Научная статья на тему 'Оценка качества электроэнергии электротехнической системы с распределенной генерацией без использования корректирующих устройств'

Оценка качества электроэнергии электротехнической системы с распределенной генерацией без использования корректирующих устройств Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
196
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ / РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ГЕНЕРАЦИЯ / ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Косарев Б.А., Кощук Г.А., Федоров В.К., Троценко В.В.

Статья посвящена проблемам качества электроэнергии электротехнических систем с распределенной генерацией на примере системы электроснабжения жилых зданий. При децентрализации электроснабжения резко сокращается количество электроприемников и уменьшается протяженность системы, что позволяет ослабить эффект суммирования гармонических искажений в точках присоединения потребителей, контролировать и равномерно распределять нагрузку. В связи с этим существует возможность получения в системах с распределенной генерацией электроэнергии с допустимыми показателями качества без использования корректирующих устройств. Наиболее эффективна распределенная генерация при энергоснабжении жилых зданий. Вопрос оценки качества электроэнергии таких систем рассмотрен не полностью, так как в работах исследуются либо отдельные бытовые электроприборы, либо системы электроснабжения жилых зданий, не содержащие основные бытовые электроприборы или использующие корректирующие устройства. Поэтому цель данной работы оценка качества электроэнергии системы электроснабжения жилых зданий с распределенной генерацией, включающей основные бытовые электроприборы и не содержащей устройства коррекции качества. Цель достигается методом имитационного моделирования системы с распределенной генерацией при решении следующих задач: создание имитационной модели системы и расчет показателей качества электроэнергии по результатам моделирования. Имитационное моделирование выполнено в программном пакете Simscape Power Systems, Matlab на примере системы электроснабжения шести жилых зданий. По результатам моделирования рассчитаны следующие показатели качества электрической энергии: коэффициент искажения синусоидальности кривой по напряжению, коэффициент искажения синусоидальности кривой по току, спектр гармонических составляющих напряжения и тока. Из полученных результатов следует вывод, что показатели качества электроэнергии системы электроснабжения жилых зданий по напряжению не превышают предельно допустимые значения без применения корректирующих устройств. Требования к показателям качества электроэнергии по току на данный момент в РФ не предъявляются. Таким образом, децентрализация электроснабжения жилых зданий должна привести к улучшению качества электрической энергии.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Косарев Б.А., Кощук Г.А., Федоров В.К., Троценко В.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Оценка качества электроэнергии электротехнической системы с распределенной генерацией без использования корректирующих устройств»

УДК 621.311

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОРРЕКТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

QUALITY OF POWER EVALUATION FOR POWER SYSTEM WITH DISPERSED GENERATION WITHOUT COMPENSATING DEVICES

Б. А. Косарев1, Г. А. Кощук1, В. К. Федоров1, В. В. Троценко2

'Омский государственный университет, г. Омск, Россия 2Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина, г. Омск, Россия

B. A. Kosarev1, G. A. Koshuk1, V. K. Fedorov1, V.V.Trotsenko2

Omsk State Technical University', Omsk, Russia Omsk state agrarian university named after P. A. Stolypin2, Omsk, Russia

Аннотация. Статья посвящена проблемам качества электроэнергии электротехнических систем с распределенной генерацией на примере системы электроснабжения жилых зданий. При децентрализации электроснабжения резко сокращается количество электроприемников и уменьшается протяженность системы, что позволяет ослабить эффект суммирования гармонических искажений в точках присоединения потребителей, контролировать и равномерно распределять нагрузку. В связи с этим существует возможность получения в системах с распределенной генерацией электроэнергии с допустимыми показателями качества без использования корректирующих устройств. Наиболее эффективна распределенная генерация при энергоснабжении жилых зданий. Вопрос оценки качества электроэнергии таких систем рассмотрен не полностью, так как в работах исследуются либо отдельные бытовые электроприборы, либо системы электроснабжения жилых зданий, не содержащие основные бытовые электроприборы или использующие корректирующие устройства. Поэтому цель данной работы - оценка качества электроэнергии системы электроснабжения жилых зданий с распределенной генерацией, включающей основные бытовые электроприборы и не содержащей устройства коррекции качества. Цель достигается методом имитационного моделирования системы с распределенной генерацией при решении следующих задач: создание имитационной модели системы и расчет показателей качества электроэнергии по результатам моделирования. Имитационное моделирование выполнено в программном пакете Simscape Power Systems, Matlab на примере системы электроснабжения шести жилых зданий. По результатам моделирования рассчитаны следующие показатели качества электрической энергии: коэффициент искажения синусоидальности кривой по напряжению, коэффициент искажения синусоидальности кривой по току, спектр гармонических составляющих напряжения и тока. Из полученных результатов следует вывод, что показатели качества электроэнергии системы электроснабжения жилых зданий по напряжению не превышают предельно допустимые значения без применения корректирующих устройств. Требования к показателям качества электроэнергии по току на данный момент в РФ не предъявляются. Таким образом, децентрализация электроснабжения жилых зданий должна привести к улучшению качества электрической энергии.

