Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы обеспечения надежного электропитания потребителей нефтедобывающих предприятий современными устройствами 14
1.1. Оборудование и технологические процессы нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий 14
1.2. Патентные исследования способов и устройств автоматического включения резервного электропитания потребителей 22
1.3. Достоинства и недостатки устройств быстродействующих АВР 37
1.4. Системы электроснабжения нефтедобывающих предприятий и пути повышения надежности и экономичности их работы 50
1.5. Постановка задачи исследования 60
Глава 2. Математическое моделирование систем электроснабжения и разработка устройства АВР для надежного электропитания потребителей нефтедобывающих предприятий 61
2.1. Допущения и основные уравнения переходных процессов в системах электроснабжения, содержащих СД и АД. 61
2.2. Повышение надежности работы пускового органа адаптивного устройства быстродействующего АВР 78
2.3. Программный комплекс оценки надежной работы усовершенствованного алгоритма АВР в условиях потери питания и при КЗ в
различных точках системы электроснабжения нефтедобычи 83
2.4. Выводы по главе 2 87
Глава 3. Оценка влияния кратковременных нарушений электропитания на работу пускового устройства АВР для узлов нагрузки нефтедобывающих предприятий 88
3.1. Типовые схемы электроснабжения нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий 88
3.2. Исходные данные и расчетная схема электроснабэ/сения нефтедобывающего предприятия 99
3.3. Оценка надежности работы адаптивного устройства АВР при меэ/сдуфазных КЗ. 101
3.4. Оценка работы адаптивного устройства АВР при однофазных КЗ 104
3.5. Ог{енка работы адаптивного устройства АВР при двухфазных на землю КЗ 106
3.6. Выводы по главе 3 107
Глава 4. Экспериментальные исследования режимов работы АВР 108
4.1. Программа и результаты лабораторных, испытаний АВР 108
4.2. Общие сведения по системе электроснабжения ПС 35/6 кВ «К-258»... 111
4.3. Определение критической длительности КЗ для потребителей ПС «К- 258» 116
4.3.1. Режим трехфазного КЗ в отходящей линии напряэ!сением 35 кВ 118
4.3.2. Режим несанкционированного отключения выключателя в цепи питания 35 кВ ПС 35/6 кВ «К-258» 122
4.3.3. Работа АВР при коротких замыканиях в цепи питания 110 кВ 127
4.3.4. Работа АВР при внешних коротких замыканиях в сетях 35 кВ 130
4.3.5. Работа АВР при внешних трехфазных КЗ в узле 3 сети 110 кВ 133
4.4. Проект привязки комплекса АВР к подстанции ПС 35/6 кВ «К-258» 136
4.5. Сравнение результатов переходных процессов самозапуска электродвигательной нагрузки с экспериментальными данными 144
4.6. Выводы по главе 4 146
Заключение 148
Список литературы 150
Приложение 1. Данные по погружному оборудованию и выработке 166
Приложение 2. Загруженность трансформаторов и типы двигателей привода
- Оборудование и технологические процессы нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий
- Допущения и основные уравнения переходных процессов в системах электроснабжения, содержащих СД и АД.
- Типовые схемы электроснабжения нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий
- Общие сведения по системе электроснабжения ПС 35/6 кВ «К-258»...
Введение к работе
Актуальность проблемы
Повышение эффективности работы нефтедобывающих предприятий зависит от надежной работы электроцентробежных насосов, станков-качалок, насосов повышения пластового давления кустовых месторождений. Высокую степень надежности работы электрооборудования нефтедобычи обеспечивают схемы питания указанных выше агрегатов одновременно от двух и более источников (линий, трансформаторов), поскольку аварийное отключение одного из них не приводит к нарушению питания потребителей. Способом
ПОБЬТШСНИЯ НаДеЖНОСТИ ЗЛКТрОСНаиЖНйЯ ОТБсТСТБсННЪГХ ПОТрсОйТсЛсй,
получающих электропитание от двух независимых источников, является использование средств автоматического включения резерва (АВР).
