На правах рукописи Плотников Игорь Геннадьевич ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ, ПАРАМЕТРОВ И
advertisement
На правах рукописи Плотников Игорь Геннадьевич ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ, ПАРАМЕТРОВ И АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ СИСТЕМ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальном минеральносырьевом университете «Горный». Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Абрамович Борис Николаевич Официальные оппоненты: Смоловик Сергей Владимирович доктор технических наук, профессор, ОАО «Научноисследовательский институт по передаче электрической энергии постоянным током высокого напряжения», заместитель заведующего научно-исследовательским отделом. Жданов Евгений Васильевич кандидат технических наук, ФГУП «Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина», ведущий инженер отдела систем автоматизированного управления и контроля электротехнического оборудования для атомных электростанций и силового электропривода. Ведущая организация – Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Защита состоится 6 июня 2012 года в 14 час 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, В.О., 21 линия, д.2, ауд. №7212. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный». Автореферат разослан “5” мая 2012 г. УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета д.т.н., профессор В.В. ГАБОВ 2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 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 3 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: 1. 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. 4 2. 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: 1. Анализ графиков нагрузки электродвигателей насосов закачки воды в нефтяные пласты с учетом вероятностной оценки превышения возможности суточных максимумов нагрузки. 2. Создание имитационной компьютерной модели электромеханического комплекса с синхронными электродвигателями УППД для обоснования возможности использования их в качестве потребителей-регуляторов. 3. Обоснование структуры, параметров и алгоритмa управления электродвигателями систем поддержания пластового давления при использовании их в качестве потребителейрегуляторов. 4. Координация графиков электрических нагрузок посредством использования СД УППД в качестве ПР. Оценка эффективности координации электрических нагрузок при использовании СД УППР в качестве ПР. 5. Оценка эффективности электрических нагрузок путём организации режимного взаимодействия НГДП с энергосистемой. 6. 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: 1. Снижение электроэнергетической составляющей себестоимости на объектах нефтегазодобывающих предприятий достигается путём снижения в период пиковых нагрузок в соответствии с тарифными зонами энергосистем потребления 5 мощности, причем в качестве основных потребителейрегуляторов 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. 2. Использование синхронных электродвигателей насосов закачки воды в нефтяные пласты в качестве потребителейрегуляторов 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: 1. Обоснована эффективность координации графиков электрических нагрузок посредством использования СД УППД в качестве ПР; 2. Определены максимально допустимые уровни и длительности провалов питающего напряжения по условию их динамической устойчивости при пуске и самозапуске СД КНС; 3. Обоснована структура и алгоритм, позволяющие использование СД в качестве потребителей-регуляторов суточных графиков нагрузки путем осуществления частотного пуска и 6 повышения входного момента электродвигателя при пуске и самозапуске насосных агрегатов КНС; 4. 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 7 и молодых ученых «Энергои ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург 2010 г.); межвузовской научнопрактической конференции «Оценка месторождений полезных ископаемых с падающим объемом добычи в условиях исчерпания запасов» (Санкт-Петербург 2011); международной научнопрактической конференции «Инновационная экономика и промышленная политика региона (ЭКОПРОМ-2011) (СанктПетербург 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. Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность. В главе 1 выполнен анализ существующего оборудования УППД, включая СД в качестве приводного агрегата, доля потребляемой УППД энергии в общем потреблении, и факторов, препятствующих использованию СД УППД в качестве ПР, обоснованы цели и задачи исследований. В главе 2 выполнен анализ графиков нагрузки электродвигателей насосов закачки воды в нефтяные пласты с учетом вероятностной оценки превышения возможности суточных максимумов нагрузки. В главе 3 разработана имитационная математическая модель и выполнено исследование процессов пуска, дано обоснование процессов пуска СД, при которых последние могут быть использованы в качестве ПР НГДП. 8 В главе 4 показана эффективность преобразования графиков электрических нагрузок НГДП при использовании СД УППД в качестве ПР и разработано устройство, позволяющие реализовать пуск СД при ограничении бросков тока в питающей сети и нагрев обмоток. В главе 5 установлены границы статической устойчивости предложенного электротехнического комплекса УППД при возникновении отклонений напряжения и КЗ в питающей сети. Заключение отражает обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и решенными задачами. ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1. 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 потребителейрегуляторов 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. Выполнен анализ графиков нагрузки НГДП с учетом вероятностной оценки превышения возможности суточных максимумов нагрузки. Для НГДП ОАО «Сургутнефтегаз» и ОАО «Татнефть» установлено распределение потребления электроэнергии и мощности по отдельным составляющим декомпозиции технологического процесса добычи и определены параметры профилей графиков потребления активной и реактивной мощности для точек учета, являющихся расчетными с энергокомпаниями. Показано, что потребляемая мощность УППД составляет 35-45% от общей мощности потребляемой НГДП. По условия технологии закачки воды в пласты электродвигатели приводов насосов УППД могут быть отключены на время прохождения максимумов нагрузки энергосистем. 9 С использованием микропроцессорных систем учета электропотребления получены профили графиков нагрузки по отдельным электроподстанциям НГДП. Путем суммирования профилей графиков отдельных подстанций были определены показатели, характеризующие профили усреднённых графиков нагрузки НГДП в целом. На основании анализа аналогичных графиков электрических нагрузок ряда НГДП получен усредненный график нагрузки НГДП, который характеризуется следующими Р Р параметрами: к ф 1,0015 , к зап 0,90 0,92 , кРрав 0,76 0,78 . С использованием критерия 2 (критерий Пирсона) обосновано, что закон распределения электрических нагрузок нефтепромысловых потребителей соответствует нормальному. Установлено, что для электроподстанций НГДП средние значения нагрузки (Рср), дисперсии (D), среднеквадратических отклонений () и коэффициентов вариации изменяются в пределах: средние значения нагрузки на подстанциях: от 1,0 МВт до 2,5 МВт; средние значения нагрузки на подстанциях в часы максимальных нагрузок энергосистемы варьируют от 2 до 4 МВт; коэффициенты вариации ГЭН находятся в пределах 0,05…0,25; в экстремальных зонах суточного ГЭН величина коэффициента вариации может достигать значения 0,4. Выбросы нагрузки выше заявленного максимума наблюдались на 20% из обследованных подстанций, в 10% случаев заявленный максимум активной мощности равен или меньше среднего значения мощности, что обуславливает появление выбросов нагрузки в часы экстремальных нагрузок энергосистемы с вероятностью 0,8 ÷ 0,9. Частота выбросов при этом достигает 0,3 ч-1, средняя длительность 1 ÷ 2 часа. Наибольшее число выбросов наблюдается в диапазоне изменения нагрузки (0,95 ÷ 1,0)Рзм. При этом средняя частота колеблется от 0,02 до 0,085 час-1, а средняя длительность выбросов составляет 1,15 ÷ 4,8 часа. 10 Предложено производить ограничение электрических нагрузок путём организации режимного взаимодействия НГДП с энергосистемой как по активной, так и по реактивной мощности с целью приведение их к оптимальными или близкими к ним значениями, обеспечивающим минимизацию затрат на оплату электроэнергии в условиях применения дифференцированных тарифов. При этом снижение энергетической составляющей затрат на добычу нефти достигается путём совмещения электрических нагрузок и управления ПР в экстремальных зонах суточных графиков нагрузки. Дана оценка наиболее вероятной активной мощность пиковой нагрузки НГДП Р пнв n Р 1 3 , нвi i 1 Р нвi где – наиболее вероятная нагрузка i-той электроподстанции, n – число электроподстанций в составе НГДП, - суммарная дисперсия нагрузки. Численно величина для НГДП определялась для ряда месяцев по фактическим данным потребления активной мощности. Результаты вычислений показали, что величина находится в пределах 