Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время поставка природного газа потребителям Российской федерации и за рубеж осуществляется по газотранспортным системам (ГТС) Единой системы газоснабжения России. Данные ГТС характеризуются совокупностью взаимосвязанных газопроводов и сопутствующим им сооружений, предназначенных для обеспечения газом потребителей. ГТС является связующим звеном между удалёнными месторождениями газа и его потребителями. ГТС является основой Единой системы газоснабжения. В их состав входят магистральные и распределительные газопроводы, компрессорные станции (КС) и другое сопутствующее оборудование. Компрессорный парк всех ГТС включает в себя более 250 КС, имеющих в своем составе более 4000 газоперекачивающих агрегатов (ГПА). Парк ГПА включает агрегаты с газотурбинным приводом - 85 %, с электроприводом -14,5 %, с поршневым приводом - 0,5 %.
Успешное функционирование газотранспортных
технологических установок обеспечивается, в том числе, и надёжной работой их систем электроснабжения (ЭС). Невозможно допустить даже кратковременные перерывы в электроснабжении КС ГТС, так как это может привести к нарушениям технологического процесса транспортировки газа и непрерывности процесса поставки природного газа потребителям. Следствием этого могут возникнуть проблемы жизнедеятельности большого количества городов и предприятий, экологических катастроф, сложности выполнения межгосударственных контрактов,, возникновение аварий дорогостоящего оборудования, что в совокупности приводит к появлению значительного материального ущерба.
По данным статистической отчётности ОАО «Газпром» по итогам одного календарного года на энергообъектах транспортировки происходят десятки нарушений по причине перерыва электроснабжения, что приводит к останову нескольких сотен ГПА и вынужденному изменению режимов работы ряда энергообъектов. Число нарушений в электроустановках составило более 50% от их общего количества. Наибольшее количество нарушений происходит по причине отказов в закрытых
распределительных устройствах (ЗРУ) б(10)кВ - 21 нарушение, аппаратов напряжением до 1000В - 20 нарушений, электростанции собственных нужд (ЭСН) - 19 нарушений, силовых воздушных и кабельных линий электропередач и подстанций 110(35)кВ -И нарушений, трансформаторных подстанций (ТП) 10/0,4кВ - 10 нарушений. Зафиксированы случаи значительного финансового ущерба после ряда аварийных остановов ГПА КС из-за отключения внешних питающих линий Энергосистемы и отказа аварийных дизельных электростанций (АДЭС) из-за сбоев автоматики.
Исходя из изложенного, задача повышения надежности и экономичности электроснабжения КС ГТС путем обоснования и реализации рациональной структуры системы электроснабжения, обладающей функциональной достаточностью и обеспечивающей непрерывность технологического процесса транспортировки газа представляется актуальной.
Работа базируется на результатах исследований, выполненных А.А. Вилесовым, И.А. Рябининым, А.С. Можаевым, В.В. Барановским, Г.С. Ясаковым, В.Г. Тарасовским и др.
Цель работы: Повышение надежности и экономичности
системы электроснабжения компрессорных станций
газотранспортных систем путем научно обоснованного изменения её структуры при сохранении функциональной достаточности, обеспечивающей непрерывность технологического процесса и минимизацию затрат.
Идея работы. Логико-вероятностное моделирование позволяет выявить рациональную схему функциональной целостности многосвязной системы электроснабжения и ограничить вклады ее определяющих компонентов до уровня достаточности, обеспечивающих заданную готовность комплекса. Научная новизна работы:
-
Установлены зависимости показателей надежности электротехнических комплексов КС газотранспортной системы, от вариации параметров системы электроснабжения, включая параметры коэффициента готовности отдельных элементов.
-
Выявлена рациональная структура системы электроснабжения при условии минимизации структурной
избыточности путем определения значимости элементов, вносящих вклады в результирующие показатели надежности, обеспечивающая непрерывность технологического цикла компримирования природного газа.