Ключевые слова: показатели качества электроэнергии, распределенная генерация, имитационное моделирование, корректирующее устройство.

DOI: 10.25206/2310-9793-7-2-44-50

I. Введение

Централизованное электроснабжение представляет собой протяженную систему электрически связанных электроприемников и источников питания посредством линий электропередачи. При этом существует проблема качества электроэнергии, которое контролируется посредством измерения показателей качества электроэнергии (ПКЭ) в точках присоединения потребителей [1]. Среди основных причин отклонения ПКЭ при централизованном электроснабжении от допустимых значений можно выделить несимметричность нагрузки, нелинейность электроприемников и протяженность системы [2, 3]. Для поддержания ПКЭ в пределах допустимых значений применяют корректирующие устройства, например симметрирующие устройства, батареи конденсаторов, воль-тодобавочные трансформаторы [4, 5]. С ценологической точки зрения данные устройства увеличивают стоимость ремонтно-профилактических работ и величину потерь электроэнергии при эксплуатации системы электроснабжения. Однако без использования данных устройств поддержание ПКЭ в пределах допустимых значений при централизованном электроснабжении не представляется возможным по следующим причинам. Электрически связанные электроприемники с нелинейными характеристиками вызывают гармонические искажения,

которые усиливаются, суммируясь в узлах сети, и распространяются как от высшего напряжения к низшему, так и наоборот. Значительная протяженность электрической сети вызывает дополнительные потери напряжения, и при увеличении количества потребителей возникают отклонения напряжений от допустимых значений. Особенно данная проблема характерна для распределительных линий сельской местности [6]. Несимметричную нагрузку при значительном количестве электроприемников затруднительно равномерно распределить по фазам.

Для устранения перечисленных отклонений ПКЭ без использования корректирующих устройств необходимо значительно сократить количество электроприемников и протяженность системы. Это возможно при переходе от централизованного электроснабжения на электроснабжение с распределенной генерацией, что является перспективным направлением развития современной энергетики [7].

Распределенная генерация представляет собой электроснабжение генерирующей установкой ограниченного числа электроприемников, при этом электроприемники располагаются на незначительном расстоянии от генерирующей установки. Наиболее эффективным представляется использование распределенной генерации для организации электроснабжения жилых зданий, так как выделяемую тепловую энергию при работе генерирующей установки можно использовать в системе отопления. Параметры электротехнических систем с распределенной генерацией и качество электрической энергии таких систем эффективно оценивать при помощи имитационного моделирования в специализированных программных пакетах, например Simscape Power Systems [8].

В работе [9] выполнено имитационное моделирование электротехнической системы в программном пакете MatLab. Результаты моделирования представляют собой осциллограммы напряжения, отражающие влияние на качество электроэнергии нелинейности, несимметричности нагрузки при установившемся режиме работы системы электроснабжения, а также влияние на качество электроэнергии переходных процессов, вызванных аварийными ситуациями и плановыми переключениями. Из ПКЭ рассмотрен суммарный коэффициент гармонических искажений по напряжению. Имитационная модель электротехнической системы не содержит схемы замещения отдельных бытовых электроприборов, нагрузка представлена обобщенными моделями.

Имитационное моделирование системы электроснабжения и влияние нелинейных нагрузок на ПКЭ рассмотрено в работе [10]. Коэффициент искажения синусоидальности кривой по напряжению в зависимости от количества нелинейных электроприемников может превышать допустимые значения. Однако в работе не рассмотрено моделирование системы электроснабжения, содержащей основные типы бытовых электроприборов.

В работе [11] выполнено имитационное моделирование на примере электротехнической системы жилого микрорайона. Рассмотрено влияние нелинейной и несимметричной нагрузки на качество электроэнергии. В имитационной модели системы не учтены основные типы электроприемников, в частности электропривод бытовых электроприборов. Модель включает корректирующее устройство - активный фильтр гармоник.

