Исследование самозанятости населения в Российской Федерации: общие и частные проблемы.. Исследование. Нефтегазовый комплекс является одной из основных частей экономики Российской Федерации, так как он во многом определяет функционирование других отраслей промышленности, состояние экономики страны и доходы ее населения
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
Введение Актуальность исследования. Нефтегазовый комплекс является одной из основных частей экономики Российской Федерации, так как он во многом определяет функционирование других отраслей промышленности, состояние экономики страны и доходы ее населения. В то же время, предприятия нефтегазового комплекса являются энергоемкими объектами и зачастую являются одними из крупнейших потребителей электроэнергии в масштабах локальных энергосистем. Следовательно, режим работы таких предприятий во многом оказывает влияние на функционирование всей энергосистемы в целом. В настоящее время, в системах электрического привода насосных и компрессорных станций широкое применение находят синхронные двигатели. Зачастую, складывается ситуация, когда в отдельных узлах нагрузки может быть сосредоточено до 50-80 МВт подобной нагрузки. Наиболее широкое применение находят синхронные двигатели мощностью от 4 до 12,5 МВт. Основными достоинствами синхронного привода являются более высокий КПД по сравнению с аналогичными асинхронными двигателями, стабильность частоты вращения, возможность работы с опережающим коэффициентом мощности для компенсации реактивной мощности. Однако, в то же время, эксплуатация синхронных двигателей сопровождается некоторыми особенностями, связанными с возможностью перехода двигателя в генераторный или асинхронный режим работы. Как правило, это происходит при кратковременной потере или снижении питающего напряжения, либо потере возбуждения. Переход в данные режимы работы приводит к повышению токов, протекающих через электродвигатели, их перегреву и уменьшению срока службы двигателя. В то же время, большинство крупных синхронных двигателей являются потребителями первой категории по надежности электроснабжения, и перерыв в их работе может приводить к риску для здоровья и жизни людей, нарушениям сложных технологических процессов, большому материальному ущербу. Стоит также отметить и то, что поведение синхронных двигателей крупных узлов нагрузки в аварийном режиме существенно влияет на надежность энергосистемы в целом – отключение синхронных двигателей может приводить к потере устойчивости, возникновению «лавины напряжения» и отключению большого числа потребителей электрической энергии. Одним из крупных узлов нагрузки, содержащим в своем составе синхронные двигатели большой мощности, является дожимная компрессорная станция (ДКС-1) нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ). Основными потребителями электрической энергии ДКС-1, являются синхронные двигатели мощностью 6,3 МВт, нарушение нормальной работы которых приводит к расстройству технологического процесса перекачки углеводородного сырья и, как следствие, большим материальным потерям. В связи с этим, становится актуальным вопрос повышения надежности электроснабжения технологических потребителей ДКС-1, с целью минимизации времени неисправной работы и простоя газоперекачивающих агрегатов. Объектом исследования является система электроснабжения ДКС-1 НГКМ. Предметом исследования являются меры повышения надежности электроснабжения технологических потребителей ДКС-1 НГКМ. Целью работы является повышение надежности системы внешнего электроснабжения ДКС-1 НГКМ. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: Анализ системы электроснабжения ДКС-1, оценка методов повышения устойчивости синхронных двигателей при нарушении внешнего электроснабжения и аварийных режимах питающей энергосистемы. Разработка математической модели системы электроснабжения ДКС-1. Разработка плана мероприятий по повышению надежности функционирования системы внешнего электроснабжения ДКС-1. Апробация разработанных мероприятий на математической модели системы электроснабжения ДКС-1. Методология и методы исследования. В данной работе использовался общенаучный метод анализа, заключавшийся в выделении и изучении отдельных частей системы электроснабжения, а также метод синтеза при разработке мер повышения надежности системы электроснабжения. В качестве математического аппарата в работе использовались основные положения теории устойчивости и теории электропривода. Для математического моделирования использовался пакет MATLab (Simulink). Новизна исследования заключается в разработке математической модели системы электроснабжения ДКС-1, позволяющей моделировать различные режимы работы противоаварийной автоматики, оценивать устойчивость работы синхронных двигателей при авариях в системе внешнего электроснабжения. Также был разработан комплекс мер по повышению надежности работы подстанции с крупными синхронными двигателями, который может быть использован на сходных энергетических объектах. Практическая значимость заключается в разработке методов повышения устойчивости работы синхронных двигателей компрессорных станций, которые могут быть использованы и на других объектах с синхронным электроприводом. Теоретическая значимость работы заключается в разработке математической модели подстанции с крупными синхронными двигателями. Основные положения, выносимые на защиту: 1. Система критериев оценки эффективности различных методов повышения надежности электроснабжения подстанций с крупными синхронными двигателями. 