Основные задачи исследований:
1.Выполнить статистическую оценку показателей надежности, включая наработки на отказ отдельных элементов и коэффициенты готовности структурных узлов системы электроснабжения КС;
2.Разработать метод моделирования и расчета систем электроснабжения КС с учетом показателей надежности и значимости компонентов схемы функциональной целостности
(сфц);
3.Обосновать рациональную структуру системы
электроснабжения КС, в которой минимизирована структурная избыточность;
4,Определить направления усовершенствования
электроэнергетических структур по критерию надежности при увеличении характеристик надежности элементов с относительно высокой значимостью;
5.0ценить технико-экономическую эффективность системы электроснабжения КС при отказах внешнего электроснабжения и автономном электропитании от ЭСН.
Методы исследований: в .работе использованы методы теории электрических цепей, теории систем электроснабжения электротехнических комплексов, теории электрических машин, теории вероятности, логико-вероятностного моделирования и оценки надежности системы ЭС.
Защищаемые научные положения:
1. Разработанные методика и алгоритм логико-вероятностного моделирования СЭС КС и установленные показатели надежности компонентов электротехнических комплексов компрессорной станции магистральной ГТС, включая наработки па отказ отдельных элементов, коэффициенты готовности отдельных структурных узлов, позволяют обосповать схемы функциональной целостности КС и выявить их системные свойства при взаимном резервировании источников питания.
2. Выбор рациональной структуры системы
электроснабжения выполняется на основе анализа вариантов
многосвязанных схем функциональной целостности при
условии минимизации структурной избыточности путем
определения и ограничения влияния элемептов, вносящих
положительный вклад в результирующие показатели
надежности, включая структурную избыточность, и
экономичности из условия обеспечения непрерывности технологического цикла транспорта газа при заданной производительности компрессорной станции.
Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждается использованием апробированных методов теории надежности, теории электрических цепей, методов математического моделирования на ЭВМ и практикой эксплуатации.
Практическая цеиность диссертации:
-
Классифицирована и упорядочена информация об отказах и нарушениях, определены показатели надежности элементов системы электроснабжения КС ГТС.
-
Выявлены элементы системы электроснабжения энергетических объектов компримирования газа, имеющие наибольшую относительную значимость и обладающие наибольшим положительным вкладом в надежность системы;
-
Разработана методика оценки технико-экономической эффективности создания и эксплуатации электростанции собственных нужд КС;
-
Разработана методика оценки ожидаемого ущерба от нарушения технологического процесса транспортировки газа при отказе системы ЭС КС.
Реализация результатов работы.
Результаты работы в виде обоснования усовершенствованной
структуры системы ЭС КС переданы в
СУ«Леноргэнергогаз» ОАО «Оргэнергогаз» и используются при проектировании новых и реконструкции существующих систем электроснабжения КС. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов работы - более 10 млн. руб. в год.
Личный вклад автора.
Обоснованы научные положения. Проанализированы и упорядочены статистические данные по результатам эксплуатации компонентов электротехнических комплексов КС ГТС. С использованием пакета Statistica установлены показатели надежности элементов системы ЭС. Данный математический пакет представляет собой интегрированную систему статистического анализа и обработки данных, состоящий из: электронных таблиц ввода-вывода данных, графической системы результатов данных, выбора статистических модулей, специального инструмента и встроенных языков программирования. Полученные данные позволяют обосновать схемы функциональной целостности КС и выявить их системные свойства при резервировании источников питания и распределения электроэнергии.
Разработан алгоритм с использованием пакета прикладных программ, реализованные в методике усовершенствования электрических схем КС ГТС при минимизации структурной избыточности. Разработаны методики оценки технико-экономической эффективности создания и эксплуатации электростанции собственных нужд КС, ожидаемого ущерба от нарушения технологического процесса транспортировки газа при отказе системы ЭС КС.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на Научно технических советах ОАО «Газпром» (Москва 2010-2011г.г.), международном форум-конкурсе ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург 2007-2012г.г.), научных семинарах кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики НМСУ «Горный».
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах, в том числе 5 публикаций в журналах, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 182 страницах, содержит 64 рисунков, 29 таблиц, список литературы из 104 наименований.
