Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса исследования 14
1.1. Современное состояние проблемы, связанной со снижением энергозатрат на добычу нефти 14
1.2. Характеристика объекта исследования 17
1.3. Анализ типовых схем электроснабжения нефтегазодобывающих предприятий 23
1.4. Анализ технических средств для снижения энергетической 25
составляющей добычи нефти
Выводы, цель и задачи диссертационной работы 38
Глава 2. Анализ графиков нагрузки электродвигателей насосов закачки воды в нефтяные пласты 40
2.1. Оценка составляющей декомпозиции технологического процесса добычи нефти и выявления предполагаемых потребителей регуляторов 40
2.2. Вероятностная оценка возможности превышения заявленного максимума мощности 49
Выводы к главе 2 51
Глава 3. Исследование режимов работы электромеханических комплексов с синхронными электродвигателями кустовых насосных станций системы поддержания пластового давления 54
3.1. Моделирование электромеханических процессов в высоковольтных синхронных электродвигателях кустовых насосных станций 54
3.2. Исследование влияния способа пуска на нагрев обмоток СД 63
3.3. Влияние системы возбуждения на процесс пуска 70
3.3.1. Ток в обмотке возбуждения при пуске двигателей с симметричным пускозащитным устройством
3.3.2. Влияние систем возбуждения с симметричным ПЗУ на асинхронный момент СД 74
3.3.3. Влияние системы возбуждения на процессы синхронизации и ресинхронизации СД 79
3.4. Повышение входного момента СМ путем рационального
управления режимом выходного напряжения ЦДЛ 81
3.4.1. Определение углов регулирования 81
3.4.2. Алгоритм управления выходным напряжением ПДП
Выводы к главе 3 94
Глава 4. Ограничение максимума потребляемой мощности УППД 95
4.1. Требования, предъявляемые к ограничению максимума потребляемой мощности в условиях применения дифференциальных тарифов 95
4.2. Анализ эффективности совмещения и преобразования графиков электрических нагрузок НГДП 98
4.3. Алгоритм мониторинга и формирования рациональных графиков электропотребления НГДП 101
4.4. Бесконфликтное формирование рациональных режимов электропотребления 106
Выводы к главе 4 ПО
Глава 5. Границы статической устойчивости электротехнического комплекса УППД при отклонении питающего напряжения 111
5.1. Определение допустимой длительности перерыва электроснабжения синхронных двигателей установок поддержания пластового давления 111
5.2. Зависимость допустимой длительности перерыва электроснабжения синхронных двигателей от глубины провала напряжения в сети и параметров электромеханического комплекса 117
Выводы к главе 5 125
Заключение 127
Список литературы
- Характеристика объекта исследования
- Вероятностная оценка возможности превышения заявленного максимума мощности
- Исследование влияния способа пуска на нагрев обмоток СД
- Алгоритм мониторинга и формирования рациональных графиков электропотребления НГДП
Введение к работе
Актуальность работы.
Законом об энергосбережении определена задача снижения энергетической составляющей в себестоимости продукции [1].Нефтегазодобывающие предприятия (НГДП) являются одними из основных потребителей электроэнергии среди промышленных предприятий России, в которых энергетическая составляющая затрат достигает 30 – 40% от общего объема затрат на добычу, что делает проблему снижения этой составляющей расходов актуальной, путем выявления в составе оборудования потребителей-регуляторов (ПР). ПР могут быть использованы для формирования графиков потребления электроэнергии, при которых обеспечивается снижение оплаты за электроэнергию без нарушения непрерывности процесса извлечения технологической жидкости на дневную поверхность.