2. Математическая модель системы электроснабжения ДКС-1 3. Методика разработки мероприятий по повышению надежности электроснабжения компрессорных станций с крупными синхронными двигателями. 4. Результаты апробации предлагаемых мер по повышению надежности системы внешнего электроснабжения ДКС-1. 1 Анализ аварийных режимов работы электрооборудования на объектах НГКМ. 1.1 Краткая характеристика нагрузок ДКС-1 Узлы нагрузки современных газоперерабатывающих комплексов являются комплексными электротехническими системами, содержащими в своем составе электрические нагрузки различного характера, трансформаторы, асинхронные и синхронные двигатели, устройства компенсации реактивной мощности, релейной защиты и автоматики. Внешнее электроснабжение таких комплексов, как правило, осуществляется на напряжении 110-220 кВ, и так как подстанции с крупными синхронными двигателями, как правило, относятся к потребителям первой категории по надежности электроснабжения и их питание осуществляется от двух независимых источников электроэнергии [1]. Вторая очередь дожимной компрессорной станции №1 (ДКС-1) предназначена для поднятия давления газа, поступающего от установок комплексной подготовки газа и передачи газа далее, на газоперерабатывающий завод. Основную роль в технологическом процессе выполняют электрические газоперекачивающие агрегаты (ЭГПА). Для обеспечения нормальной работы ЭГПА необходимо обеспечивать электроснабжение следующих агрегатов: -вытяжная вентиляция отсеков ЭГПА; -охлаждение СТДП6300-2-БУХЛ3; -насосы масла смазки и уплотнения газа; -насосы по перекачке масла из ёмкости в масляные баки ЭГПА; -поддержание определённой температуры в отсеках; -охлаждение газа на выходе компрессора; -охлаждение масла смазки; -подогрев масла смазки и уплотнения; -нормальное, ремонтное и аварийное (эвакуационное) освещение отсеков, нормальное освещение площадок обслуживания ЭГПА, нормальное освещение агрегатов воздушного охлаждения (АВО) газа. Технологической схемой ДКС-1 предусматриваются следующие основные процессы: - грубая очистка газа, поступающего с УКПГ на вход ДКС-1; - тонкая очистка газа перед компримированием на каждой газоперекачивающей установке; - компримирование газа в многоступенчатых центробежных нагнетателях; - охлаждение компримированного газа в АВО; - отделение выпавшей после охлаждения в АВО жидкости; - подогрев очищенного газа в ПТГ 1, 2; - ингибирование технологических трубопроводов; - подготовка топливного, пускового, продувочного, буферного, силового газа; - продувка всего оборудования станции очищенным газом; - прием, подготовка и транспорт смеси углеводородного конденсата и нефти, поступающего от сепарационного оборудования станции и УКПГ; - утилизация газов дегазации смеси углеводородного конденсата и нефти. Газоперекачивающий агрегат имеет блочную структуру и включает следующие отсеки с оборудованием: а) в отсеке нагнетателя расположены 4-х ступенчатый нагнетатель НЦВ-6,3-32/К-2,2 (I ступень) или НЦВ-6,3-67/К-2,2 (II ступень), мультипликатор М-400, насос уплотнительного масла низкого давления, бак уплотнительного маслаеньtym,3-67/К-2,2 ()положены 4-х ступенчатый нагнетательованиемперед аторами.; б) в отсеке двигателя расположен приводной трехфазный синхронный электродвигатель типа СТДП-6300-2БУХЛ4; в) в отсеке пожаротушения находится установка пожаротушения БАГЭ-4, включающая 16 баллонов с СО2, распредустройство, подающее углекислый газ раздельно в отсеки нагнетателя, двигателя и маслоагрегатов; г) в отсеке маслоагрегатов расположены бак смазочного масла, два центробежных насоса смазочного масла, два фильтра смазочного масла, винтовой насос уплотнительного масла высокого давления, два фильтра уплотнительного масла; д) в отсеке маслоохладителей расположены 22 секции оребренных теплообменников масла, охлаждаемых воздухом посредством 5-ти осевых вентиляторов; е) в отсеке очистки воздуха находится блок центробежных циклонов для отделения мехпримесей, три осевых вентилятора, подающих охлаждающий воздух в полость приводного электродвигателя и воздуховоды, оснащенные системой шиберов с управлением от МЭО; ж) в отсеке автоматики установлены взрывозащищенные клемные коробки КИПиА и силовой части; з) ремонтный отсек предназначен для производства работ при монтаже/демонтаже приводного электродвигателя; и) АСУ ЭГПА на базе МСКУ-4510 находится в операторной II цеха. Двухступенчатое компримирование может производиться 1-м и 2-м цехами независимо друг от друга, а также, посредством межцеховых перемычек, совместно, позволяя варьировать загрузку агрегатов I и II ступеней сжатия в зависимости от перекачиваемых объемов газа. Проектная производительность по перекачиваемому газу 10,1 млрд. нм3/год. Рассмотрим схему внешнего электроснабжения дожимно-компрессорной станции (ДКС-1) Оренбургского НГКМ, представленную на рисунке 1.1.  