Совершенствование устройства АВР с повышением надежности его работы, и обеспечением быстродействия до уровня, необходимого для сохранения динамической устойчивости комплексной электродвигательной нагрузки, позволит сохранить непрерывность технологического процесса нефтедобычи, снизить вероятность возникновения опасных режимов (гидравлических ударов, разливов нефти и т.п.), повысить экономичность работы нефтедобывающего комплекса.
Главным недостатками существующих устройств АВР являются: работа только при трехфазных коротких замыканиях (КЗ); отказы в срабатывании для сложных систем электроснабжения нефтедобычи с несколькими подстанциями (ПС) 35/6 кВ; большое общее время работы АВР. Из-за этого и в силу ряда других причин на многих ПС 35/6 кВ АВР выведено из работы.
Существующие устройства АВР на подстанциях 35/6 кВ нефтедобычи, нефтепереработки с разным составом нагрузок подстанций (имеющие времена срабатывания 5-20 с) являются причиной отключения технологических агрегатов при кратковременных нарушениях электроснабжения (КНЭ) в питающих линиях 110 и 35 кВ и при потере питания. Поэтому для надежного электроснабжения таких потребителей необходимо решать следующие задачи:
- разработать алгоритм и схему пускового микропроцессорного устройства быстродействующего АВР (БАВР), надежно работающего для сложных
распределительных систем нефтедобычи, получающих злектропитаїше от ГПП 110/35/6 кВ и имеющих пять-шесть ПС 35/6(10) кВ;
снизить временя реакции на аварийный режим с 7-22 до 6-15 мс;
определить критическую длительность для разных видов и места КЗ с учетом возможных режимов работы электродвигателей с целью обеспечения динамической устойчивости электрооборудования каждой ПС 35/6 кВ, запитанной от ГПП-110/35/6 кВ;
- оценить влияния характера мощности работающей синхронной,
асинхронной и прочей нагрузки на параметры настройки пускового устройст
ва (ПУ)БАВР.
Большой вклад в решение вопросов разработки устройств АВР и повышения надежности их работы в системах электроснабжения с комплексной нагрузкой внесли ученые и видные специалисты: В.А. Андреев, А.Б. Барзам, А.А. Галинын, СИ. Гамазин, И.А. Глебов, Б.А.Коробейников, Л.С. Линдорф, В.И. Нагай, И.Л. Небрат, Н.И. Овчаренко, И.М. Постников, В.Ф. Сивокобы-ленко, М.И. Слодарж, И.А. Сыромятников, М.А. Шабад и др.
Целью работы является разработка программы оценки режимов работы комплексной нагрузки систем электроснабжения нефтедобычи, нефтепереработки и насосных станций при потере питания и при КЗ в различных точках питающей сети и создание адаптивного устройства АВР, обеспечивающего восстановление электроснабжения комплексной нагрузки с сохранением её динамической устойчивости. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие теоретические и прикладные задачи:
Разработка программного комплекса расчета переходных процессов систем электроснабжения (СЭС) предприятий нефтедобычи с определением мощностей, напряжений и токов для выбора параметров надежной работы пускового устройства АВР в условиях потери питания и при КЗ в различных точках питающей и распределительной сети, изменения нагрузки на секциях ПС.
Усовершенствование алгоритма функционирования адаптивного устройства АВР, позволяющего повысить надежность работы АВР для систем электроснабжения нефтедобычи с несколькими ПС 35/6(10) кВ.
Разработка проектов шкафов низковольтного комплектного устройств адаптивного АВР для подстанций напряжением 6 и 35 кВ нефтедобычи с вакуумными и/или элегазовыми выключателями.
Проведение лабораторных и промышленных экспериментальных исследований адаптивного устройства АВР напряжением 6 и 35 кВ для объектов нефтедобычи с кустовыми насосными станциями (КНС) при различных режимах работы электродвигательной и кустовой нагрузки ПС.
Определение параметров настройки пускового устройства АВР для его надёжной работы в условиях КНЭ для сложных схем нефтедобычи с несколькими ПС 35/6(10) кВ.
Разработка практических рекомендаций, направленных на повышение надежности систем электроснабжения КНС с указанием режимов работы станций.
