CC BY
42
© Б.Н. Абрамович, Ю.Д. Сычев, 2015
УДК 621.398
Б.Н. Абрамович, Ю.А. Сычев
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА
Проблема комплексного обеспечения энергобезопасности объектов минерально-сырьевого комплекса (МСК) неразрывно связана с повышением уровня энергосбережения и энергетической эффективности. Термин «энергобезопасность» имеет много определений, исходя из этого, меры по комплексному обеспечению энергобезопасности могут иметь технический, экономический и общеорганизационный характер. С технической точки зрения энергетическая безопасность - это совокупность режимов энергообеспечения и энергопотребления, при которых сохраняется непрерывность и устойчивость технологических процессов добычи, транспортировки и переработки твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, что позволяет минимизировать потери добычи минеральных ресурсов. Б этой связи представляется целесообразным рассматривать проблему обеспечения энергобезопасности объектов МСК именно с технической точки зрения с привлечением современных информационных технологий управления. Оценка уровня энергобезопасности и энергоэффективности также должна производиться на основе анализа позитивного и негативного технического влияния ряда факторов, наличие которых обусловлено различными явлениями.
Ключевые слова: энергетическая, безопасность, энергосбережение, энергоэффективность, минерально-сырьевой, энергообеспечение, энергопотребление.
Проблема энергобезопасности объектов минерально-сырьевого комплекса (МСК) неразрывно связана с повышением уровня энергосбережения и энергетической эффективности всех стадий добычи, переработки и транспортировки твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых. Термин «энергобезопасность» имеет достаточно много определений, исходя из этого, меры по комплексному обеспечению энергобезопасности могут иметь технический, экономический и общеорганизационный характер.
С технической точки зрения энергетическая безопасность -это совокупность режимов энергообеспечения и энергопотребления, при которых сохраняется непрерывность и устойчивость технологических процессов добычи, транспортировки и переработки твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, что в конечном итоге позволяют минимизировать потери добычи [1]. В этой связи представляется целесообразным рассматривать проблему обеспечения энергобезопасности объектов МСК именно с технической точки зрения с привлечением современных информационных технологий управления. Оценка уровня энергобезопасности и энергоэффективности также должна производиться на основе комплексного анализа позитивного и негативного технического влияния ряда факторов, наличие которых обусловлено различными явлениями.
Условия обеспечения энергетической безопасности и эффективности технологических процессов на объектах МСК в значительной степени определяются выполнением следующих требований:
— электроснабжение технологических процессов должно быть обеспечено в заданном объеме, в заданное время с учетом территориальной рассредоточенности объектов МСК,
— уровень качества подводимой электрической энергии должен соответствовать нормам ГОСТ 32144-2013,
— должны соблюдаться требования промышленной безопасности, включая необходимые мероприятия по электробезопасности,
— обеспечение минимизации энергетических затрат в общей себестоимости добываемых полезных ископаемых,
— максимально возможное использование альтернативных и возобновляемых источников энергии: ветроэнергетических установок, солнечных электростанций [2] и микротурбинных установок, работающих на попутном нефтяном газе [3].
В настоящее время вероятность бездифицитной работы централизованных электрических сетей РФ находится в диапазоне 0,95-0,97, что не соответствует минимальному нормативному значению 0,996 [4], следовательно, существующий уровень надежности систем электроснабжения не позволяет на 100 % обеспечить требуемый нормативными документами уровень надежности и непрерывности электроснабжения, следо-
вательно, необходимо наличие резервирования с использованием различных местных источников.
По результатам экспериментальных исследований, проведенных в электрических сетях предприятий МСК, выявлены значения показателей надежности основных элементов электроснабжения из-за аварийных отключений питания, произошедших по различным причинам. В табл. 1 приведены показатели надежности по промысловым воздушным линиям 6 кВ на примере нефтедобывающих предприятий ООО «РН-Юганскнефтегаз» по годам.
Лаже в условиях таких мегаполисов как Санкт-Петербург в 2013 году средняя продолжительность перерывов электроснабжения составляла 0,95 часа, а ожидаемая продолжительность перерывов в 2014 году может составить 0,86 часа. Учитывая приведенные показатели можно сделать вывод, что электроснабжение предприятий минерально-сырьевого комплекса без применения специальных мер не соответствует I категории по надежности.