0,033÷0,042. С вероятностью 0,95 величина может быть n принята равной 0,037. Поэтому Рпнвi 0.89 Рнвi . i 1 Учитывая частоту и длительность выбросов нагрузки выше заявленного максимума число пусков и остановок из горячего состояния может быть более двух раз в сутки. Поэтому в составе электротехнического комплекса УППД должно быть предусмотрено устройство, ограничивающее на допустимом уровне электродинамическое и термическое воздействия на СД привода насосов и питающую сеть при пуске. В результате корректировки профилей электрических нагрузок происходит перераспределение в тарифных зонах потребляемой мощности практически без изменения объема потребления электрической энергии. При этом снижается на 20-25 % потребляемая в пиковых зонах мощность. Так как свыше 40% 11 электропотребления приходится на ночные часы оплата электрической энергии для НГДП снижается на (10 – 15)%. 2. Использование синхронных электродвигателей насосов закачки воды в нефтяные пласты в качестве потребителейрегуляторов 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. Экспериментальные исследования режимов пуска высоковольтных синхронных электродвигателей СТД-1250, СТД1600 в условиях УППД Рускинского месторождения в сетях ОАО «Сургутнефтегаз» показали, что тиристорные системы асинхронного пуска ограничивая отклонения напряжения в промысловой сети не позволяют использовать СД в качестве ПР из-за значительных потерь в роторе. Для определения условий, при которых возможно использование синхронных электродвигателей насосов закачки воды в нефтяные пласты в качестве потребителей-регуляторов суточных графиков нагрузки, произведено сопоставление потерь энергии в роторе СД привода насосов УППД при различных способах пуска в режиме, близком к режиму холостого хода (пуск при закрытой задвижке). Так как соотношение потерь в роторе при прямом W1 и частотном W2 пусках определяется W2 = W1s, где W1 – потери в роторе при прямом пуске СД, s – скольжение при частотном пуске СД, то предложено производить частотный пуск СД УППД, при чем частотный пуск может осуществляться при пониженном напряжении, обеспечивающем разгон СД на устойчивой части статической характеристике двигателя. Для оценки показателей, характеризующих разгон СД при питании от преобразователя 12 частоты, разработана в среде MatLAB Simulink математическая модель электромеханического комплекса «СД – преобразователь частоты – система возбуждения» (рис.1). В результате моделирования получены зависимости электромагнитного момента СД от скольжения при различной форсировке напряжения возбуждения для СД (рис. 2). Установлено, что в области малых скольжений при питании ПЧ пониженным напряжением имеет место значительное снижение асинхронного момента и искажение кривой M = F(s), что может явиться причиной застревания СД вблизи подсинхронной частоты вращения. 6 1 4 12 7 2 11 11 4 1 9 10 5 3 11 8 11 Рис. 1. Блок-схема электромеханического комплекса «СД – пусковое устройство – система возбуждения», где обозначено: 1 – выпрямитель; 2 – инвертор; 3 – блок, реализующий закон управления ПЧ U/f = const; 4 – фильтр в звене постоянного тока; 5 – блок задания скорости; 6 – трансформатор; 7 – система электроснабжения; 8 – СД; 9 – блок измерений; 10 – система возбуждения; 11 – осциллограф; 12 – блок заряда конденсаторов звена постоянного тока. 13 Для преодоления указанного недостатка частотного пуска при пониженном напряжении предложено в качестве возбудительного устройства СД применять преобразователь с двухсторонней проводимостью (рис.2). В результате компьютерного моделирования получены зависимости изменения момента от скольжения при асинхронном ходе и синхронизации СД с ПДП в режиме инвертирования обеих полуволн индуктированного в обмотке возбуждения СД тока. Т Xf VC1 VC2 VC3 VC4 VC5 VC6 Rf ДТ СИФУ Рис. 2 Схема возбуждения с ПДП, преобразователь выполнен по 3-х. фазной нулевой схеме. На рис. 3 обозначены: 1 – асинхронная моментная характеристика СД при закороченной обмотке возбуждения; 2 – асинхронная моментная характеристика СД при закороченной обмотке возбуждения при напряжении питания 0,5Uном; 3 и 4 – значение электромагнитного момента СД при управлении знакопеременным напряжением в функции угла нагрузки при номинальном напряжении возбуждения (2) и при двукратной форсировке (3); 5 – значение электромагнитного момента СД при управлении знакопеременным напряжением в функции угла нагрузки при двукратной форсировке напряжении возбуждения при 14 0,5Uном; 6 – электромагнитный момент СД при управлении знакопеременным напряжением в функции угла нагрузки при переключении на номинальное напряжение. M, o.e. 3,5 4 3 3 2,5 2 1 1,5 1 6 5 0,5 2 0 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 S, o.e. Рис. 3. Зависимости электромагнитного момента от скольжения при различной форсировке выходного напряжения ПДП. Uf, If, o.e. o.e. Uf If 2 1 0 -1 -2 t, c Рис. 4. Осциллограммы изменения тока возбуждения If и выходного напряжения ПДП Uf. На основании полученных результатов показано, что при регулировании выходного напряжения ПДП в функции угла 15 нагрузки с учетом электромеханической постоянной времени СД Td величина входного момента СД может быть увеличена на 3080%.