Объектом исследования являются кустовые насосные станции, насосное оборудование нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий и функционирование их СЭС в условиях воздействия кратковременных нарушений электроснабжения в питающих и распределительных сетях.
Научная новизна:
Предложено усовершенствованное пусковое устройство адаптивного АВР, которое отличается от известных новым надежным алгоритмом определения аварийного режима для сложных схем добычи нефти с несколькими подстанциями 35/6 кВ, позволяющее сохранить в работе технологические агрегаты кустовых месторождений при КНЭ.
Разработан программный комплекс для оценки работы предложенного алгоритма АВР в условиях потери питания и при КЗ в различных точках системы электроснабжения нефтедобычи, учитывающий электродвигательную нагрузку напряжением 6(10) и 0,38 кВ, в том числе погружные электродвигатели напряжением от 0,5 до 2,5 кВ и позволяющий определить на основании особого реле направления тока критерии срабатывания АВР.
3. Определены критические длительности КЗ и отключений в
питающих сетях систем электроснабжения нефтедобывающих предприятий с
учетом её структуры и конфигурации, а также режимов работы нагрузки
кустовых месторождений.
Установлена целесообразность введения особого реле направления тока в предложенный алгоритм работы устройства БАВР для объектов нефтедобычи с кустовыми насосными станциями.
На основании расчетов и опытной эксплуатации определены уставки пускового устройства адаптивного АВР для обеспечения непрерывности технологических процессов при нарушениях электропитания для подстанций 35/6 кВ сложных схем добычи нефти.
Практическая ценность результатов работы
Разработаны и внедрены опытные образцы микропроцессорного устройства АВР с новым алгоритмом работы пускового устройства для ПС напряжением 6 и 35 кВ. Разработаны проекты шкафов низковольтного комплектного устройств адаптивного АВР для подстанций напряжением 6 и 35 кВ нефтедобычи с вакуумными и/или элегазовыми выключателями.
Реализация результатов работы
Основные результаты работы использованы на действующих объектах ОАО «ТНК-ВР» для обеспечения надежной работы электроцентробежных насосов, станков-качалок, насосов повышения пластового давления кустовых месторождений при условиях, попадающих под действие АВР; а также в разработанном проекте привязки комплекса БАВР для проектных институтов.
Основные положения, выносимые на защиту:
Новое микропроцессорное устройство быстродействующего АВР, которое отличается от известных надежным алгоритмом определения аварийного режима для сложных схем нефтедобычи с несколькими подстанциями 35/6 кВ и позволяющее сохранить в работе технологические агрегаты при КНЭ.
Программный комплекс для оценки надежности работы усовершенствованного алгоритма АВР в условиях потери питания и при КЗ в различных точках системы электроснабжения нефтедобычи, учитывающей электродвигательную нагрузку напряжением 6(10) и 0,38 кВ, в том числе погружные электродвигатели напряжением от 0,5 до 2,5 кВ.
Результаты лабораторных и экспериментальных исследований АВР для объектов нефтедобычи с несколькими взаимосвязанными ПС 35/6 кВ при
изменении числа работающих СД и АД, видов и мест КЗ, которые подтвердили надежность предлагаемого алгоритма и адаптивного устройства АВР.
4. Целесообразность введения особого реле направления тока в предложенный алгоритм работы устройства БАВР для объектов нефтедобычи с кустовыми насосными станциями при различных режимах работы электродвигательной нагрузки подстанции.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались, а опытный образец БАВР выставлялся на: Всероссийской научно-технической конфе-
ПР.НТШИ «^ТТеКТПтНеПГИЇГ ОТ nniTVWmra И пяптпргт,яп*>тт<7 Тїґі ъА\М&ъ-пж-аиг\т т:г/*_
X - "Г \Г -- J " I Г'^ ~"" *~*v -TT..«««1V "-*
пользования» (г. Томск, 17-19 мая 2006 г.); Всероссийской конференции «Практика эффективной организации энергоснабжения металлургических предприятий в условиях реструктуризации» (Москва, 15-16 ноября 2006 г.); Международной выставке-семинаре «Электрические сети России - ЛЭП-2006» (г. Москва, ВВЦ, 28 ноября - 01 декабря 2006 г.); 6-ом Международном трубопроводном форуме «Трубопроводный транспорт - 2007» (г. Москва, Экспоцентр, 17-19 апреля 2007 г.); на Международной выставке-семинаре «Электрические сети России -ЛЭП-2007», раздел: «Снижение аварийности и повышение надежности передачи электроэнергии» (г. Москва, ВВЦ, 03-06 декабря 2007 г.); на 13 совещании экспертной группы по энергетике ОАО «ТНК-ВР» (г. Бузулук, ОАО «Оренбург-нефть», 10-12 июля 2008 г.), на научных семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий Московского энергетического института (ТУ).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в которых отражены основные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе.