В настоящее время основные нефтяные месторождения России эксплуатируются с использованием такого метода интенсификации добычи, как поддержание пластового давления. На закачку воды в пласты расходуется до 40% электроэнергии, потребляемой нефтегазодобывающими предприятиями. Система поддержания пластового давления представляет собой целый комплекс технологического оборудования, предназначенного для подготовки, транспортировки и закачки в пласт энергоносителя. Система включает в себя нагнетательные скважины, трубопроводы и распределительные блоки, кустовые насосные станции (КНС) по подготовке и закачке агента в пласт. В состав основного электрооборудования КНС входят, как правило, синхронные двигатели, коммутационные аппараты, возбудители СД, пусковые устройства, аппаратура контроля и управления статическими и динамическими режимами. Мощность синхронных двигателей (СД) установок поддержания пластового давления (УППД) достигает нескольких тысяч киловатт, а общее количество в составе УППД – 10-12. Учитывая инерционность процессов поддержания пластового давления СД КНС могут быть использованы в качестве ПР НГДП и отключаться на время прохождения максимумов нагрузки энергосистемы. Однако при пусках СД возникает большая потеря напряжения в питающей сети, что может привести к нарушению устойчивости всего технологического процесса добычи нефти. Кроме того, для СД типа СТД, используемых в составе УППД, допускается не более двух прямых пусков в сутки из «горячего» состояния по условиям нагрева обмоток, что затрудняет их использование качестве ПР, т.к. прогнозируемое количество отключений превышает два. Поэтому задача обоснования структуры, параметров и алгоритмов управления электродвигателями систем поддержания пластового давления, формирование заданных пусковых характеристик насосных агрегатов представляется актуальной.
Работа базируется на результатах исследований, выполненных Б.Н. Абрамовичем, Г.Я. Григорьевым, А.Н. Евсеевым, М.С. Ершовым, Л,В. Литваком, Б.Г. Меньшовым, Ю.В. Новоселовым, И.А. Сыромятниковым, Д.А. Устиновым и др.
Цель работы: Снижение электроэнергетической составляющей себестоимости добычи нефти путем обоснования рациональных структуры, параметров и алгоритмов управления электродвигателями систем поддержания пластового давления, позволяющими осуществить координацию электрических нагрузок при минимизации затрат на электропотребление.
Идея работы. Обеспечение рационального режима электропотребления нефтегазодобывающих предприятий в часы максимума электрических нагрузок должно производиться на основе ограничения электрических нагрузок НГДП путём использовании синхронных двигателей УППД в качестве основных потребителей-регуляторов и осуществления их комбинированного пуска СД посредством преобразователя частоты в цепи статора и преобразователем с двухсторонней проводимостью в цепи обмотки возбуждения, позволяющего ограничить недопустимые провал напряжения в питающей сети и термическое воздействие на СД.
Научная новизна работы:
-
Выявлена структура, алгоритм управления, позволяющие использование СД в качестве потребителей-регуляторов суточных графиков нагрузки путем осуществления частотного пуска и повышения входного момента электродвигателя при пуске и самозапуске насосных агрегатов КНС.
-
Установлены зависимости изменения выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью в цепи обмотки возбуждения, при которых обеспечивается повышение входного момента синхронного двигателя и повышение эффективности работы насосных агрегатов.
Основные задачи исследований:
-
Анализ графиков нагрузки электродвигателей насосов закачки воды в нефтяные пласты с учетом вероятностной оценки превышения возможности суточных максимумов нагрузки.
-
Создание имитационной компьютерной модели электромеханического комплекса с синхронными электродвигателями УППД для обоснования возможности использования их в качестве потребителей-регуляторов.
-
Обоснование структуры, параметров и алгоритмa управления электродвигателями систем поддержания пластового давления при использовании их в качестве потребителей-регуляторов.
-
Координация графиков электрических нагрузок посредством использования СД УППД в качестве ПР. Оценка эффективности координации электрических нагрузок при использовании СД УППР в качестве ПР.
-
Оценка эффективности электрических нагрузок путём организации режимного взаимодействия НГДП с энергосистемой.
-
Экспериментальные исследования режимов работы высоковольтных синхронных электродвигателей в промысловых сетях ОАО «Сургутнефтегаз».
Методы исследований: в работе использованы методы теории электрических цепей, теории систем электроснабжения электротехнических комплексов, теории электрических машин, теории вероятности, методы имитационного математического моделирования.
Защищаемые научные положения:
-
Снижение электроэнергетической составляющей себестоимости на объектах нефтегазодобывающих предприятий достигается путём снижения в период пиковых нагрузок в соответствии с тарифными зонами энергосистем потребления мощности, причем в качестве основных потребителей-регуляторов должны использоваться синхронные электродвигатели насосных агрегатов установок поддержания пластового давления при ограничении в процессе их пуска недопустимых провалов напряжения в электрической сети и термических воздействий на СД.