На рис. 4 показаны осциллограммы тока возбуждения и выходного напряжения ПДП для СТД-1600. Из рис. 4 видно, что процесс синхронизации СД успешно завершается при повышенном входном моменте на валу. Полученные результаты позволили синтезировать структуру электротехнического комплекса, функциональная схема которого приведена на рис. 5. ~ 6 кВ С.Ш.II ~ 6 кВ С.Ш.I СВ1 ПЧ1 Т1 ПЧ2 Т2 СВ2 СТД2 СТД1 ПДП2 ПДП1 Рис. 5. Функциональная схема структуры электротехнического комплекса УППД «СД – преобразователь частоты – система возбуждения». Установлены границы статической устойчивости предложенного электротехнического комплекса УППД при возникновении КЗ в питающей сети. Показано, что при электромеханической постоянной времени Tj 5 c и длительности провала напряжения t 0,25 с максимальное снижение напряжения питания, при котором СД не выпадет из синхронизма, составляет 0,225 о.е. Показано, что использование СД с системой возбуждения с двухсторонним преобразователем и управление выходным напряжением ПДП при возникновении КЗ в питающей сети, приводит к успешной синхронизации даже при пониженном питающем напряжении без дополнительной разгрузки механизма 16 (при допустимости осуществления самозапуска по условиям технологического процесса). Это особенно актуально при массовом самозапуске электроприводов. На основании установленных закономерностей разработан алгоритм управления электротехническими комплексами УППД с СД и ПДП в цепи обмотки возбуждения. В соответствии с данным алгоритмом при частотном пуске СД с целью повышения входного момента, в асинхронном режиме СД ПДП осуществляет инвертирование обеих полуволн наведенного в обмотке возбуждения тока с отдачей энергии в питающую возбудитель сеть, что обеспечивает успешную синхронизацию и самозапуск СД. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной научнотехнической задачи снижения энергетической составляющей себестоимости добычи нефти без нарушения непрерывности технологического процесса путем координации электрических нагрузок с целью их минимизации при использования в качестве основных потребителей-регуляторов электротехнических комплексов установок поддержания пластового давления. 1. Выполнен анализ графиков нагрузки НГДП ОАО «Сургутнефтегаз» и ОАО «Татнефть». Установлено, что потребляемая мощность УППД составляет 35-45% от общей мощности потребляемой НГДП. По условиям технологического процесса закачки воды в пласты электродвигатели приводов насосов УППД могут быть отключены на время прохождения максимумов нагрузки энергосистем. 2. Определены параметрами усредненного графика нагрузки НГДП. Установлено, что в экстремальных зонах суточного ГЭН выбросы нагрузки выше заявленного максимума могут достигать20% , частота выбросов - 0,3 ч-1, средняя длительность -1 ÷ 2 часа. Учитывая частоту и длительность выбросов нагрузки выше заявленного максимума число пусков и остановок из горячего состояния может быть более двух раз в сутки. Поэтому в составе 17 электротехнического комплекса УППД должно быть предусмотрено устройство, ограничивающее на допустимом уровне электродинамическое и термическое воздействия на СД привода насосов и питающую сеть при пуске. 3. Преобразование профилей графиков электрических нагрузок нефтегазодобывающих предприятий в часы максимума электрических нагрузок должно производиться путём использования в качестве потребителей-регуляторов электротехнических комплексов установок поддержания пластового давления при одновременном снижении до допустимого уровня пусковых токов на питающую сеть и СД. В результате преобразования графиков электропотребления достигается снижение оплаты за электрическую энергию для НГДП на 10 – 15% 4. Разработана структурная схема электротехнического комплекса УППД, в состав которой входят СД, коммутационная аппаратура, преобразователь частоты и преобразователь с двухсторонней проводимостью в цепи обмотки возбуждения, позволяющая производить частотный пуск и успешную синхронизацию СД УППД, при чем частотный пуск может осуществляться при пониженном напряжении, обеспечивающем разгон СД на устойчивой части статической характеристике двигателя. 