. 6. - № 2. - P. 388-410.

73. Fusiek, G. Towards the development of a downhole optical voltage sensor for monitoring electrical submersible pumps / G. Fusiek, P. Niewczas, M. D. Judd // Sensors and Actuators, A: Physical. - 2012. - Vol. 184. - P. 173-181.

74. Haykin, S. Neural Networks: A Comprehensive Foundation / S. Haykin. - New York : Macmillan Publishing, 1994. - 478 p.

75. Hopfield, J. Neural Networks and Physical Systems with Emergent Collective Computational Abilities / J. Hopfield // Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 79. - 1982. - V. 79. - P. 2554-2558.

76. Klir, G. J. Fuzzy logic / G. J. Klir // IEEE Potentials. - 1995. - Vol. 14. - P. 10-15.

77. Kovalev, A. Yu. The parameter identification of submersible motors of electrical centrifugal pump units for oil production / A. Yu. Kovalev, Ye. M. Kuznetsov, V. V. Anikin // IEEE Control and Communications (SIBCON), 21-23 May 2015 International Siberian Conference. - P. 1-4.

78. Liu, X. Calculation of Lightning-Induced Overvoltages on Overhead Lines Based on DEPACT Macromodel Using Circuit Simulation Software / X. Liu, X. Cui, L. Qi // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2012. - Vol. 54. - P. 837849.

79. Mehra, P. Artificial Neural Networks: Concepts and Theory / P. Mehra, B.W. Wah. - IEEE Computer Society Press, 1992. - 680 p.

80. Metwally, I. A. Comparative investigation of lightning impulse tests on electrical submersible pump motors / I. A. Metwally, A. Gastli, M. Al-Sheikh // Electric Power Systems Research. - 2007. - Vol. 77 (8). - P. 1065-1072.

81. Metwally, I. A. Factors affecting transient overvoltages of electric submersible pumps / I. A. Metwally, A. Gastli // IEEE Potentials. - 2006. - Vol. 25. - P. 13-17.

82. Metwally, I. A. Lightning transients in low-voltage installations inside different types of class II lightning protection systems / I. A. Metwally, F. H. Heidler // IEEE Transactions on Power Delivery. - 2009. - Vol. 24 (2). - P. 930-938.

83. Metwally, I. A. Withstand capability tests of transient voltage surge suppressors / I. A. Metwally, A. Gastli, M. Al-Sheikh // Electric Power Systems Research. - 2007. - Vol. 77 (7). - P. 859-864.

84. Neural Network Toolbox Users Guide / H. Demuth [et al.]. - Natick : Math Works Inc, 1997. - 700 p.

85. Odnokopylov, G. I. Algorithms of fault tolerant control of induction motor electric drive in phase loss operate mode / G. I. Odnokopylov, A. D. Bragin // IEEE Control and Communications (SIBCON), 21-23 May ; 2015 International Siberian Conference. - P. 1-5.

86. Overvoltage mitigation of submersible motors with long cables of different lengths / Y. Liu [et al.] // 17th International Conference on Electrical Machines and Systems, ICEMS 2014. - P. 638-644.

87. Overvoltage protection study on vacuum breaker switched MV motors / D. Penkov [et al.] // 5th PCIC Europe 2008: Petroleum and Chemical Industry Conference Europe, 2008. - № 4563537.

88. Reduction of overvoltages on ESP systems [electrical submersible pumps] / W. Phang [et al.] // IEEE 8th International Conference «Harmonics and Quality of Power Proceedings». - 1998. - Vol. 2. - P. 970-975.

89. Saturable Transformer [Электронный ресурс]. - Режим доступа : https: //www.mathworks. com/help/physmod/sps/powersys/ref/saturabletransformer. html.

90. Shishlyannikov, D. I. Operational control and diagnostics of the equipment by the parameters of the electric drive power supply by the example of deep well pump units / D. I. Shishlyannikov, M. A. Vasilyeva // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017. - Vol. 177 (1). - № 012013.

91. Sivanandam, S. N. Introduction to Fuzzy Logic using MATLAB / S. N. Sivanandam, S. Sumathi, S. N. Deepa. - Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007. -430 p.

92. Stray currents of ESP well casings / I. A. Metwally [et.al.] // Engineering Analysis with Boundary Elements. - 2008. - Vol. 32 (1). - P. 32-40.

93. Sukhachev, I. S. An algorithm of the loss risk assessment in the oil production in case of electric submersible motor failure / I. S. Sukhachev, T. D. Gladkikh, V. V. Sushkov // IEEE Conference 2016 Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. -Omsk, 2016. - № 7819089.

94. Sukhachev, I. S. Assessment dynamics of reliability and resource consumption of "cable - Submersible electric motor" system at West Siberia oil fields / I. S. Sukhachev, V. V. Sushkov // IEEE Conference 2016 Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. - Omsk, 2016. - № 7819090.

95. Titov, D. A. Algorithms for automatic setting membership functions of fuzzy sets / D. A. Titov, D. N. Klypin, E. D. Bychkov // IEEE Control and Communications (SIBCON), 2015 International Siberian Conference, 21-23 May 2015. - P. 1-6.

