CC BY
153
УДК 621313 Н. А. КОВАЛЕВА
Ю. М. ДЕНЧИК В. В. АНИКИН
Нижневартовский филиал Омского государственного технического университета Новосибирская государственная академия водного транспорта
ИСТОЧНИКИ ГАРМОНИК ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ ДОБЫЧИ НЕФТИ ИЗ ГЛУБИННЫХ СКВАЖИН
Проведено исследование типовой скважины № 118 механизированной добычи нефти Ермаковского месторождения, состоящая из комплекса наземного и подземного электрооборудования. На скважине источником гармонических составляющих является узел нагрузки сети (0,4—2) кВ СУ «Электон-05». Для осциллографирования несинусоидальных токов и напряжений разработана поисковая система измерений с использованием анализатора качества электрической энергии серии АКЭ-823 на основе Windows CE. Анализ полученного комплекса данных позволило выявить повышенные коэффициенты n-х гармонических составляющих напряжения на стороне 0,4 кВ (ввод) промыслового трансформатора. Приведен гармонический состав тока и напряжения в исследуемых точках.
Ключевые слова: электрическая сеть, промысловый трансформатор, коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения, несинусоидальность напряжения, система измерений, эксперимент.
Значительная часть месторождения нефти в Рос- скважины осуществляется по воздушной линии
сии имеет низкие пластовые давления вследствие (ВЛ) электропередачи напряжением 6 кВ. Погруж-
истощенности из-за многолетней эксплуатации не- ное электрооборудование УЭЦН состоит из много-
фтяных пластов, а также большую глубину залега- ступенчатого электроцентробежного насоса типа
ния последних, превышающую во многих случаях ЭЦН-5-125-1700 с электродвигателем типа ПЭД-57-
3500 м и требующую использования механизиро- 117. Дебит насоса составляет 125 м3/сутки, допусти-
ванной добычи нефти [1]. Погружные установки мый напор — 1700 метров водяного столба.
электроцентробежных насосов (УЭЦН) обеспечива- Источником высших гармонических составляю-
ют эффективную механизированную добычу неф- щих напряжения в узле нагрузки сети (0,4 — 2) кВ
ти из глубинных скважин благодаря отсутствию является СУ «Электон-05», силовой канал которой
длинной движущейся механической связи (штанги) представляет двухступенчатый преобразователь
между электроприводом и насосом. УЭЦН также энергии, обеспечивающий частотное регулиро-
эффективны на месторождениях с большим содер- вание вращением погружного электродвигателя.
жанием свободного газа и механических примесей Для осциллографирования несинусоидальных токов
в отключаемой пластовой жидкости, с отложением и напряжений разработана поисковая система из-
солей на элементах погружного оборудования. мерений, основной задачей которой является реги-
Областью исследования является действующая страция событий в характерных точках сети (рис. 1).
типовая скважина № 118 механизированной добы- Применяются только сертифицированное электро-
чи нефти (куст 32) Ермаковского месторождения. оборудование и средства измерений. Используется
Электрооборудование, сети систем электроснаб- анализатор качества электрической энергии серии
жения, связи и автоматики этой скважины пред- АКЭ-823, который разработан на основе Windows
ставляют электротехнический комплекс, который CE в соответствии с директивой Международной
содержит наземное и погружное электрооборудо- электротехнической комиссии (МЭК 61010). Анали-
вание. затор имеет математическое обеспечение для пер-
К наземным электроустановкам относятся ком- вичной обработки результатов измерений.
плектная трансформаторная подстанция наружной Математическая обработка осциллограмм трех-
установки (КТПН), станция управления (СУ) се- фазных токов и напряжений, полученных с помо-
рии «Электон-05» и промысловый трансформатор щью 1-й системы измерений на входе 0,4 кВ СУ
типа ТМПНГ 250/3. Электроснабжение глубинной «Электон-05», показала присутствие в сети 61-й
№
Рис. 1. Электрическая схема подключения систем измерения параметров электромагнитной обстановки в сети (0,4-2) кВ механизированной добычи нефти
гармоники тока и напряжения. Наглядное представление о соотношениях в фазе А высших гармоник (до 15-й включительно) напряжения и тока дает рис. 2.
Суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения К в исследуемой точке сети 0,4 кВ составляет в фазе А 3,59 %, В — 3,85 % и С — 3,59 %. Значения К не превышают нормально допустимого значения (8 %) [2]. Поэтому кондук-тивная низкочастотная электромагнитная помеха (ЭМП) по суммарному коэффициенту гармонических составляющих напряжения не обнаружена.
Наибольшие коэффициенты п-х гармонических составляющих напряжения Ки(п) наблюдаются у нечетных гармоник, не кратных трем. Однако все они меньше нормально допустимых значений. Например, К^ =2,56 % меньше нормально допустимого значения (6 %) в 2,34 раза и т.д. В связи с этим кондуктивные низкочастотные ЭМП по коэффициентам п-х гармонических составляющих напряжений также отсутствуют.
Коэффициент гармоник тока К составляет в фазе А 46, В — 46,3 %, С — 47,26 %. Этот коэффициент превышает суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения в фазе А в 12,8 раза, В — 12 раз, С — 13,2 раза. Хотя коэффициент Х в электрической сети 0,4 кВ не нормируется, но очевидно, что такой гармонический состав тока нагрузки снижает качество функционирования электрической сети [3].
Гармонический анализ искажений синусоидальных токов и напряжений на входе 0,4 кВ промыслового трансформатора типа ТМПНГ 250/3, полученных 2-й системой измерения, выделяет 64 гармоники напряжения и только 17 гармоник тока. Наглядное представление о соотношениях действующих значений высших гармоник напряжения и тока (до 15-й гармоники включительно) дает рис. 3.
Суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения Ки на стороне 0,4 кВ (ввод) промыслового трансформатора типа ТМПНГ 250/3 составляет в фазе А 71,45 %, В — 70,95 %, С -72,06 %. Значение Ки в фазе А превышает нормально допустимое (8 %) в 8,9 раз, В — 8,8 раз, С — 9 раз [2].
Значит, во всех фазах электрической сети действуют кондуктивные низкочастотные ЭМП по суммарному коэффициенту гармонических
Рис. 2. Гармонический состав тока и напряжения фазы А сети 0,4 кВ на входе станции управления
«Электон-0,5» (1-я система измерений)
№
Рис. 3. Гармонический состав тока и напряжения фазы А сети 0,4 кВ на выходе станции управления «Электон-0,5» (2-я система измерений)
Рис. 4. Гармонический состав тока фазы А сети 2 кВ питания погружного электродвигателя (3-я система измерений)
составляющих напряжения. Изоляция первичной обмотки промыслового трансформатора работает в сложной электромагнитной обстановке, обусловленной гармоническим воздействием.
Коэффициенты п-х гармонических составляющих напряжения, кроме 3-й гармоники, превышают свои нормально допустимые значения [2]. Наибольший коэффициент 11-й гармоники (16,67 %) превышает допустимое значение (3,5 %) в 4,76 раза, а наименьший коэффициент 34-й гармоники (0,35 %) превышает допустимое значение (0,2 %) в 1,75 раза. В этой части электрической сети 0,4 кВ действуют кондуктивные низкочастотные ЭМП по коэффициентам п-х гармонических составляющих напряжения [3].
Коэффициент гармоник тока К: нагрузки промыслового трансформатора составляет в фазе А 6,46 %, В — 6,26 %, С — 5,99 %. Этот коэффициент меньше суммарного коэффициента гармоник напряжения в фазе А в 11,06 раза, В — 11,33 раза, С — 11,72 раза.
Третья система измерений осциллографирова-ла и обрабатывала осциллограммы тока нагрузки погружного электродвигателя типа ПЭД 56-117. Осциллографирование напряжений в сети 2 кВ не осуществлялось. Высшие гармонические составляющие напряжения в этой точке сети с доста-
точной точностью представления можно оценить по результатам измерения 2-й системы. На рис. 4 представлен спектр высших гармоник тока до 15-й включительно. Коэффициент гармоник тока К: в сети 2 кВ составляет в фазе А 6,06 %, В — 6,13 %, С — 6,15 %.
Таким образом, натурный пассивный эксперимент, поставленный в производственных условиях, позволяет оценить гармоническое воздействие на изоляцию сетей и электрооборудования узла нагрузки глубинной скважины по добыче нефти:
— суммарные коэффициенты высших гармонических составляющих напряжения по фазам сети 0,4 и 2 кВ с вероятностью 0,95 превышают нормально допустимое значение (8 %) в 8,8 — 9 раз;
— наибольший коэффициент 11-й гармоники напряжения с вероятностью 0,95 превышает допустимое значение (3,5 %) в 4,76 раза, а наименьший коэффициент 34-й гармоники напряжения превышает с вероятностью 0,95 допустимое значение (0,2 %) в 1,75 раза.