Имитационное моделирование электротехнической системы с распределенной генерацией рассмотрено в работе [12]. Моделирование выполнено в программном пакете Simscape Power Systems. Имитационная модель представляет систему электроснабжения многоквартирного сельского дома гидроэлектростанцией. В данной работе рассмотрено качество электроэнергии с точки зрения устойчивой и эффективной работы электростанции. ПКЭ, на которые влияет нелинейность электроприемников, несимметричность нагрузки и протяженность системы в данной работе не рассмотрены.

В статье [13] рассмотрено имитационное моделирование характерных бытовых электроприборов с нелинейными вольт-амперными характеристиками. По результатам моделирования получены зависимости между суммарным коэффициентом гармонических искажений по току и по напряжению. В работе не рассмотрено моделирование системы электроснабжения, включающей основные типы бытовых электроприемников.

Таким образом, вопрос оценки ПКЭ системы электроснабжения жилых зданий с распределенной генерацией путем имитационного моделирования представляется проработанными недостаточно. Для оценки влияния на ПКЭ несимметричной и нелинейной нагрузки необходимо разработать имитационную модель системы с распределенной генерацией, содержащую основные бытовые электроприборы, при этом имитационная модель системы не должна содержать устройства, корректирующие качество электроэнергии. Поэтому целью данной работы является оценка качества электроэнергии системы электроснабжения жилых зданий с распределенной генерацией, включающей основные бытовые электроприборы и не содержащей устройства коррекции качества.

II. Постановка задачи

Цель работы достигается методом имитационного моделирования системы с распределенной генерацией при решении следующих задач: создание имитационной модели системы электроснабжения и расчет ПКЭ по результатам моделирования.

Имитационное моделирование системы электроснабжения выполнено в программном пакете Simscape Power Systems, MatLab. Имитационная модель представляет собой четырехпроводную трехфазную систему электроснабжения шести жилых зданий. Модель жилого здания состоит из параллельно соединенных бытовых электроприборов: электрочайник, утюг, холодильник, стиральная машина, насос, персональный компьютер, ноутбук, телевизор, светодиодные лампы. При имитационном моделировании данной системы приняты следующие допущения:

1) трехфазная генерирующая установка представляет собой соединение идеальных однофазных источников синусоидального напряжения по схеме «звезда»;

2) в жилых зданиях используется одинаковые бытовые электроприборы;

3) в жилых зданиях включены все электроприборы;

4) каждое жилое здание содержит 20 светодиодных ламп наружного и внутреннего освещения;

5) модели персонального компьютера, ноутбука, телевизора, светодиодной лампы представлены в виде вторичных импульсных источников питания;

6) в моделях стиральной машины, насоса, холодильника задан постоянный момент сопротивления на валу;

7) выбраны одинаковые сечения нулевого и фазных проводов со стороны низкого напряжения.

Расчет ПКЭ (коэффициенты искажения синусоидальности кривой напряжения и тока) системы произведен на основе Фурье анализа осциллограмм токов и напряжения.

III. Теория

Рассмотрим основные элементы имитационной модели системы электроснабжения жилых зданий (рис.1) и их расчет.

Рис. 1. Имитационная модель системы электроснабжения жилых зданий: 1 - трехфазная генерирующая установка; 2- воздушная линия электропередач, 3 - силовой трехфазный трансформатор; 4 - нейтральный провод, 5 - жилое здание

Трехфазная генерирующая установка 1 представляет собой соединение идеальных однофазных источников синусоидального напряжения по схеме «звезда», в параметрах схемы замещения которых задано действующее значение напряжения 6кВ с частотой 50 Гц, сдвиг напряжений источников по фазе 120°. Блок 2 - модуль, имитирующий воздушную линию электропередач. Выбор сечений проводов для блоков 2, 4 выполнен на основании расчета фазных токов по следующей формуле [14]:

!ф =

S

где 1ф - фазный ток, S - полная мощность трансформатора, ил - линейное напряжение. Приняв пиковую мощность потребления в системе 63 кВА со стороны низкого напряжения используем алюминиевый провод с сечением токопроводящей жилы 10 мм2 (АС 10/1.8), а со стороны высокого напряжения - алюминиевый провод с сечением токопроводящей жилы 50 мм2 (АС 50/8.0). Блок 3 - силовой трехфазный трансформатор с соединением обмоток «звезда»-«звезда»-«ноль». Для пиковой мощности потребления системы 63 кВА выбран трансформатор ТМГ 63/6/0.4, для которого параметры схемы замещения, рассчитанные по методике [15], следующие: базисное сопротивление 571.43 Ом; активное сопротивление ветви намагничивания 5.08 о.е.; реактивное сопротивление ветви намагничивания 39.68 о.е.; активное сопротивление первичной и вторичной обмоток 0.01 о.е.; индуктивное сопротивление первичной и вторичной обмоток 0.02 о.е. Измерение мгновенных значений токов и напряжений в любой точке сети организовано при помощи блоков Scope и Measurement.