96. Vollet, C. Protecting High-Voltage Motors Against Switching Overvoltages / C. Vollet, Noblat B. de Metz. // IEEE 4th European Conference on Electrical and Instrumentation Applications in the Petroleum & Chemical Industry, 2007. - P. 1-7.

ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение А

Текст кода инициализации значений входных параметров для расчета

имитационной модели в МЛТЬЛБ

% ТМПНГ-250/3-11УХЛ1; 3,56/0,38; 3,56/2,25; УИ/УИ-0.

% Трансформатор масляный для погружных насосов нефтедобычи %

% паспортные данные трансформатора f=50;% Частота, Гц Б=250е3;% Полная мощность, ВА и2=2620;% ВН, В и1=380;% НН, В 1х=0.019;% Ток ХХ, о.е. Рхх=650;% Потери ХХ, Вт Рк=3700;% Потери КЗ, Вт

ик=0.07;% Напряжение КЗ, о.е.

%

% расчёт параметров схемы замещения трансформатора I1=S/U1/sqrt(3);% Номинальный ток обмотки НН 1хх=1х*11;% Ток ХХ, А

Zm=U1/sqrt(3)/Ixx;% Полное сопротивление контура намагничивания, Ом cosxx=Pxx/(sqrt(3)*U1*Ixx);% Коэффициент мощности при ХХ, о.е. Rm=Zm/cosxx;% Активное сопротивление контура намагничивания, Ом Xm=Zm/sqrt(1-cosxxA2);% Реактивное сопротивление контура намагничивания, Ом ик!=ик*и1;% Напряжение КЗ, В

Zk=Ukz/sqrt(3)/I1;% Полное сопротивление короткого замыкания, Ом cosk=Pk/(sqrt(3)*Ukz*I1);% Коэффициент мощности при КЗ, о.е. Rk=Zk*cosk;% Активное сопротивление короткого замыкания, Ом Xk=Zk*sqrt(1-coskA2);% Реактивное сопротивление короткого замыкания, Ом ы=2*р1*^% Угловая частота, рад/с R1=Rk/2;R2=R1;% Активные сопротивления обмоток, Ом L1=Xk/2/w;L2=L1;% Индуктивности обмоток, Гн Lm=Xm/w;% Индуктивность контура намагничивания, Ом

С1=12е-9;% Межвитковая ёмкость обмоток, Ф %

% Погружной электродвигатель ЭДБС180-117В5 Э ТМС

(с антикоррозионным покрытием корпуса) %

% паспортные данные погружного электродвигателя

f=50;% Частота, Гц

P=180e3;% Активная мощность, Вт

U=2600;% Напряжение питания, В

I=112;% Потребляемый ток, А

n=2960;% Скорость вращения ротора, об/мин

cos=0.75;% Коэффициент мощности, o.e.

kpd=P/(U*I*cos);% КПД, о.е.

ki=8;% Кратность пускового тока, o.e.

km=2.4;% Кратность пускового момента, o.e.

mk=3;% Кратность момента КЗ, o.e.

J=0.6;% Момент инерции ротора, кг мА2

p=1;% Число пар полюсов %

% расчёт параметров схемы замещения погружного электродвигателя c1=1.0232;% Конструктивный коэффициент sn=1-n/(60*f/p);% Номинальное скольжение, о.е. sk=sn*(mk+sqrt(mkA2-1));% Критическое скольжение, о.е. Pm=P*(1/kpd-1)/6;% Механические потери мощности, Вт

Rs=UA2*(1-sn)/2/c1/(1+c1/sk)/km/(P+Pm);% активное сопротивление обмотки статора, Ом Rr=(P+Pm)*mk/(1-sn)/(ki*I)A2;% приведённое активное сопротивление обмотки ротора, Ом Ls=U/sqrt(3)/2/p/f/I/(sqrt(1-cosA2)-cos*sn/sk);% индуктивность обмотки статора, Гн Lr=Ls;% приведённая индуктивность обмотки ротора, Гн

Lls=sqrt((U/sqrt(3)/ki/I)A2-(Rs+Rr)A2)/4/p/f;% Индуктивность рассеяния обмотки статора, Гн Llr=Lls;% Индуктивность рассеяния обмотки ротора, Гн Lmu=Ls-Lls;% Взаимоиндукция, Гн

Rn=Rr*(1/0.0198-1);% Сопротивление, эквивалентное номинальной нагрузке на валу, Ом %

% Питающий кабель КПвППБП-135 3х35 %

% паспортные данные питающего кабеля R0=0.01273;% Погонное активное сопротивление, Ом/км L0=0.9337e-3;% Погонная индуктивность, Гн/км C0=12.74e-9;% Погонная ёмкость, Ф/км

D=1.8;% Длина питающего кабеля, км %

Осциллограммы напряжений и токов на входе элементов системы Т-К-ПЭД

юототото ооооооо^о

гч гч т- 1 V- ОШОЙОЙ 1ЛО

Я гч Г^ г- т- 1 х-

Рис. ПБ1. Осциллограммы напряжений и токов статорной обмотки ПЭД при

отсутствии и наличии погружного ОПН

а о 'пн "з о

Рис. ПБ2. Осциллограммы напряжений и токов на входе трансформатора

О оо го -с Г^ О ОЙОЙСИПОЮОЙО.