За последние 30 лет проведены многочисленные теоретические и экспериментальные исследования по различным актуальным проблемам повышения эффективности и оптимизации режимов энергообеспечения и энергопотребления объектов МСК, которые позволили определить ряд технических факторов и режимов, непосредственно влияющих на уровень энергобезопасности.
Таблица 1
Показатели надежности по промысловым воздушным линиям 6 кВ нефтедобывающих предприятий на примере ООО «РН-Юганскнефтегаз» по годам
№ Показатель Год
2009 2010 2011 2012 2013
1 Протяженность, км 774 774 781 782 798
2 Число отключений 94 127 19 49 56
3 Частота отключений на 1 км длины в год 0,12 0,16 0,02 0,06 0,07
4 Ллительность отключений, час 141,8 4,53 62,82 57,77 86,4
5 Средняя длительность одного отключения, час 1,51 0,04 3,31 1,18 1,54
В процессе исследований на примере нефтедобычи выявлено, что устойчивость режимов электрооборудования, обеспечивающего непрерывный технологический цикл, зависит от глубины и длительности провалов напряжения и уровня его восстановления. При этом установлено, что снижение уровня питающего напряжения ниже минимально допустимого, а также перерывы в электроснабжении длительностью свыше 0,15 с [5] могут привести к нарушению устойчивости и непрерывности сложных технологических процессов добычи из-за ложного срабатывания системы релейной защиты, технологической и электросетевой автоматики, отказам в электроснабжении особой группы потребителей первой категории и значительному экономическому ущербу, связанному с возникновением значительных потерь добычи ресурсов.
Результаты экспериментальных исследований в распределительных электрических сетях предприятий МСК показали несоответствие уровня качества электрической энергии и электромагнитной совместимости электрооборудования в области искажения синусоидальности формы кривых тока и напряжения нормам отечественных и международных стандартов из-за интенсивного внедрения нелинейной нагрузки в виде различного типа преобразователей частоты установок погружных электроцентробежных насосов [6].
Негативные последствия наличия высших гармоник тока и напряжения, генерируемых нелинейной нагрузкой в виде сокращения срока службы основного электрооборудования и ложного срабатывания систем релейной защиты и электросетевой автоматики приводят к увеличению потерь добычи нефти [6].
В условиях МСК актуальной является защита от однофазных коротких замыканий (033) распределительных сетей 6, 10 и 35 кВ. По результатам проведенных экспериментальных исследований выявлено среднегодовое количество 033 и их влияние на устойчивость технологического процесса добычи ресурсов.
Результаты исследований в системах электроснабжения нефтегазодобычи выявили необходимость повышения эффективности грозозащиты протяженных промысловых воздушных линий электропередачи напряжением 6(10), 35 кВ с использованием современных мультиградиентных ограничителей перенапряжения. Кроме того, в условиях наличия емкостей для
хранения нефти значительного объема с учетом уровня интенсивности грозовой деятельности актуальным также является разработка современных систем молниезащиты для объектов хранения и транспортировки нефти.
На основании обобщения приведенных результатов, разработана методика комплексной оценки потерь добычи полезных ископаемых с учетом наличия всех изложенных выше негативных факторов.
За последние 15 лет авторами разработаны и успешно внедрены в условиях ОАО «Татнефть», ООО «РН-Юганскнефтегаз», ОАО «Оренбургнефть», ООО «ПО Киришинефтеоргсинтез», ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург» следующие основные технические средства и решения по обеспечению энергобезопасности предприятий МСК:
— метод управления режимом напряжения, включая оптимальное групповое регулирование напряжения на шинах электроподстанций 6(10), 35 кВ с выбором коэффициентов трансформации в зависимости от режима энергопотребления, параметров распределительных сетей и подключенной нагрузки;
— система молниезащиты линий электропередачи и объектов хранения и транспортировки жидких и газообразных полезных ископаемых;
— обоснована необходимость перехода от воздушных линий электропередачи с неизолированными проводами к линиям с изолированными или покрытыми изоляцией проводами;
— электротехнические комплексы с синхронными двигателями, адаптированные к климатическим условиям Сибири и Лальнего Востока;
— технология управления качеством электрической энергии в условиях широкого внедрения нелинейной нагрузки в виде силовой преобразовательной техники;
— методы оптимизации режимов нейтрали в сетях 6(10) и 35 кВ путем вариации параметров и методов соединения нейтрали с землей;
— обеспечение присоединений на уровне 6(10) и 35 кВ приборами учета, управления и непрерывного мониторинга режимами электропотребления;
— обоснование и выбор в составе электроустановок нефтегазодобычи потребителей-регуляторов, обеспечивающих оп-
тимальные режимы прохождения суточных зон графиков электрической нагрузки;
— оснащение распределительных сетей источниками бесперебойного питания, работающих в режиме on-line, обеспечивающими динамическую устойчивость электроустановок МСК;
— повышение надежности электроснабжения объектов МСК с использованием метода логико-вероятностного моделирования для выявления структурной и параметрической достаточности конфигурации систем электроснабжения;
— управление топологией распределительных сетей с использованием средств электросетевой автоматики, включая пункты автоматического секционирования;
— повышение надежности электроснабжения путем использования устройств быстродействующего автоматического ввода резерва в распределительных сетях;
— обоснована эффективность внедрения альтернативных и возобновляемых источников энергии, включая попутный нефтяной газ, комбинированные ветроэнергетические установки и солнечные электростанции [5];
— разработано алгоритмическое обеспечение управления электроснабжением;
— технологии обеспечения промышленной и электробезопасности с использованием специализированных ограничителей перенапряжения, позволяющих осуществить каскадное действие грозозащиты.