Структура и объем работы
Оборудование и технологические процессы нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий
Для решения этих задач эффективным и удобным является метод математического моделирования, который дает возможность с высокой точностью исследовать широкий круг задач, решение которых экспериментальным путем невозможно или чревато экономическими, экологическими и материальными затратами.
Целью работы является разработка программы оценки режимов работы комплексной нагрузки систем электроснабжения нефтедобычи, нефтепереработки и насосных станций при потере питания и при КЗ в различных точках питающей сети и создание адаптивного устройства АВР, обеспечивающего восстановление электроснабжения комплексной нагрузки с сохранением её динамической устойчивости. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие теоретические и прикладные задачи: 1. Разработка программного комплекса расчета переходных процессов в СЭС с определением мощностей, напряжений и токов применительно к АВР для выбора параметров надежной работы пускового устройства АВР в условиях потери питания и при КЗ в различных точках системы электроснабжения, изменения нагрузки на секциях ПС. 2. Усовершенствование алгоритма функционирования адаптивного устройства АВР, позволяющего повысить надежность работы АВР для систем электроснабжения нефтедобычи с несколькими ПС 35/6(10) кВ. 3. Разработка проектов шкафов низковольтного комплектного устройств адаптивного АВР для подстанций 6 и 35 кВ нефтедобычи с вакуумными и элега- зовыми выключателями. 4. Проведение лабораторных и промышленных экспериментальных исследований адаптивного устройства АВР напряжением 6 и 35 кВ для объектов нефтедобычи с кустовыми насосными станциями (КНС) при различных режимах работы электродвигательной и кустовой нагрузки подстанции. 5. Определение параметров настройки пускового устройства АВР для его надёжной работы в условиях КНЭ для сложных схем нефтедобычи с несколькими ПС 35/6(10) кВ. 6. Разработка практических рекомендаций, направленных на повышение надежности систем электроснабжения КНС с указанием режимов работы станций. Объектом исследования являются кустовые насосные станции, насосное оборудование нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий, функционирующих в условиях воздействия кратковременных нарушений электроснабжения в питающих и распределительных сетях. 1. Разработан программный комплекс для оценки работы предложенного алгоритма АВР в условиях потери питания и при КЗ в различных точках системы электроснабжения нефтедобычи, учитывающий электродвигательную нагрузку напряжением 6(10) и 0,38 кВ, в том числе погружные электродвигатели напряжением от 0,5 до 2,5 кВ и позволяющий определить на основании особого реле направления тока критерии срабатывания АВР. 2. Предложено усовершенствованное пусковое устройство адаптивного АВР, которое отличается от известных новым надежным алгоритмом определения аварийного режима для сложных схем добычи нефти с несколькими ПС 35/6 кВ, позволяющее сохранить непрерывность технологических процессов. 3. Определены критические длительности КЗ и отключений в питающих сетях систем электроснабжения нефтедобывающих предприятий с учетом её структуры и конфигурации, а также режимов работы нагрузки кустовых месторождений. 4. Установлена целесообразность введения особого реле направления тока в предложенный алгоритм работы устройства БАВР для объектов нефтедобычи с кустовыми насосными станциями. 