-
Использование синхронных электродвигателей насосов закачки воды в нефтяные пласты в качестве потребителей-регуляторов суточных графиков нагрузки при минимизации воздействия пусковых токов на питающую сеть и СД достигается путем разделения процесса пуска на два этапа, причем на первом этапе при разгоне до установившейся частоты вращения в асинхронном режиме осуществляется частотный пуск, на втором этапе до синхронизации продолжение разгона двигателя осуществляется в режиме асинхронного пуска при работе преобразователем с двухсторонней проводимостью (ПДП) в цепи обмотки возбуждения (ОВ) в инверторном режиме для обеих полуволн индуктированного в ней тока с последующим переводом ПДП в режим выпрямителя до синхронизации СД.
Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, основывается на сходимости не менее 90%. результатов математического моделирования и экспериментальных исследований режимов работы электрооборудования, нефтегазодобывающих предприятий с использованием в качестве потребителей-регуляторов СД
Практическая ценность диссертации:
-
Обоснована эффективность координации графиков электрических нагрузок посредством использования СД УППД в качестве ПР;
-
Определены максимально допустимые уровни и длительности провалов питающего напряжения по условию их динамической устойчивости при пуске и самозапуске СД КНС;
-
Обоснована структура и алгоритм, позволяющие использование СД в качестве потребителей-регуляторов суточных графиков нагрузки путем осуществления частотного пуска и повышения входного момента электродвигателя при пуске и самозапуске насосных агрегатов КНС;
-
Разработана методика оценки эффективности координации электрических нагрузок НГДП при использовании СД УППР в качестве ПР.
Реализация результатов работы.
Рекомендации по выбору состава и параметров системы плавного пуска высоковольтных синхронных электродвигателей, позволяющей посредством ограничения нагрева использовать СД в качестве потребителей-регуляторов переданы в ОАО «Сургутнефтегаз» и ОАО «Татнефть».
Личный вклад автора. Определены параметры графиков нагрузки НГДП с учетом вероятностной оценки превышения возможности суточных максимумов нагрузки. Разработана в среде MatLAB, пакет SimuLink математическая модель, позволяющая исследовать пусковые режимы СД при работе в качестве потребителей-регуляторов, выявить глубину и длительность провалов напряжения при пуске и самозапуске насосных агрегатов КНС. Произведены исследования электромагнитных процессов в СД, используемых в качестве основных потребителей-регуляторов суточных графиков нагрузки нефтегазодобывающих предприятий. Разработана структура устройства пуска высоковольтных СД, позволяющая использовать их в качестве потребителей-регуляторов. Разработаны рекомендации по выбору параметров системы пуска СД, используемых в качестве потребителей-регуляторов.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на международной конференции «НАУКА – образованию, производству, экономике» (Минск, 2010 г.); X Международной конференции «Новые идеи в науках о земле» (Москва, 2011 г; международной научно-практическая конференция "XXXIX НЕДЕЛЯ НАУКИ СПбГПУ" (СПб, 2010 г.); всероссийской научно практической конференции и выставки работ студентов, аспирантов
и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург 2010 г.); межвузовской научно-практической конференции «Оценка месторождений полезных ископаемых с падающим объемом добычи в условиях исчерпания запасов» (Санкт-Петербург 2011); международной научно-практической конференции «Инновационная экономика и промышленная политика региона (ЭКОПРОМ-2011) (Санкт-Петербург 2011)»; международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Томск 2011); 8 Международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва 2011).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 печатных работах, в том числе 4 в журналах перечня ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 138 страницах, содержит 50 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 93 наименований.
Характеристика объекта исследования
Наиболее энергоемкими элементами системы являются центробежные насосы, которые устанавливаются на КНС или блочных кустовых насосных станциях (БКНС). КНС оснащены центробежным насосом ЦНС180-1900 с приводом от синхронного электродвигателя (СД) серии СТД. Основными преимуществами использования синхронного привода являются: 1. Возможность регулирования значения и изменения знака реактивной мощности (когда генерирование реактивной мощности не требуется, СД может работать с коэффициентом мощности (cosq ), равным единице); 2. Коэффициент полезного действия СД выше, чем у АД той же мощности (потери в стали и в статоре СД меньше, чем у АД); 3. Наличие относительно большого воздушного зазора (в 2 - 4 раза больше, чем у АД) повышает надежность эксплуатации в условиях возможных перегрузок двигателя; 4. Постоянная частота вращения СД на 2-5 % выше, чем у АД, что обеспечивает более высокую производительность механизма. В настоящее время значительная часть насосов КНС системы ППД оснащены нерегулируемыми электроприводами с синхронными электродвигателями СТД1600-23УХЛ4. Регулирование производительности насосов осуществляется дискретно изменением их числа и плавно - весьма неэффективным способом - дросселированием с помощью задвижек. Последний способ связан с повышенным энергопотреблением, низкой точностью регулирования технологических параметров, а также повышенным износом электрического, механического и гидравлического оборудования. Известно, что метод пуска высоковольтных электродвигателей прямым подключением к сети имеет важные недостатки - влияние на двигатель, на питающую сеть и на технологический процесс.