Приведенные технические средства и решения, направленные на управление техническими факторами обеспечения энергобезопасности объектов минерально-сырьевого комплекса в совокупности позволяют повысить уровень энергосбережения и энергетической эффективности, а также минимизировать потери добычи твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамович Б.Н., Устинов Д.А., Поляков В.Е. Динамическая устойчивость работы установок электроцентробежных насосов. // ЗАО «Издательство «Нефтяное хозяйство», Нефтяное хозяйство. 2010. № 9. С. 104-106.
2. Бельский А.А., Яковлева Э.В. Обоснование возможности использования возобновляемых источников энергии для энергоснабжения объектов минерально-сырьевого комплекса // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» 2013. № 2(120). с. 63-67.
3. Турышева А.В. Электроснабжение объектов нефтегазодобычи отдаленных районов с использованием автономных источников / Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: Труды 11-ой международной научно-практической конференции /Воркута.: изд-во ФГБ ОУ ВПО ВГИ. - 2013. с. 516-519.
4. Овсейчук В.А. Надежность и качество электроснабжения потребителей. Обоснование нормирования. // Новости электротехники. 2013. № 3(81). С. 50-53.
5. Абрамович Б.Н. Активная компенсация провалов и искажений напряжения в системах электроснабжения нефтедобывающих предприятий / Б.Н. Абрамович, Ю.А. Сычев, А.Я. Шклярский, Д.А. Устинов // Промышленная энергетика, № 4, 2012 г. - М.: НТФ «Энергопрогресс», с. 23 - 25.
6. Абрамович Б.Н. Внедрение параллельных активных фильтров для повышения качества электрической энергии в сетях Приобского месторождения / Абрамович Б.Н., Бурчевский В.А., Вырва А.А., Ульбаев Р.А., По-лищук В.В Ю.А. Сычев // ЗАО «Издательство «Нефтяное хозяйство», Нефтяное хозяйство, № 6, Москва, 2011 г., с. 130-132.
7. Абрамович Б.Н. Система гарантированного электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса с использованием альтернативных и возобновляемых источников энергии / Б.Н. Абрамович, Ю.А. Сычев, А.В. Федоров, Д.А. Устинов // Промышленная энергетика, № 1, 2013 г. -М.: НТФ «Энергопрогресс», с. 14 - 16.
8. R. van Gerwent. Distributed Generation and Renewables // Copper Development Association. Institution of Engineering and Technology Endorsed Training Provider. KEMA Nederland B.V. November 2006.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Абрамович Борис Николаевич — доктор технических наук, профессор, директор центра аспирантуры и докторантуры, babramov@mail.ru, babramov2bn@mail.ru, babramov3@mail.ru
Сычев Юрий Анатольевич — кандидат технических наук, доцент, sychev_yura@mail.ru,
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
UDC 621.398
POWER SAFETY OF RAW MINERAL ENTERPRISES
Abramovich Boris Nikolaevich, Dr. Sc., Tech., Professor, head of post graduate department, e-mail: babramov@mail.ru, babramov2bn@mail.ru, babramov3@mail.ru, National mineral resources university «University of Mines», Russia,
Sychev Yuriy Anatolievich, PhD, Tech., associated professor of electrical engineering, electrical energy, electrical and mechanic department, e-mail: sychev_yura@mail.ru, National mineral resources university «University of Mines», Russia.