5. На основании расчетов и опытной эксплуатации определены уставки пускового устройства адаптивного АВР для обеспечения непрерывности технологических процессов при нарушениях электропитания для подстанций 35/6 кВ сложных схем добычи нефти. Практическая ценность результатов работы. Разработаны и внедрены опытные образцы микропроцессорного устройства адаптивного АВР с новым алгоритмом работы пускового устройства. Разработаны технические решения, направленные на повышение надежности работы электрооборудования ДНС и КНС. Проведены экспериментальные исследования работы адаптивного АВР для сложных систем электроснабжения с несколькими взаимосвязанными подстанциями 35/6 кВ при изменении мощности включенных СД и АД, видов и места КЗ, которые подтвердили надежность предлагаемого алгоритма и разработанного адаптивного устройства АВР. Реализация результатов работы. Основные результаты работы использованы на действующих объектах ОАО «ТНК-ВР» для обеспечения надежной работы электроцентробежных насосов, станков-качалок, насосов повышения пластового давления кустовых месторождений при условиях, попадающих под действие АВР; а также в разработанном проекте привязки комплекса АВР для проектных институтов и инжиниринговых фирм. Основные положения, выносимые на защиту: 1. Новая микропроцессорное устройство быстродействующего АВР, которое отличается от известных надежным алгоритмом определения аварийного режима для сложных схем нефтедобычи с несколькими подстанциями 35/6 кВ и позволяющее обеспечить непрерывность технологических процессов. 2. Программный комплекс для оценки надежности работы усовершенствованного алгоритма АВР в условиях потери питания и при КЗ в различных точках системы электроснабжения нефтедобычи, учитывающей электродвигательную нагрузку напряжением 6(10) и 0,38 кВ, в том числе погружные электродвигатели напряжением от 0,5 до 2,5 кВ. 3. Результаты лабораторных и экспериментальные исследований АВР для объектов нефтедобычи с несколькими взаимосвязанными ПС 35/6 кВ при изменении числа работающих СД и АД, видов и мест КЗ, которые подтвердили надежность предлагаемого алгоритма и адаптивного устройства АВР. 4. Целесообразность введения особого реле направления тока в предложенный алгоритм работы устройства БАВР для объектов нефтедобычи с кустовыми насосными станциями при различных режимах работы электродвигательной нагрузки подстанции.
Допущения и основные уравнения переходных процессов в системах электроснабжения, содержащих СД и АД.
Современные МП РЗА напряжением 6-35 кВ развиваются путем реализации функции осциллографа, регистрации событий, определения места повреждения, изменения групп уставок, а также вывода из МП РЗА необходимого объема информации для анализа правильности действия РЗА, для создания координированных систем контроля и управления или использования в АСУ ТП [6,47,59,90,94,123]. Алфавитно-цифровой мини-дисплей МП РЗА должен иметь 2-4 строки по 16-20 символов, а клавиатура - цифровые и функциональные клавиши. Устройства МП РЗА должны содержать [6,47,59,90,94, 123] оперативные элементы местного контроля, управления и сигнализации со встроенным интерфейсом общения "человек-защита, выполняться с программируемой логикой взаимодействия как между различными функциями защиты, управления и контроля, входящими в состав МП РЗА, так и между этими функциями и внешними устройствами других защит. Для большинства устройств РЗА, реагирующих на составляющие основной частоты, частоты измерений рекомендуется принимать 20 измерений за период. Модуль интерфейса связи МП РЗА должен предусматривать возможность обмена информацией со скоростями 64 кбит/с и 1 Мбит/с с использованием стандартного протокола, например, HDLC. Блок питания МП РЗА должен работать от постоянного или выпрямленного оперативного тока с номинальным напряжением 220 В [47,94,123]. В МП РЗА должна предусматриваться доаварий- ная запись в течение времени от 0,5 до 5,0 с, которое должно устанавливаться потребителем и запись после начала регистрации (аварийная запись) не менее 5,0 с.