Потребляемые электродвигателями в момент их запуска большие пусковые токи, и связанные с этим глубокие провалы напряжения очень усложняют, а в ряде случаев (например, большая удаленность пускаемого электродвигателя от головного источника питания) делают невозможным пуск в работу двигателей без останова других потребителей по причине срабатывания устройств релейной защиты.
Неблагоприятно сказываются броски пускового тока на питающую сеть, приводя к недопустимым по нормам ГОСТ 13109-97 [1] провалам напряжения, что отрицательно сказывается на устойчивости работы других потребителей. Нарушается нормальное течение технологических процессов. Также становится невозможным массовый самозапуск электродвигателей после восстановления напряжения на источниках питания.
Согласно строительных норм СН 174-75, остаточное напряжение на шинах 6 кВ при пуске электродвигателей должно составлять не менее 75%. Остаточное напряжение на шинах 6 кВ при пуске высоковольтных синхронных двигателей КНС в некоторых случаях составляет 70% и менее, что недопустимо. Поэтому важными техническими мероприятиями по энергосбережению являются мероприятия по модернизации существующих электроприводов и систем регулирования.
В связи с постоянным увеличением стоимости электроэнергии становится экономически и технически целесообразным применение регулируемых электроприводов. Так как СД КНС являются наиболее энергоемкими элементами системы электроснабжения НГДП, то представляется возможным производить их отключение на время прохождения максимума электрических нагрузок, однако количество пусков для СД допускается не более двух раз в сутки из горячего состояния по условиям нагрева обмоток, что затрудняет использование СД в качестве
потребителей-регуляторов. Поэтому формирование заданных пусковых характеристик насосных агрегатов является одной из важнейших задач в системах электроснабжения нефтегазодобывающих комплексах.
Так, для привода насосов КНС эффективным решений данной проблемы в условиях нефтепромыслов является применение устройств плавного пуска, которые должны обеспечивать: 1. Формирование заданных пусковых характеристик электродвигателей (плавный пуск, запуск двигателей в условиях предприятий с дефицитом мощности, реверсирование, торможение и останов); 2. Гибкое управление режимами работы электродвигателей в соответствии с технологической необходимостью потребления рабочей жидкости (обеспечение поддержания необходимого давления в пластах, оптимизация распределения нагрузок между насосами внутри КНС и между смежными КНС); 3. Неограниченное число пусков за время эксплуатации (рациональное и экономичное использование оборудования с учетом тарифа на электроэнергию); 4. Защиту электрического и механического оборудования от аварийных режимов.
К недостаткам существующих систем управления привода следует отнести прежде всего слабую приспособленность к переменным режимам технологического процесса из-за искажения питающего напряжения и увеличению нагрева, а также рост стоимости электроэнергии, который резко повышает эксплуатационные затраты и делает их в настоящий момент несоизмеримыми с затратами насосных агрегатов, что затрудняет использование СД в качестве потребителей-регуляторов суточных графиков нагрузки нефтегазодобывающих предприятий.
Вероятностная оценка возможности превышения заявленного максимума мощности
В Законе об энергосбережении ставится задача снижения энергетической составляющей в себестоимости продукции [1]. Эта задача может быть решена путём выполнения паспортизации электрических нагрузок предприятий. Целью паспортизации электрических нагрузок предприятия является построение профилей графиков нагрузки по отдельным подстанциям и определение профиля усреднённого графика нагрузки НГДП в целом, путем суммирования профилей графиков отдельных подстанций; вычисление по полученным графикам коэффициентов формы, заполнения, равномерности, определение максимальных, минимальных и средних нагрузок по тарифным зонам.