Рассмотрим схемы замещения бытовых электроприборов жилого здания. Электрочайник и утюг представлены активными сопротивлениями, рассчитываемыми по формуле:

R =

п2 Цф

р '

где иф - фазное напряжение, P - активная мощность электроприбора.

Приняв мощность электрочайника 1 кВт, мощность утюга 1.7 кВт, имеем соответственно сопротивления 48.4 Ом и 28.5 Ом.

Схема замещения вторичного источника питания персонального компьютера, ноутбука, телевизора и светодиодной лампы (рис. 2) и расчет значений элементов схемы (табл. 1) выполнены согласно работе [16].

Рис. 2. Схема замещения вторичного источника питания: С1 - конденсатор сетевого фильтра; С2 -сглаживающий конденсатор; R - нагрузка электроприемника; Ь - С3 - контур, изменяющий коэффициент мощности

ТАБЛИЦА 1

ПАРАМЕТРЫ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ВТОРИЧНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

Наименование электроприемника Pn, Вт Сь мкФ С2, мкФ С3, мкФ L, мГн R, кОм

Телевизор 300 0,15 607 0,83 35 0,31

Полупроводниковая лампа 8 0,55 3,2 - - 8,5

Персональный компьютер 250 0,6 3,2 0,9 30 0,37

Ноутбук 200 0,6 3,2 0,9 30 0,48

Насос и холодильник представлены моделью однофазного асинхронного двигателя Capacitor-start, а двигатель стиральной машины - моделью трехфазного асинхронного двигателя Asynchronous Machine. Параметры данных моделей рассчитаны по методике [17] и приведены в табл. 2.

ТАБЛИЦА2

ПАРАМЕТРЫ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Расчетный параметр Холодильник Насос Стиральная машина

Номинальная мощность, кВА 195,65 2315,79 456,79

Активное сопротивление статора, Ом 52,99 3,18 33,04

Приведенная индуктивность рассеяния статора и ротора, Гн 0,002 0,028 0,03

Приведенное активное сопротивление ротора, Ом 1,72 0,28 13,08

Индуктивность цепи намагничивания, Гн 1,09 0,16 1,19

Схема замещения электропривода стиральной машины (рис. 3) состоит из модели трехфазного асинхронного двигателя, частотного преобразователя и блока управления [18].

Рис. 3. Схема замещения электропривода стиральной машины

На рис. 1 - однофазный мостовой выпрямитель, представленный блоком Rectifier; 2 - звено постоянного тока; 3 - инвертор напряжения на IGBT транзисторах с частотой несущего сигнала широтно-импульсной модуляции 2 кГц; 4 - трехфазный асинхронный двигатель, 5 - блок управления.

При помощи эмпирических зависимостей [19] для звена постоянного тока выбрана емкость фильтра 40 мкФ, индуктивность фильтра 50 мГн.

Моделирование системы электроснабжения жилых зданий выполнено на интервале времени 0,5 с при использовании адаптивного шага (минимальный шаг 0,0002 с) с автоматическим выбором метода решения.

IV. Результаты экспериментов

По результатам моделирования рассчитаны следующие ПКЭ: коэффициент искажения синусоидальности кривой по напряжению составляет 8,88%, коэффициент искажения синусоидальности кривой по току составляет 21,67%. Спектр гармонических составляющих напряжения (рис. 4) представлен в основном нечетными гармониками 3 (7,31%), 5 (1,58%), 7 (3,16%), 9 (0,39 %), 11 (1,98%), 13 (0,24 %) порядков.

о ■

№ о

щ

к &

со X

к

п

X

о

s &

I—I

¡я

0

1

я

£ u

а я

п

m о И

— —

..............;........;........;.......