Показатели надежности устройств МП РЗА должны выбираться из следующих значений: а) средняя наработка на отказ сменного элемента - 100, 125 тыс. ч; б) среднее время восстановления (замены сменного элемента) - 0,5; 1; 2; 3 ч; в) средний срок службы сменного элемента до капитального ремонта - 8, 10, 12, 14 лет; г) средняя вероятность отказа в срабатывании устройства за год (при появлении требования) - 1-10-5, ЫО-6; д) параметр потока ложных срабатываний устройства в год (при отсутствии требования) - 1-10-6 , 1-10-7; е) полный средний срок службы устройства - 20,25 лет [47,94,123].
Выходные контакты управления коммутационными аппаратами должны иметь коммутационную способность в цепях постоянного тока напряжением 220 В с индуктивной нагрузкой, с постоянной времени 0,05 с при числе коммутаций не менее 1000: для воздушных выключателей (на замыкание 40 А длительностью 0,03 с, 15 А длительностью 0,3 с; на размыкание 0,25 А); для выключателей с электромагнитными приводами (на замыкание 5,0 А длительностью 1,0 с; на размыкание 0,25 А).
Проанализировав технические характеристики устройств МП РЗА выявлено, что времена их срабатывания для функций АВР находится в пределах 150-220 мс [5,6,19,47,90,97,123], т.к. построены они на органах минимального напряжения.
Быстродействующий АВР типа БЭ 8302, разработанный на основании авторских свидетельств [13,14,53] в качестве своих органов использовал шесть пусковых реле минимального напряжения, включенных на напряжения первой и второй секции шин; два блокирующих реле направления мощности, каждое из которых контролирует направление передачи мощности прямой последовательности питающего ввода; пусковой и блокирующий блоки контроля угла между одноименными напряжениями прямой последовательности первой и второй секции шин; блок логики; блоки выходных и приемных реле; элементы диагностики; блок питания. Аналоговое устройство БАВР является разработкой 20-летней давности и построено на элементной базе того времени, морально и технически устарело. Требуют доработки: алгоритмы быстродействующего АВР; датчики направления мощности. Устройство обладает низким (45-60 мс) быстродействием по сравнению с микропроцессорными защитами. Автоматический переключатель секции шин (АПСШ), как устройство АВР, предназначен для установки на двухсекционных подстанциях напряжением 6(10) кВ с быстродействующими секционными выключателями. АПСШ предназначен для сохранения в работе электропотребителей с электродвигательной нагрузкой при возникновении аварийного режима — потери питающего напряжения на одном из вводов 6(10) кВ подстанции[53,54]. В задачи АПСШ входит: о максимально быстро определить аварийный ввод, выдать команду на отключение вводного выключателя и проверить исполнение этой команды; в определить скорость выбега двигательной нагрузки на отключенной аварийной секции шин и произвести расчет времени опережения выдачи сигнала на включение вакуумного секционного выключателя с учетом собственного времени его включения. Время опережения определяется так, чтобы реальное замыкание контактов секционного выключателя произошло при разности фаз напряжений «здоровой» и аварийной секций в диапазоне от 330 до 15, что гарантирует минимальные токи в момент переключения; в расчетный момент времени выдать команду на включение секционного выключателя и получить подтверждение ее выполнения; в при восстановлении напряжения на отключенном вводе включить вводной выключатель и отключить секционный выключатель. Признаками, по которому выдается команда АПСШ на отключение вводного выключателя, являются.
Типовые схемы электроснабжения нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий
Станок-качалка является индивидуальным приводом штангового глубинного насоса, спускаемого в скважину и связанного с приводом гибкой механической связью — колонной штанг. Для получения необходимого числа ходов точки подвеса штанг могут быть применены электродвигатели с частотой вращения 750 или 1000 об/мин серии АОП.
В качестве привода УЭЦН применяют погружной электродвигатель спускаемый в скважину совместно с насосом на заданную глубину. Вторую группу составляют установки электровинтовых насосов (УЭВН). Их доля в общем балансе добычи нефти незначительна. Приводом винтового насоса тоже служит погружной электродвигатель, спускаемый вместе с насосом на заданную глубину.
Нагнетательные скважины располагают по геометрической сетке: пяти, семи- или девятиточечной. При этом на одну нагнетательную скважину приходится при пятиточечной системе одна эксплуатационная, при семиточечной - две, девятиточечной - три.