Одной из наиболее энергоемких составляющих технологического процесса добычи нефти является система поддержания пластового давления. Система поддержания пластового давления представляет собой целый комплекс технологического оборудования, предназначенного для подготовки, транспортировки и закачки в пласт энергоносителя. Нефтегазодобывающие предприятия расходуют до 40% мощности на закачку воды. Поэтому формирование заданных пусковых характеристик насосных агрегатов является одной из важнейших задач в электротехнических системах предприятий нефтяной промышленности.
Целью паспортизации электрических нагрузок электроподстанций с использованием микропроцессорных счетчиков «Альфа» являлось построение профилей графиков нагрузки электроподстанций и определение профиля усредненной нагрузки НГДП в целом путем суммирования профилей графиков отдельных электроподстанций. С использованием возможностей счетчиков «Альфа» были собраны данные по профилям графиков потребления активной и реактивной мощности для точек учета, являющихся расчетными с энергокомпаниями. По результатам замеров построены профили совмещенных графиков активной и реактивной мощности по НГДП, входящих в состав НГДК «Сургутнефтегаз» в дни зимнего и летнего максимумов нагрузок с учетом всех субабонентов. В результате обработки профилей нагрузки по отдельным электроподстанциям и НГДП в целом были определены показатели их графиков нагрузки. В табл. 2.5 -2.7 приведены показатели графиков нагрузки НГДП «Быстринскнефть», входящего в состав НГДК «Сургутнефтегаз». В табл. 2.5 активные мощности даны в кВт, а в табл. 2.6 - реактивные мощности в квар. Коэффициенты формы графиков активной и реактивной мощности определялись по формулам
Из табл. 2.5, 2.6 следует, что коэффициенты заполнения графиков активной мощности по отдельным вводам и фидерам находится в пределах 0,55- 0,99. Коэффициент заполнения совмещенного графика активной мощности составляет 0,91. Из рассмотрения профиля графика активной мощности видно, что объем регулировочных мероприятий, направленных на снижение потребления активной мощности и электроэнергии может быть значительно увеличен. В ряде случаев регулировочные мероприятия запаздывают относительно времени прохождения пиковых нагрузок. Коэффициент формы совмещенного графика активной мощности составляет 1,00146. Поэтому потери электроэнергии в линиях, питающих подстанции НГДП, практически не зависят от формы профиля графика.
Коэффициенты равномерности графиков активной мощности по отдельным вводам и фидерам находится в пределах 0,06 -0,95. Минимальные значения указанных коэффициентов имеют место на слабо загруженных подстанциях. Коэффициент равномерности суммарного графика активной нагрузки составляет 0,77.
Коэффициенты заполнения графиков реактивной мощности по отдельным вводам и фидерам находятся в пределах 0,72-Ю,96. Коэффициент заполнения совмещенного графика реактивной мощности составляет 0,92. Из рассмотрения профиля графиков реактивной мощности видно, что при проведении регулировочных мероприятий имеет место увеличение потребления реактивной мощности по отдельным вводам и увеличение tg(p . Отсюда следует, что проведение регулировочных мероприятий по активной мощности требует синхронизации с проведением мероприятий по компенсации реактивной мощности. Коэффициент формы совмещенного графика реактивной мощности составляет 1,001. Коэффициенты равномерности графиков реактивной мощности по отдельным вводам и фидерам находятся в пределах 0,244- 0,908. Минимальные значения указанных коэффициентов имеют место на подстанциях, где значительна нагрузка, создаваемая асинхронными двигателями, отсутствуют или не используются средства компенсации реактивной мощности. Коэффициент равномерности суммарного графика нагрузки составляет 0,784.