The problem of power safety complex ensuring of the mineral and raw complex objects is inseparably linked with increasing of energy saving and power efficiency level. The term «power safety» has many definitions, therefore the measures for complex power safety ensuring can have technical, economic and common organizational character. From the technical point of view the power safety is a set of the power supply and energy consumption modes when the continuity and stability of engineering stages of production, transportation and processing of solid, liquid and gaseous minerals are ensured that finally allow to minimize production losses. In this regard it is advisable to consider a problem of ensuring power safety of mineral and raw complex objects from the technical point of view with attraction of modern information technologies of monitoring and control. The evaluation of power safety and energy efficiency level also has to be made on the basis of the analysis of positive and negative technical influence of a number of factors which existence is caused by various phenomena.
Key words: power, safety, power saving, power efficiency, raw mineral, power supply, power consumption.
REFERENCES
1. Abramovich B.N., Ustinov D.A., Poljakov V.E. Dinamicheskaja ustojchivost' raboty ustanovok jelektrocentrobezhnyh nasosov (Dynamic stability of operating modes electrocentrifugal pumps installations) // ZAO «Izdatel'stvo «Neftjanoe hozjajstvo», Neftjanoe hozjajstvo. 2010. No 9. pp. 104-106.
2. Bel'skij A.A., Jakovleva Je.V. Obosnovanie vozmozhnosti ispol'zovanija vozobnovljaemyh istochnikov jenergii dlja jenergosnabzhenija ob#ektov mineral'no-syr'evogo kompleksa (The proving of possibility of renewable power sources application for raw mineral objects power supply) // Mezhdunarodnyj nauchnyj zhurnal «Al'ternativnaja jenergetika i jekologija» 2013. No 2(120). pp. 63-67.
3. Turysheva A.V. Jelektrosnabzhenie ob#ektov neftegazodobychi otdalennyh rajonov s is-pol'zovaniem avtonomnyh istochnikov (Power supply of oil and gas production objects in remote regions with using of offline power sources) / Osvoenie mineral'nyh resursov Severa: problemy i reshenija: Trudy 11-oj mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii /Vorkuta.: izd-vo FGB OU VPO VGI. 2013. pp. 516-519.
4. Ovsejchuk V.A. Nadezhnost' i kachestvo jelektrosnabzhenija potrebitelej. Obosnovanie normirovanija (Reliability and quality of power supply of consumers) // Novosti jelektrotehniki. 2013. No 3(81). pp. 50-53.
5. Abramovich B.N. Aktivnaja kompensacija provalov i iskazhenij naprjazhenija v sistemah jelektrosnabzhenija neftedobyvajushhih predprijatij (The active compensation of voltage dips and distortions in power supply systems of oil production enterprises) / B.N. Abramovich, Ju.A. Sy-chev, A.Ja. Shkljarskij, D.A. Ustinov // Promyshlennaja jenergetika, № 4, 2012 g. Moscow: NTF «Jenergoprogress», pp. 23 - 25.
6. Abramovich B.N. Vnedrenie parallel'nyh aktivnyh fil'trov dlja povyshenija kachestva jelek-tricheskoj jenergii v setjah Priobskogo mestorozhdenija (The shunt active filters implementation for power quality increasing in electrical networks of Priobskoye deposit) / Abramovich B.N., Burchevskij V.A., Vyrva A.A., Ul'baev R.A., Polishhuk V.V Ju.A. Sychev // ZAO «Izdatel'stvo «Neftjanoe hozjajstvo», Neftjanoe hozjajstvo, No 6, Moscow, 2011, pp. 130-132.
7. Abramovich B.N. Sistema garantirovannogo jelektrosnabzhenija predprijatij mineral'no-syr'evogo kompleksa s ispol'zovaniem al'ternativnyh i vozobnovljaemyh istochnikov jenergii (The guaranteed power supply system for raw mineral complex enterprises with using of alternative and renewable energy sources) / B.N. Abramovich, Ju.A. Sychev, A.V. Fedorov, D.A. Ustinov // Promyshlennaja jenergetika, No 1, 2013. Moscow: NTF «Jenergoprogress», pp. 14 - 16.
8. R. van Gerwent. Distributed Generation and Renewables // Copper Development Association. Institution of Engineering and Technology Endorsed Training Provider. KEMA Nederland B.V. November 2006.