Централизованная система закачки включает в себя водозабор, станцию второго подъема, кустовую нагнетательную насосную станцию и нагнетательные скважины. Кустовая насосная станция (КНС) представляет собой специальное сооружение, выполненное из бетона или кирпича, в котором размещается насосное и энергетическое оборудование, технологическая обвязка, пусковая и регулирующая аппаратура. На два работающих насоса следует иметь один резервный. 1. Патентный поиск показал, что технических решений, непосредственно относящихся к автоматическому включению резервного электропитания потребителей 16 и российские фирмы-патентообладатели мало заинтересованы в распространении своих технических решений за пределы своей страны. Перспективным с точки зрения надежного определения аварийного режима и быстродействия является патент МЭИ. 2. Зарубежные устройства АВР работают, как правило, от внешних защит, внутренним органом пуска является орган минимального напряжения, контролируют 1 (2) напряжения и ток на секции и обеспечивают синфазность при переключении. Для надежного определения аварийного режима при несимметричных КЗ следует использовать 4 сигнала напряжения и три тока для каждой секции РУ, а также особые критерии мощности. 3. Ввиду того, что схемы электроснабжения нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий, запитанные от ГПП-110/35/6, содержат несколько ПС 35/6 кВ, получающих электроснабжение по ВЛ-35 кВ, а существующие алгоритмы и устройства АВР не правильно функционируют при КЗ в разных точках СЭС ТПДН, то необходимо разработать надежные алгоритмы и схемы пусковых устройств АВР для таких электротехнических комплексов. 4. Пусковое устройство быстродействующего АВР не должно зависеть от релейной защиты секционного и вводных ячеек, типа вакуумной или эле- газовой коммутационной аппаратуры, обладать временами реакции не более 15 мс, что обеспечить максимальное время полного цикла работы автоматики резервного электропитания до 80 мс. Глава 2. Математическое моделирование систем электроснабжения и разработка устройства АВР для надежного электропитания потребителей нефтедобывающих предприятий Обеспечение динамической устойчивости комплексной нагрузки нефтедобывающих и перерабатывающих предприятий возможно лишь путем математического моделирования режимов работы СЭС при наличии простых и адекватных схем замещения высоковольтных синхронных и асинхронных электродвигателей, приводов ЭЦН, УШГН, реальной схемы электроснабжения ТПДН с учетом работающего электрооборудования. Для выбора правильных условий эксплуатации комплексной нагрузки нефтедобывающих предприятий необходимо осуществить многочисленные расчетно-экспериментальные исследования переходных процессов при изменении параметров двигателей и системы электроснабжения. Для этого для СД и АД приняты следующие стандартные допущения [35,38,49]: 1) магнитная индукция по окружности ротора распределена синусоидально; 2) приближенно учитывается изменение индуктивных сопротивлений взаимоиндукции в связи с насыщением стали при изменениях режима работы двигателя, что позволяет упростить уравнения переходных процессов СД; 3) не учитывается изменение активных сопротивлений схем замещения двигателей при изменениях температурного режима.
Общие сведения по системе электроснабжения ПС 35/6 кВ «К-258»...
На этапе расчета выбега комплексной нагрузки (а как уже говорилось, состав нагрузки ТПДН включает СД, АД, компенсирующие устройства и прочие потребители) учитываются изменения параметров АД и СД в функции скольжения, взаимное влияние электромагнитных процессов, расчет остаточных напряжений в узлах нагрузки ведется путем решения дифференциальных уравнений, описывающих поведение каждого СД (системой из четырех уравнений пятого порядка (2.39) (2.42)) и АД (системой из трех уравнений), уравнений связи (2.53), (2.56), (2.61) между ПС 35/6 кВ и питающими центрами (как правило, два).
Для СД учитывается тип системы возбуждения, коэффициент загрузки, момент сопротивления приводимого механизма двигателя (согласно уравнению (2.51), форсировка возбуждения, изменение ЭДС, а также активной, реактивной мощностей двигателя. Для АД на каждом шаге интегрирования (с использованием метода последовательных итераций и шагом интегрирования 0,001-0,0005) ведется расчет скольжения, момента сопротивления механизма, изменившихся параметров схемы замещения двигателя, а также ЭДС и активной, реактивной мощностей двигателя.