В связи с этим, для повышения надежности и экономичности работы установки механизированной добычи нефти из глубинных скважин рекомендуется подавить гармоническое воздействие на сеть и электрооборудование с помощью специальных технических средств [3].
Библиографический список
1. Ковалев, А. Ю. Опции станций управления погружными установками электроцентробежных насосов для добычи нефти / А. Ю. Ковалев, Е. М. Кузнецов, В. В. Аникин. — Омск : ОмГТУ, 2012. - 48 с.
2. ГОСТ 32144-2013. Межгосударственный стандарт. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения (ЕК 50160:2010, КБО). — Введ. 2014.07.01. — М. : Стандартинформ, 2014. — 16 с.
3. Данилов, Г. А. Повышение качества функционирования линий электропередачи / Г. А. Данилов, Ю. М. Денчик, М. Н. Иванов, Г. В. Ситников ; под ред. В. П. Горелова и В. Г. Сальникова. — Новосибирск : НГАВТ, 2013. — 559 с.
КОВАЛЕВА Наталья Александровна, преподаватель кафедры электрической техники Нижневартовского филиала Омского государственного технического университета (ОмГТУ).
ДЕНЧИК Юлия Михайловна, кандидат технических наук, докторант кафедры электроэнергетических систем и сетей Новосибирской государственной академии водного транспорта. АНИКИН Василий Владимирович, старший преподаватель кафедры электрической техники Нижневартовского филиала ОмГТУ. Адрес для переписки: elteh.omgtu@gmail.com
Статья поступила в редакцию 02.12.2014 г. © Н. А. Ковалева, Ю. М. Денчик, В. В. Аникин
УДК 621.311.001.57
В. В. ЭРБЕС
Омский государственный университет путей сообщения
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ УСТРОЙСТВ И ТЕХНОЛОГИЙ В СЕТЯХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ_
В статье разработан алгоритм расчета экономии электрической энергии за счет внедрения энергосберегающих устройств и технологий в сетях электроснабжения железных дорог. Алгоритм включает в себя методы корреляционного, дисперсионного и регрессионного анализа и непараметрические методы математической статистики.
Ключевые слова: энергосберегающие устройства и технологии, влияющий фактор, алгоритм, F-критерий, критерий Крамера—Уэлча, критерий Вилкоксон.
В настоящее время по инвестиционному проекту «Внедрение ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте» на объектах тяговых и нетяговых железнодорожных потребителей ОАО «РЖД» ежегодно внедряется несколько тысяч энергосберегающих технических средств и технологий на сумму 2,0 — 3,0 млрд рублей.
Исследования последнего времени показали, что большинство применяемых способов оценки эффективности энергосберегающих устройств и технологий имеют существенные недостатки. Как правило, экономия электроэнергии рассчитывается как разность потребляемой электрической энергии до и после внедрения энергосберегающего устройства и технологии без учета производственных и других сопутствующих факторов [1].
В данной статье решается задача разработки алгоритма расчета экономии электрической энергии за счет внедрения энергосберегающих устройств или технологий с учетом влияющих факторов. Для решения поставленной задачи использовались методы корреляционного, дисперсионного и регрессионного анализа и непараметрические методы
математической статистики. На рис. 1 представлена структурная схема обработки данных и расчета экономии электрической энергии от внедрения энергосберегающего устройства или технологии. Алгоритм состоит из семи этапов: 1. Сбор данных, полученных до внедрения энергосберегающего устройства или технологии.
На данном этапе производится анализ всего перечня электрооборудования и деление его на две группы с постоянной и переменной электрической нагрузкой [2]. Это требуется для формирования перечня исходных данных. В группу с постоянной нагрузкой входит электрооборудование, которое работает постоянно и потребляет одинаковый уровень электроэнергии (системы железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и т.д.). Ко второй группе относится электрооборудование, работающее в различных режимах (освещение, электроотопление, электродвигатели и т.д.). Как правило, режим работы оборудования зависит от производственных и климатических факторов.
Для каждого объекта исследования формируется свой набор исходных данных за установленный