Исследование влияния способа пуска на нагрев обмоток СД
Таким образом, механическую постоянную времени можно взять за базисную величину при определении относительного времени пуска tn„ = n/L или выбега tB. = yL , которые будут равны tn = tB = 1 при изменении скольжения от 1 до 0 и приМд = 1. При асинхронном пуске СД активная мощность, потребляемая двигателем из сети, расходуется на потери в статоре, на потери в роторе и на создание вращающего момента на валу. Выполним оценку потерь активной мощности в цепи ротора через потери активной энергии в обмотке ротора (W2). В соответствии с законом Джоуля-Ленца потери энергии составляют W 2 = Ppn = h2 Rrtn- Так как ток ротора (/г) при пуске изменяется, то для определения энергии за время пуска (tn), необходимо перейти к бесконечно малым величинам и выполнить интегрирование выражения dW2=l22(t)-Rrdt. Для вычисления энергии, соответствующей изменению скольжению в т процессе пуска от 1 до 0, заменим dt выражением из (3.7): dt = — ds. В т результате преобразования получим: dW2 =-Ij(t)-R2— ds Мд. Интегрирование этого выражения даёт: W2=-rrRj)l s = rRj] /ЛБ1 ds. (3.11) ,Мд. S (M.-MC.) При пуске на холостом ходу момент сопротивления на валу Мс равен нулю и выражение (3.11) значительно упрощается. Вычисление момента, развиваемого двигателем выполним с учётом мощности скольжения и отношения М=Р / со : Mt=JL- JL
Следовательно, потери активной энергии в роторе в процессе пуска на XX, при изменении скольжения от 1 до 0, постоянны по величине и равны кинетической энергии ротора. При учете параметров СД, характеризующих его нагрев, при пуске при пониженном напряжении необходимо рассмотреть два случая: 1. питание статора СД и системы возбуждения осуществляется от независимых источников электроснабжения; 2. питание статора СД и системы возбуждения осуществляется от одной системы сборных шин. Результаты измерений параметров пуска на XX для первого случая сведены в табл. 3.1, для второго случая - в табл. 3.2, осциллограммы тока статора при напряжениях 0,2 -т-1,3 приведены на рис.3.3 - 3.6.
Анализируя данные таблиц 3.1 и 3.2 можно сделать вывод о том, что количество теплоты, выделяемое в обмотке статора при пуске, практически не зависит от варианта питания статора и обмотки возбуждения. Чем ниже напряжение питания, при котором осуществляется пуск СД, тем большее количество теплоты выделяется при пуске.
Осциллограммы пуска СД при тиристорном регулировании входного напряжения, полученные в условиях Русскинского месторождения ОАО «Сургутнефтегаз» показаны на рис. 3.7. Анализ данных характеристик показал, что применение систем плавного пуска, базовыми элементами которых являются тиристорные регуляторы напряжения, позволяет снизить пусковой ток в обмотках статора в диапазоне 2,5-Н1ном, что увеличивает ресурс электродвигателя. Так как площадь ограничения пускового тока пропорциональна нагреву электродвигателя и время пуска увеличивается, возрастает нагрев обмоток электродвигателя. Устройство плавного пуска только в редких случаях снижает неблагоприятное воздействие на сеть. Ток снижается, но искажение напряжения в сети увеличивается.
Анализ характеристик тока статора показал, что время разгона СД зависит от функции изменения пускового тока. Чем больше площадь ограничения кривой пускового тока и осью времени, тем быстрее разгон СД до номинальной скорости. Эта площадь пропорциональна потерям электрической энергии в роторе за время пуска. Потери энергии в роторе можно уменьшить при асинхронном частотном пуске, который осуществляется при плавном увеличении частоты по мере разгона агрегата. L,t, с 2,22 44 6,66 8,88 7,82 11.73 15. Рис. 3.7. Осциллограммы пусковых токов СД Русскинского месторождения Оценка полученных на данной модели характеристик (рис. 3.8), показала, что при частотном пуске имеется возможность ограничения величины пускового тока в пределах 1,51ном, что а также при пуске при пониженном питающем напряжении, - 3.
При выборе способа пуска особое внимание необходимо уделять влиянию обмотки возбуждения на входной момент СД. При скольжении 5 0.1 ЭДС Е/, индуцируемая в ОВ двигателя, достигает нескольких киловольт, а угол сдвига тока в OB If относительно я ЭДС Ef близок к —. Мгновенное значение тока // определяется из системы дифференциальных уравнений Парка-Горева (4.1) при p4/f + \Ra+Rf)-if=0: где Ta - постоянная времени апериодической составляющей переходного тока в обмотке статора; @о - начальный угол между изображающим вектором напряжения и положительным направлением оси q; т- время. Все величины, входящие в (7.1), записаны в системе относительных единиц xad. Углы а/, (3 , где W— число последовательно соединенных витков в фазе обмотки статора; Wf- число витков обмотки возбуждения на один полюс; коб - обмоточный коэффициент для основной гармонической; -коэффициент продольной реакции якоря. При отсутствии данных величины к0б и kad могут быть приняты равными 0.91 и 0.800.85 соответственно.