В случае изменения состояния коммутационных аппаратов на этапе выбега комплексной нагрузки пересчитывается матрица узловых сопротивлений и соответственно токи и напряжения узлов. Расчет ведется в относительных единицах, а при выводе фазных значений пересчитывается в именованные параметры. Оценка достоверности работы пускового устройства проводится путем сопоставления особого критерия тока (с учетом угла максимальной чувствительности, подпитки от рабочей секции СЭС в заданной ветви схемы замещения) и пересчета его в критерий мощности, который использовался ранее. На основании полученных результатов исследований, представленных в таблицах параметров ветвей, узлов, электродвигателей ведется анализ и путем дополнительных расчетов производится выбор оптимальных параметров настройки пускового органа адаптивного АВР. 2.4. Выводы по главе 2 1. Модернизирован программный комплекс расчета режима выбега на КЗ, позволяющий учесть структуру системы электроснабжения нефтедобывающих предприятий, влияние электродвигательной и прочей нагрузок подстанций ПС-35/6 кВ. 2. Разработан алгоритм и программа расчета особого критерия мощности для нового поколения быстродействующих АВР. Предложенный алгоритм позволит найти такие параметры настройки быстродействующих АВР, при которых обеспечивается надежная работа БАВР для системы электроснабжения нефтедобывающих предприятий. 3. Разработан алгоритмом работы реле направления тока, надежно работающий при несимметричных коротких замыканиях в системах электроснабжения нефтедобывающих предприятий, имеющих 5-7 подстанций напряжением 35/6 кВ с или без электродвигательной нагрузки напряжением 6 кВ, с нагрузкой кустовых месторождений, имеющих привода для электроцентробежных насосов и АД напряжением 380 В. 4. Предложена структурная схема пускового устройства адаптивного АВР, учитывающая улучшенный алгоритм работы реле направления тока. Глава 3. Оценка влияния кратковременных нарушений электропитания на работу пускового устройства АВР для узлов нагрузки нефтедобывающих предприятий 3.1. Типовые схемы электроснабжения нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий Схемы электроснабжения нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий отличаются как типовыми решениями, так и своей электродвигательной нагрузки, предназначенной для привода машин и механизмов. Большинство схем являются схемами первой категории по надежности и должны иметь два независимых источника питания [9-17,21,59,78,83,88,90, 135,136]. В качестве привода насосов и компрессоров таких предприятий широкое применение нашли СД с массивным гладким ротором (мощностью 4000, 3200, 1600 и 1250 кВт), с шихтованными полюсами (мощностью 200 — 5000 кВт) и АД с короткозамкнутым ротором (мощностью 250 - 630 кВт). Схемы электроснабжения нефтедобывающих предприятий включают главные понизительные подстанции с трехобмоточными (или с расщепленной обмоткой) трансформаторами мощностью 40(25) МВА, к которым через BJI-35 кВ подключены подстанции 35/6 кВ, от каждой секции которых запитано до четырнадцати подстанций 6/0,4 кВ. Мощности трансформаторов подстанций 6/0,4 кВ зависят от мощности месторождений, назначения ПС и обычно составляют 16,10 и 4 МВА. Удаленность подстанций 35/6 кВ от 11111 зависит от мест добычи нефти, мощности месторождений и может достигать 30 и более км (рис. 3.1). Схемы электроснабжения нефтеперерабатывающих предприятий содержат обычно два питающих центра напряжением 110(220) кВ, от РУ-110 и 35 кВ которых запитаны 11111 предприятия. Кроме того, по BJI-35 кВ запитаны подстанции предприятий, осуществляющих электроснабжение технологических производств. Так, электроснабжение ЗАО «РНГЖ» осуществляется от двух подстанций — ПС «Факел» ГПП 110/35/6 кВ и ООО «Ново-Рязанская ТЭЦ» (ЗРУ 110, ЗРУ 35 и ГРУ 6 кВ), являющимися центрами питания первого уровня (рис. 3.2).