1 ......1......1.......i....... . 1

5 10 15

Номер гармоники, п

Рис. 4. Гармонический состав напряжения

20

Спектр гармонических составляющих тока (рис. 5) представлен в основном нечетными гармониками 3

(16,50%), 5 (8,88%), 7 (5,81%), 9 (6,07%), 11 (5,53%), 13 (2,64 %) порядков.

5 10 15

Номер гармоники, п Рис. 5. Гармонический состав тока

V. Обсуждение результатов

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Согласно требованиям стандарта качества [20] в сетях низкого напряжения нормально допустимое значение коэффициента искажения синусоидальности кривой по напряжению составляет 8%, а предельно допустимое значение - 12%, нормально допустимое значение коэффициента гармонических составляющих напряжения третьего порядка составляет 5%, а предельно допустимое значение - 7,5%.

Тогда по результатам моделирования системы коэффициент искажения синусоидальности кривой по напряжению превышает нормально допустимое значение на 0,88% и на 3,12% меньше предельно допустимого значения. Коэффициент гармонических составляющих напряжения третьего порядка превышает нормально допустимое значение на 2,31% и на 0,19% меньше предельно допустимого значения. Коэффициенты гармонических составляющих напряжения порядка выше третьего не превышают нормально допустимые значения.

Значения гармонических составляющих тока в электросетях РФ не нормируются [21], однако согласно стандартам США и Австралии [22] полученные при моделировании данные указывают на превышение предельно допустимых значений.

VI. Выводы и заключение

Из полученных результатов следует вывод, что показатели качества электроэнергии системы электроснабжения жилых зданий по напряжению не превышают предельно допустимые значения без применения корректирующих устройств. Требования к показателям качества электроэнергии по току на данный момент в РФ не предъявляются.

Таким образом, можно сделать заключение, что децентрализация электроснабжения жилых зданий должна привести к улучшению качества электрической энергии.

Список литературы

1. Дед А. В., Бирюков С. В., Паршукова А. В. К вопросу о стандартах на качество электрической энергии // Омский научный вестник. 2015. № 1 (137). С. 145-147

2. Дед А. В. Дополнительные потери мощности в электрических сетях при несимметричной нагрузке // Омский научный вестник. 2013. № 1. С. 157-158

3. Khatsevskiy K. V., Antonov A. I., Gonenko T. V., Khatsevskiy V. F. The voltage asymmetry in electrical networks with single-phase load // 2017 IEEE Conference Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). Omsk, Russia, 14-16 November DOI: 10.1109/Dynamics.2017.8239461.

4. Дед А. В., Рогозина Д. А., Беденко Н. Т., Феськов А. В. Способы нормализации напряжения высших гармоник предприятий с мощной нелинейной нагрузкой // Актуальные вопросы энергетики: материалы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (Омск, 17 мая 2018 г.) / ОмГТУ. Омск, 2018. С. 92-98.

5. Фетисов Л. В., Роженцова Н. В., Булатов О. А. Повышение качества электрической энергии в сетях низкого напряжения // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. Т.20, № 11-12. С. 99106.

6. Рыбцов В. А., Ахтямов Р. Ф. Вольтодобавочный трансформатор как метод решения проблем по падению напряжения в распределительных сетях 0,4 кВ // Мировая наука. 2018. № 9 (18). С. 37-39.

7. Гусаров В. А. Перспективы распределенной энергетики // Вестник ВИЭСХ. 2016. № 3 (24). С. 77-83.

8. Асиев А. Т. Автономные системы электроснабжения в отдаленных районах: обоснование целесообразности использования и методы оценки показателей качества электроэнергии на основе имитационного моделирования // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2017. № 3 (39). С. 80-94.

9. Khokhar S., Zin A.A.M., Mokhtar A.S., Ismail N. MATLAB /Simulink based modeling and simulation of power quality disturbances // Proc. IEEE Conf. on Energy Conversion (CENCON). 2014. P. 445-450.

10. Tan R. H., Ramachandaramurthy V. K., Rodney H. G. A comprehensive modeling and simulation of power quality disturbances using MATLAB/Simulink // Power quality issues in distributed generation. InTech.Rijeka. 2015. P. 83-107. DOI: 10.5772/61209.

11. Жилин Е.В. Моделирование системы электроснабжения с нелинейной и несимметричной нагрузкой в программном комплексе MATLAB SIMULINK // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова / Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. 2016. С. 3931-3935.

12. Бастрон А. В., Коровайкин Н. В., Костюченко Л. П. Моделирование автономной системы электроснабжения многоквартирного сельского дома от микроГЭС // Ползуновский вестник. 2012. № 4. С. 78-82.