5. В результате компьютерного моделирования получены зависимости изменения момента от скольжения при асинхронном ходе и синхронизации СД с ПДП в режиме инвертирования обеих полуволн индуктированного в обмотке возбуждения СД тока. Показано, что при регулировании выходного напряжения ПДП в функции угла нагрузки с учетом электромеханической постоянной времени СД Td величина входного момента СД может быть увеличена на 3080%. 6. Разработан алгоритм управления электротехническими комплексами УППД с СД и ПДП в цепи обмотки возбуждения при котором процесс пуска разделяется 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 18 осуществляется в режиме асинхронного пуска при работе преобразователем с двухсторонней проводимостью в инверторном режиме для обеих полуволн индуктированного в обмотке возбуждения тока с последующим переводом ПДП в режим выпрямителя до синхронизации СД. 7. Установлены границы статической устойчивости предложенного электротехнического комплекса УППД при возникновении отклонений напряжения и КЗ в питающей сети. Показано, что система возбуждения с двухсторонним преобразователем при управлении напряжением на его выходе позволяет осуществить успешную синхронизацию СД при пониженном напряжении без дополнительной разгрузки механизма. Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: 1. Абрамович Б.Н. Динамическая устойчивость электромеханических комплексов с синхронными и асинхронными двигателями на предприятиях нефтедобычи. / Б.Н.Абрамович, Д.А.Устинов, Ю.А.Сычев, И.Г.Плотников //Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". 2011. №3. С.17-25. URL: http://www.ogbus.ru/authors/Abramovich/Abramovich_1.pdf. 2. Устинов Д.А. Оптимизация режимов пуска электромеханического комплекса с синхронными двигателями / Д.А. Устинов, И.Г. Плотников // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, Серия «Наука и образование». Т. 3(130). - СПб.: Издво Политехнического университета. – 2011. – С.50-54. 3. Устинов Д.А. Вероятностные характеристики энергопотребления нефтегазодобывающих предприятий / Д.А. Устинов, Ю.В. Коновалов, И.Г. Плотников, А.В. Турышева // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, Серия «Наука и образование». Т. 4(135). - СПб.: Изд-во Политехнического университета. – 2011. – С.90-94. 4. Устинов Д.А. Паспортизация электрических нагрузок нефтегазодобывающих предприятий/ Д.А. Устинов, 19 Ю.В. Коновалов, И.Г. Плотников // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, Серия «Наука и образование». Т. 1(142). - СПб.: Издво Политехнического университета. – 2012. – С.81-84. 5. Плотников И.Г. Обеспечение динамической устойчивости электроустановок при пуске высоковольтных синхронных двигателей / И.Г. Плотников, Б.Н. Абрамович // XXXIX Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции. - Ч.II. -СПб.: Изд-во СПбГПУ. – 2010. – С.59-60. 6. Плотников И.Г. Эффективная технология энергосбережения на нефтегазодобывающих комплексах /И.Г. Плотников, Д.А. Устинов, Ю.А. Сычев // Инновационная экономика и промышленная политика региона (ЭКОПРОМ-2011) / под редакцией доктора экономических наук, проф. А.В. Бабкина: труды Международной научно-практической конференции. 26 сентября – 2 октября 2011 года. Т.1. – СПБ.: Издательство Политехнического университета 2011. – С.143-145 7. Устинов Д.А. Обеспечение безаварийной эксплуатации электромеханических комплексов с синхронными двигателями / Д.А. Устинов, И.Г. Плотников, // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: труды международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. В 2 т. – Томск, 6-8 октября 2011 г.: Томский политехнический университет. Т.1. - Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. – С.168-171 8. Абрамович Б.Н. Исследование пусковых режимов синхронных приводов нефтегазодобывающих предприятий / Б.Н. Абрамович, Д.А. Устинов, И.Г. Плотников // VIII международная научная школа молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых». - M.: ИПКОН РАН. - 2011. - С.225-227. 9. Плотников И.Г. Обеспечение бесперебойной добычи нефти при пуске высоковольтных синхронных двигателей / И.Г. Плотников, Б.Н.Абрамович //XL Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции. Ч. II. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. – С.150. 20
