КОМПЕНСАЦИЯ ПРОВАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ПУСКЕ МОЩНЫХ БУРОВЫХ СТАНКОВ

Работа выполнена в рамках Государственного задания (шифр № 13.707.2014/к).

Проблема провалов и отклонений напряжения в электрических сетях 6—10 кВ нефтедобывающих промыслов до сих пор окончательно не решена. Применение различного рода компенсирующих и пусковых устройств, а также частотно-регулируемого привода не всегда приводит к удовлетворительному результату [1—6]. Одним из способов уменьшения провалов напряжения и его отклонения в радиальных и радиально-магистральных линиях нефтепромыслов является каскадное включение вольтодобавочных трансформаторов (ВДТ).

Указанный способ представляет собой эффективное средство по повышению напряжения при пусковых и нормальных режимах электроустановок, подключаемых к сети 6—10 кВ. Однако при определенных параметрах линий и пусковых характеристиках оборудования каскадного включения ВДТ недостаточно. В этом случае предлагается использование динамического компенсатора искажения напряжения (ДКИН), усовершенствованная версия которого приведена в [3]. В отличие от ВДТ, действие ДКИН кратковременно и распространяется только на время пуска мощного электроприемника. При этом отсутствует методика выбора места подключения ДКИН в сети в зависимости от ее конфигурации и параметров нагрузки. К важным факторам, отличающим ДКИН от ВДТ является то, что ДКИН повышает напряжение на нагрузке при пуске, а ВДТ нет. Очевидно, что повышение напряжения влечет за собой увеличение пускового тока, что отсутствует в случае применения ВДТ.

К преимуществу ДКИН следует отнести допустимость создаваемого им кратковременного перенапряжения (согласно ГОСТ Р.54149-2010 до 1,38 номинального напряжения () в течение 2 с), что определяет его дополнительные компенсирующие возможности.

Автором была разработана методика выбора места подключения ДКИН для радиальной и радиально-магистральной линий, в основу которой были положены следующие принципы:

1)  Для радиальной линии:

Учитывая тот факт, что в радиальной линии перенапряжение следует прослеживать только в конце линии — добавка напряжения может быть любой. Критерием является обеспечение необходимого напряжения для пуска концевой нагрузки. Место подключения (как наиболее эффективное) — начало линии;

2)  Для радиально-магистральной линии:

Исходя из ограничения по перенапряжению в узлах подсоединения ответвлений, добавка, создаваемая ДКИН определяется выражением:

,

где: к и a характеризуют соответственно напряжение в начале и в конце линии при пуске концевой нагрузки.

При возможности достижения допустимых значений напряжения при пуске двигателя с помощью ВДТ и ДКИН следует сравнить экономическую эффективность обоих вариантов.

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработан алгоритм выбора координат подключения и параметров ВДТ и ДКИН для условий протяженных нефтепромысловых сетей, блок-схема которого приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Блок схема алгоритма выбора параметров ВДТ и ДКИН

Алгоритм включает в себя четыре основных блока: в первом блоке осуществляется компьютерное имитационное моделирование электротехнического комплекса нефтедобычи, во втором блоке осуществляется моделирование пуска двигателя, в третьем, для ВДТ — моделирование установившегося процесса работы электрооборудования, в четвертом — выбор параметров ВДТ или ДКИН.

1-ый шаг заключается в определении распределения напряжения вдоль линии при пуске двигателя, подключенного в конце либо радиально-магистральной, либо радиальной линий. Определение распределения может быть осуществлено либо на основе компьютерного моделирования, либо на основе натурных измерений.

a)  Для радиально-магистральной линии:

·     определяются либо допустимость уровней напряжения, на всем протяжении линии, либо их допустимость с определением координаты X, начиная с которой уровень напряжения не удовлетворяет условиям безаварийной работы , подключенных магистрально электроприемников;

·     выбираются параметры ВДТ, подключаемого после узла, предшествующего узлу i=1. Параметры ВДТ выбираются исходя из условия не превышения уровня напряжения 1,05  в узле i+1 при установившемся режиме нагрузки, питаемой от рассматриваемой линии, после чего проверяется условие . Для определения вышеуказанных условий образован цикл i=1+N, где N — количество всех узлов с координатой больше X. Если после окончания цикла (i=N) определен хотя бы один узел, не удовлетворяющий условию , то вариант подключения ВДТ отклоняется. В случае удовлетворения условия  выбираются параметры ВДТ;

·     параллельно циклу выбора параметров ВДТ производится выбор параметров ДКИН, которые должны обеспечивать единственное ограничение, определяемое ГОСТ-ом — перегрузка по напряжению в узлах подключения ответвлений не может превышать 1,38;

·     производится сравнение вариантов применения ВДТ и ДКИН. В случае отклонения варианта < подключением ВДТ сравнение нецелесообразно, т. к. следует применять только ДКИН.

b)  для радиальной линии алгоритм выбора компенсирующего устройства аналогичен предыдущему. Разница заключается в отсутствии цикла.

Таким образом на основе аналитических исследований режимов электрической сети 6—10 кВ нефтепромыслов разработан метод выбора параметров ДКИН, основанный на ограничении перенапряжений в узлах нагрузки на уровне, допустимом ГОСТ-ом. Определено, что при условии достижения допустимых значений напряжения при пуске концевой нагрузки с помощью ВДТ и ДКИН, выбор устройства должен быть осуществлен на основе сравнения их экономической эффективности.

Список литературы:
1.    Абрамович Б.Н., Сычев Ю.А., Шклярский А.Я., Устинов Д.А. Патент на изобретение № 2453021, Устройство регулирования отклонений напряжения и реактивной мощности. 10.06.2012, бюл. № 16.
2.    Абрамович Б.Н., Сычев Ю.А., Шклярский А.Я., Устинов Д.А. Патент на изобретение № 2446537, Устройство регулирования напряжения и передаваемой мощности электрической сети. 27.03.2012, бюл. № 9.
3.    Абрамович Б.Н., Сычев Ю.А., Устинов Д.А., Шевчук А.П. Патент на изобретение № 2467447, Устройство динамического управления режимом напряжения в электрической сети с применением fuzzy-логики. 20.11.2012.
4.    Абрамович Б.Н., Сычев Ю.А., Устинов Д.А., Шклярский А.Я. Активная компенсация провалов и искажений напряжения в системах электроснабжения нефтедобывающих предприятий // Промышленная Энергетика, № 4. 2012 г. Москва, С. 23—25.
5.    Абрамович Б.Н., Устинов Д.А., Сычев Ю.А., Шклярский А.Я. Методы компенсации провалов и искажений напряжения в электрических сетях нефтедобывающих предприятий // Нефтяное Хозяйство, № 8. 2014 г. Москва, С. 110—112.
6.    Шклярский А.Я., Сычев Ю.А., Устинов Д.А. Проблемы эксплуатации электрооборудовании буровых установок // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского политехнического университета № 1 (166), 2013 г. 93—98 с.