13. Blanco A. M., Meyer J., Schegner P., Yanchenko S. The impact of supply voltage distortion on the harmonic current emission of non-linear loads // Dyna-Colombia. 2015. Vol. 82, no. 192. P. 150-159.

14. Никитин К. И. Принципы построения, алгоритмы и модели токовых защит электроэнергетических систем: моногр. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. 291 с.

15. Дед А. В. Расчет параметров Simulink- модели силового трехфазного трансформатора для исследования длительных несимметричных режимов // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. 2017. № 3 (153). С. 68-74.

16. Цырук С.А., Янченко С.А., Рыжкова Е.Н. Моделирование основных источников несинусоидальности в бытовых электросетях // Вестник МЭИ. 2013. № 3. C. 67-71.

17. Пантель О. В. Методика расчета параметров асинхронного двигателя для моделирования режимов его работы в среде MATLAB/SIMULINK // Academy. 2015. № 2 (2). С. 7-11.

18. Belodedov A. E., Lysenko O. A. Model design of a controlled DC drive with a supercapacitor unitr // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. 2016. DOI: 10.1109/Dynamics.2016.7818978.

19. Пустоветов М. Ю. О параметрах фильтров для частотно-регулируемого электропривода с асинхронными двигателями // Электричество. 2013. № 5. С. 41-44.

20. ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения // Межгосударственный стандарт. М.: Стандартинформ. 2014. 20 с.

21. Ded A. V., Maltsev V. N., Sikorski S. P. Comparative analysis of the specifications on the power quality of the European union and the Russian Federation // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 998. DOI: 10.1088/1742-6596/998/1/012007.

22. Зырянов В. М., Митрофанов Н. А., Соколовский Ю. Б. Анализ гармонического состава тока и напряжения на шинах 0,4 кВ КТПН и применение устройств ограничения высших гармоник // Вестник ИрГТУ. 2016. № 2 (109). С. 61-67.

УДК 621.31

АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ДЛЯ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ

ANALYSIS OF THE APPLICATION FOR THE MAGNETOHYDRODYNAMIC EFFECT I N THE HYDROCARBON PRODUCTION

А. В. Логунов, А. Л. Портнягин, В. А. Копырин, М. В. Денеко

Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, Россия

A. V. Logunov, A. L. Portnyagin, V. A. Kopyrin, M. V. Deneko

Industrial University of Tyumen, Tyumen, Russia

Аннотация. В настоящее время основная доля нефтяных месторождений находится на поздней стадии эксплуатации, характеризующейся высокой обводненностью добываемой продукции. Соли, содержащиеся в пластовой жидкости, при определенных термобарических условиях оседают на технологическом оборудовании и способствуют выходу его из строя. Выход из строя технологического оборудования влечет за собой простой скважины и высокие материальные затраты. Водорастворимые соли, содержащиеся в пластовой жидкости подвержены электролизу, при котором молекулы вещества разлагаются на ионы. При воздействии магнитного поля на ионы действует сила Лоренца, а в пластовой жидкости проявляется магнитогидродинамический эффект. Целью публикации является анализ применимости магнитогидродинамического эффекта для добычи углеводородов. Приведен химический состав пластовых вод некоторых месторождений, на основе которого построена химическая модель электролиза основных солей хлористого натрия и хлористого калия, содержащихся в пластовой жидкости. Рассмотрена конструкция и принцип работы простейшего магнитогидродинамического насоса. Приведено описание разработанного лабораторного образца магнитогидродинамического насоса. Отражены основные выводы по статье.

Ключевые слова: добыча нефти, ионы, магнитное поле, магнитогидродинамический эффект, сила Лоренца, химическая модель.

DOI: 10.25206/2310-9793-7-2-50-56

I. Введение

В настоящее время неуклонно возрастает доля трудноизвлекаемых запасов углеводородов, к которым относятся запасы, находящиеся в нефтеносных пластах с низкой проницаемостью, высокой обводненностью, запасы с пониженным нефтенасыщением, а также расположенные в малых толщинах, тяжелые и сверхтяжелые нефти. На современном этапе разработки и эксплуатации нефтяных месторождений для поддержания требуемого объема добытой нефти нефтедобывающие компании вынуждены извлекать на поверхность огромный объем попутных вод. В некоторых случаях обводненность нефти может достигать 98%, что снижает рентабельность ее добычи. Другим негативным фактором высокой обводненности является повышенное солеотложение

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.