Из уравнения (3.15) следует, что при пуске двигателя и принятых допущениях максимальный всплеск тока if и напряжения щ практически не зависят от скольжения, при котором невозбужденная машина включается в сеть. Физически это объясняется тем, что при включении двигателя в сеть в соответствии с теоремой о постоянстве потокосцепления в зазоре образуются равные по величине синхронно вращающееся и неподвижное поля. При s=\ токи в роторе наводятся синхронно вращающимся полем, а при s = Q -неподвижным. При равенстве амплитуд и относительных скоростей вращения наведенные токи также равны.
Алгоритм мониторинга и формирования рациональных графиков электропотребления НГДП
Система ФРРЭП является двухуровневой и базируется на уже имеющихся элементах, которые частично уже объединены в информационные и управляющие структуры. Данные структуры становятся подсистемами ФРРЭП, в результате чего формируется единая информационно-управляющая среда, имеющая своей целью формирование рациональных режимов электропотребления. Структура ФРРЭП приведена на рис. 4.1. Структура имеет два уровня: уровень промысловой распределительной подстанции и уровень диспетчерского пункта, объединенных единой информационно-передающей средой, в качестве которой используются проводные и радиоканалы, каналы спутниковой и сотовой связи.
Для сбора информации система ФРРЭП использует автоматизированную систему контроля и учета электропотребления. На нижнем уровне основой ФРРЭП и, соответственно, ФРРЭП являются коммерческие счетчики электрической энергии, используемые для расчетов с поставщиком электрической энергии и субабонентами. Опрос счетчиков производится с помощью модемного соединения через канал связи. Для опроса счетчиков и передачи информации на верхний уровень используются устройства сбора и передачи данных (УСПД). На верхнем уровне - уровне диспетчерского пункта НГДП производится обработка и архивация полученных данных на сервере БД, а также формируется совмещенный график нагрузки предприятия. С сервера БД или ДП информация о текущем режиме электропотребления поступает на АРМ специалистов энергетических служб, которые принимают решение о формировании рациональных режимов электропотребления и выработку управляющих воздействий на систему электроснабжения НГДП.
Управляющие воздействия заключаются в выключении (включении) потребителей-регуляторов, устройств поперечной емкостной компенсации, изменении коэффициента трансформации силовых трансформаторов, изменении тока возбуждения синхронных двигателей. Управление системой электроснабжения осуществляется с помощью комплекса телемеханического управления промысловыми распределительными подстанциями, являющейся второй подсистемой ФРРЭП. На верхнем уровне комплекс телемеханики представлен сервером ДП. На уровне промысловой распределительной подстанции система телемеханики базируется на промышленном контроллере, осуществляющем функции телеуправления и телесигнализации.
Алгоритм функционирования ФРРЭП приведен на рис.4.2 . Источником информации для формирования рациональных режимов электропотребления является ФРРЭП. Информация о потреблении электроэнергии и мощности, за определенный период времени, собирается с микропроцессорных электронных счетчиков и по каналам ФРРЭП передается в диспетчерский пункт НГДП, где определяется совмещенный максимум по предприятию. На основании полученных данных за текущий период и данных за предыдущие периоды времени определяется динамика набора (сброса) нагрузки и строится прогноз на последующий временной период.
Определение величины отключаемой мощности и выбор потребителей-регуляторов активной и реактивной мощности производится на основании прогноза, а также задании на регулирование мощности с учетом режимных ограничений энергосистемы и системы электроснабжения НГДК. Задание на регулирование мощности определяется на уровне НГДП, исходя из формирования рационального графика электропотребления, а затем распределяется между входящими в его состав НГДП, исходя из мощности потребителей-регуляторов. Также учитываются режимные ограничения по напряжению и реактивной мощности в энергосистеме НГДП. Определение отключаемых потребителей регуляторов производится на основании информации об их состоянии, получаемой от системы АСУЭ, и загрузке, получаемой от ФРРЭП.
Рекомендации об управляющих воздействиях выдаются диспетчеру энергосистемы НГДП, который принимает окончательное решение, с учетом технологических ограничений, накладываемых процессом добычи, транспортировки и первичной переработки нефти, а также динамических параметров управляемых потребителей-регуляторов.
Реализация управляющих воздействий производится диспетчером через АСУЭ с помощью комплексов телемеханики диспетчерского пункта и энергоподстанций НГДП и дежурного персонала технологических и энергетических подстанций НГДП. Также на диспетчера возлагается контроль за реализацией управляющих воздействий и отслеживание реакции энергосистемы НГДП.
