Провалы напряжения значительно сокращают срок службы основного электрооборудования предприятий нефтедобычи.

Компенсация провалов напряжения в электрических сетях нефтедобывающей отрасли является важным аспектом с точки зрения обеспечения устойчивости работы электрооборудования используемого на предприятиях нефтедобычи.

Для обеспечения устойчивости работы погружных электродвигателей (ПЭД) электроцентробежных насосов (ЭЦН), необходимо выявить уровень потери напряжения при пуске электродвигателей главных приводов буровых установок (БУ), а также определить распределение этой потерь напряжения при удаленности от источника питания.

Для решения поставленных задач необходима разработка имитационной модели электромеханического комплекса с синхронным двигателем (СД), позволяющей оценить влияние потери напряжения в ЛЭП при пуске СД на работу параллельно подключенного электрооборудования. Разработана имитационная математическая модель в среде Matlab с использованием пакета Simulink. В модели рассмотрен вариант электроснабжения электрооборудования установок нефтедобычи от общих воздушных радиально-магистральных линий электропередачи напряжением 6 кВ, в котором в конце линии подключена буровая установка (БУ), а погружные электродвигатели (ПЭД-45) установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) и станки-качалки распределены по длине линии. При этом возникают сложности, связанные как с запуском электродвигателей главных приводов БУ, так и с обеспечением устойчивости работы ПЭД и станков-качалок. ЛЭП, протяженностью 10 км., выполнена проводом марки АС-95. Модель позволяет учесть параметры источника питания, линии электропередач, нагрузки. С помощью данной модели определены уровни динамической устойчивости установок электроцентробежных насосов с погружными электродвигателями при изменении входного напряжения, вызванного потерей напряжения при пусковых режимах главных электроприводов буровых установок.

Рис. 1. Изменение напряжение при пуске СД

На рис. 1. показано изменение напряжения при пуске СД. На рис. 1 а – осциллограмма напряжения при удалении от источника питания на 10 км, непосредственно у СД; б – осциллограмма напряжения при удалении от источника питания на 1 км, с – осциллограмма напряжения непосредственно у источника питания. При анализе полученных осциллограмм видно, что наибольшая потеря напряжения наблюдается при наибольшем удалении от источника питания. При удалении на 10 км. напряжение снижается до 3 кВ.

На рис. 2 приведены зависимости изменения напряжения в ЛЭП при пуске СД от протяженности линии. Анализируя полученные зависимости видно, что при снижении напряжения питания до 4200 кВ при пуске СД двигатели УЭЦН, при глубине подвески ПЭД 1600 м и более, остановятся при удалении от источника питания свыше 6,25 км, при ЛЭП АС-70, 6,8 км при АС-95 и 7,2 км при АС-120.

Рис. 2. Зависимости изменения напряжения в ЛЭП при пуске СД от протяженности линии

Для повышения динамической устойчивости ПЭД на всем протяжении ЛЭП необходимо снизить влияние пусковых режимов главных приводов БУ. Этого возможно добиться следующими способами:

• ограничением пускового тока при использовании пускорегулирующих устройств, например, преобразователей частоты (ПЧ) или тиристорных пусковых устройств;
• компенсацией потери напряжения в ЛЭП с помощью вольтодобавочных трансформаторов (ВДТ) или динамических компенсаторов искажений напряжения (ДКИН);
• комбинацией вариантов ограничения пускового тока и компенсации потери напряжения в ЛЭП.

Использование ПЧ позволит снизить пусковой ток главных приводов БУ до 1,2 – 1,5×I_ном. Однако приведет к увеличению коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения свыше допустимых значений. При этом увеличение количества ПЧ приведет к ухудшению гармонического состава кривых тока и напряжения.

Динамический компенсатор искажений напряжения (ДКИН) позволяет полностью компенсировать потерю напряжения в ЛЭП при коротком замыкании или пусковых режимах [1]. ДКИН представляет собой преобразователь напряжения, содержащий выпрямитель и инвертор с пофазным управлением на базе полностью управляемых выпрямителей, который подключен к питающей сети потребителя и через вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) создает добавку напряжения ∆U на вторичной обмотке, полностью компенсирующую провал напряжения при внешнем КЗ или провале напряжения.

На рис. 3. приведена схема ДКИН, представляющего собой устройство с двукратным преобразованием напряжения (1 – входной трансформатор; 2 – тиристорный управляемый выпрямитель; 3 – аккумулирующие конденсаторы; 4 – управляемый инвертор; 5 – вольтодобавочный трансформатор; 6 – фильтр высших гармоник напряжения; 7 – выключатели; 8 – защитное устройство компенсатора; 9 – байпасный выключатель; U_c – напряжение энергосистемы; U_н – напряжение нагрузки).

Рис.3 Структура устройства ДКИН

При этом одно устройство ДКИН может быть использовано для повышения динамической устойчивости нескольких ПЭД, рассредоточенных по ЛЭП.

Для повышения эффективности компенсации провалов и искажений напряжения произведено совершенствование устройства ДКИН, связанное с фазовой синхронизацией токов и напряжений, что существенно расширяет функциональные возможности ДКИН [2, 3].

Устройство ДКИН может быть использовано как на стороне низкого напряжения, так и на стороне среднего напряжения, в случае недостаточности применения БАВР и АПС.

При увеличении числа и мощности установленного оборудования становится целесообразным совместное использование указанных устройств для снижения влияния пусковых режимов главных приводов БУ. При этом распределение долей на компенсацию потери напряжения может быть определено с учетом минимума приведенных затрат на эксплуатацию оборудования ПЧ и ДКИН.

Таким образом, применение устройств, реализующих комбинированный способ компенсации потери напряжения в ЛЭП, позволяет использовать достоинства частотного пуска и усовершенствованного динамического компенсатора искажения напряжения.

1. Гамазин С.П., Пупин В.М., Марков Ю.В. Обеспечение надежности электроснабжения и качества электроэнергии. – Промышленная энергетика, №11, 2006. – С. 51-56.сети.
2. Абрамович Борис Николаевич, Сычев Юрий Анатольевич, Шклярский Андрей Ярославович, Устинов Денис Анатольевич. Патент на изобретение №2453021, Устройство регулирования отклонений напряжения и реактивной мощности.
3. Абрамович Борис Николаевич, Сычев Юрий Анатольевич, Шклярский Андрей Ярославович, Устинов Денис Анатольевич. Патент на изобретение №2446537, Устройство регулирования напряжения и передаваемой мощности электрической сети.

Все статьи автора «Шклярский Андрей Ярославович»