Л Я N Ы Т- т- О О*

. Е . 11

Рис. ПБ3. Осциллограммы напряжений и токов на входе питающего кабеля

I_I_I_I_I_I_1_

МОвф^МОГ)!

■Э'О 'ПН

Рис. ПБ4. Осциллограммы напряжения и тока статорной обмотки ПЭД

лолололотот оюололо^о^о

рд ^ о о т- т- N N й^окЕг^ ^ и? ^ о

а*'п VI

Рис. ПБ5. Осциллограммы напряжения и тока статорной обмотки ПЭД при наличии и отсутсвии ОПН + разрядная цепь

Я» П

Рис. ПБ6. Осциллограммы напряжений и токов статорной обмотки ПЭД при изменении сопротивления растеканию тока заземлителя

IM

ЛУКОЙЛ

НЕФТЯНАЯ КОМПАНИЯ

г.Когалым

АКТ

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ

ЛУКОЙЛ-ЭНЕРГОСЕТИ

ЗАПАДНО СИБИРСКОЕ РЕГИОНАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СЕРВИСНЫЙ ЦЕНТР «КОГАЛЫМЭНЕРГОНЕФТЬ»

чУЛ » и/й/ин-а

о внедрении научных положений, разработанных старшим преподавателем кафедры электроэнергетики ТИУ Сухачевым Ильей Сергеевичем, в кандидатской диссертации, представленной на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Комиссия в составе:

В.В. Гильдебрант - главный инженер СЦ «Когалымэнергонефть» ЗС РУ ООО «ЛУКОЙЛ-ЭНЕРГОСЕТИ»;

A.A. Шемшурин - зам. гл. инженера СЦ «Когалымэнергонефть» ЗС РУ ООО «ЛУКОЙЛ-ЭНЕРГОСЕТИ»;

А.6.Федоров - начальник Производственно - технического отдела СЦ «Когалымэнергонефть» ЗС РУ ООО «ЛУКОЙЛ-ЭНЕРГОСЕТИ»

составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Сухачева И.С. внедрены в процесс проведения диагностических испытаний погружного электрооборудования предприятия Сервисного центра «Когалымэнергонефть» Западно-Сибирского регионального управления ООО «ЛУКОЙЛ-ЭНЕРГОСЕТИ»:

1) корректировка сроков и объемов технического обслуживания и ремонта ПЭД по результатам оценки остаточного ресурса на основании вероятностно-статистических расчетов и рекомендаций, предложенных автором;

2) методика оценки остаточного ресурса изоляции электрооборудования электротехнического комплекса погружных установок электроцентробежных насосов добычи нефти с применением амплитудно-частотного анализа эксплуатационных параметров.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ:

Использование результатов диссертационного исследования привело к снижению временных затрат в процессе диагностических работ, а также более чем в 4 раза позволило снизить вероятность возникновения ошибок и неточностей при Диагностировании. ^^ошГ:

Главный инженер

Зам. гл. инженера по производству

Начальник ПТО

Россия 628485, Тюменская обл. XMAO-Югра, г Когапым ул Центральная, д. 12

В.В. Гильдебрант

A.A. Шемшурин

A.B. Федоров

Тел.: {34667)6-29-02 Факс: [phone]

Приложение В2. «

(university

Тшсиомй гндустгжагым« .— y—tponw

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тюменский индустриальный университет» (ТИУ)

ул. Володарского, д. 38, г. Тюмень, 625000 телефон/факс: [phone], E-mail: [e-mail], http://www.tyuiu.ru

Акт о внедрении

в учебный процесс результатов диссертационной работы Сухачева Ильи Сергеевича по теме «Совершенствование защиты от импульсных перенапряжений электротехнического комплекса погружных установок электроцентробежных насосов добычи нефти» выполненной старшим преподавателем кафедры электроэнергетики института промышленных технологий и инжиниринга ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет».

Настоящим актом подтверждается, что полученные результаты Сухачевым Ильей Сергеевичем при осуществлении диссертационных исследований под руководством профессора, доктора технических наук Сушкова В.В. используются в учебном процессе Тюменского индустриального университета при подготовке бакалавров направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» профиля «Электроснабжение» в лекционных и практических занятиях по дисциплинам «Техника высоких напряжений» и «Электрические и электронные аппараты», а именно:

1. Методика оценки расхода ресурса изоляции статорных обмоток погружного электродвигателя при импульсных воздействиях и риска отказа при выработке ресурса изоляции;

2. Математическая и имитационная модели расчета перенапряжений в системе «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель»;

3. Методика обеспечения защиты электрооборудования системы «трансформатор - питающий кабель - погружной электродвигатель» от импульсных перенапряжений.