Рисунок 1.1 - Схема внешнего электроснабжения ДКС-1. ДКС-1 получает питание по воздушным линиям 110 кВ от двух независимых источников: подстанции «Пугачи» и повышающей подстанции Каргалинской теплоэлектроцентрали. На главной понизительной подстанции (ГПП)установлены трансформаторы ТРДН-63000/110 мощностью 63 МВА с расщепленной обмоткой низкого напряжения. Использование расщепленной обмотки позволяет уменьшить уровень токов короткого замыкания на стороне низкого напряжения и увеличить число секций шин, что повышает надежность данной схемы электроснабжения. Так как транзит мощности через подстанцию не осуществляется, на стороне ВН в качестве коммутационных аппаратов используются разъединители, позволяющие осуществлять питание ДКС-1 по одной из питающих линий в случае аварийной ситуации на одном из источников питания. Наиболее опасным аварийным режимом для такой схемы является режим потери питания вследствие КЗ на одной из питающих линий и ее отключения. Следует отметить, что внешние КЗ случаются гораздо чаще, чем КЗ в цепи питания объекта, когда для восстановления электроснабжения помимо работы релейной защиты требуется работа систем автоматики. Время отключения внешних КЗ в случае срабатывания основных быстродействующих защит составляет 0,2 – 0,5 с. Статистика свидетельствует, что большее число КЗ возникает в сетях высокого напряжения, поскольку они, как правило, располагаются на открытом воздухе и подвергаются всем видам атмосферных воздействии (ветер, гололед, грозы). При этом возмущение распространяется на все ГПП, питающиеся от данной подстанции электрической системы и сопровождается глубоким провалом напряжения в сетях среднего и низкого напряжения. Также опасными являются провалы напряжения, вызванные КЗ на смежных линиях питающих подстанций, так как они могут вызывать провалы напряжения на шинах питающей подстанции, а следовательно, и уменьшение напряжения в сетях среднего и низкого напряжения, что негативно влияет на параметры электроустановок. Схема внутреннего электроснабжения ДКС-1 представлена на рисунке 1.2.  Рисунок 1.2 - Схема внутреннего электроснабжения ДКС-1. Для ограничения величины токов КЗ на стороне 10 кВ используются трансформаторы с расщепленной обмоткой. Таким образом, на ГПП сформированы четыре секции шин, к двум из которых подключены по три двигателя СТДП-6300, к остальным: два двигателя СТДП-6300 и трансформаторы распределительных подстанций. Распределительные подстанции подключены по радиальной схеме электроснабжения, причем каждый из трансформаторов двух трансформаторной подстанции подключен к разным источникам питания для обеспечения требований надежности электроснабжения приемников первой категории. Мощность трансформаторов распределительных подстанции составляет 1000 и 1600 кВА, что значительно меньше мощности синхронной нагрузки. Следовательно, поведение данных нагрузок при дальнейшем рассмотрении переходных процессов можно не учитывать. В нормальном режиме из 10 электродвигателей в работе находятся 6 (4 в резерве). Двигатели работают с cosφ=0,98 и коэффициентом загрузки 85%, что позволяет при выводе из работы одного из трансформаторов ГПП обеспечивать электроснабжение всех потребителей через оставшийся в работе трансформатор. В связи с тем, что большую долю нагрузки ДКС-1 составляет синхронная нагрузка представленная мощными двигателями СТДП-6300, в дальнейшей работе будут рассматриваться меры по повышению надежности электроснабжения именно синхронных двигателей, так как нарушение их функционирования в большей мере приводит к расстройству технологического процесса, чем нарушение электроснабжения соответствующей несинхронной нагрузки. 1.2 Характеристика ненормальных режимов работы электрооборудования ДКС-1. 1)Режим потери питания. Режим потери питания возникает при нарушении электроснабжения потребителей из-за отключения выключателя ВЛ на одной из питающих подстанций. Отключение выключателя может происходить вследствие срабатывания защиты шин на питающей подстанции, токовых защит из-за возникновения короткого замыкания на питающей ВЛ. Не исключена и потеря питания СД из-за срабатывания дифференциальной защиты питающего трансформатора, либо при КЗ на шинах 10 кВ ДКС-1. После отключения внешнего питания СД переходят в генераторный режим и за счет накопленной кинетической энергии могут долгое время поддерживать напряжение на шинах 10 кВ. Кроме того, при наличии устройства форсировки возбуждения двигателя, процесс уменьшения напряжения на шинах питания СД замедляется, так при достижении определенной величины напряжения, увеличивается ток возбуждения двигателя, что приводит к кратковременному увеличению напряжения на его зажимах (рисунок 1.3).  Рисунок 1.3 - Изменение напряжения на СД при потере питания. 1 – с устройством форсировки возбуждения; 2 – при гашении поля СД. В связи с данными особенностями возможно возникновение следующих явлений[2]: 1)Протекание повышенных токов через двигатели при быстром восстановлении питания. При потере питания, генерируемая двигателями ЭДС оказывается несинхронной с напряжением питающей системы. Даже при перерыве питания на время около 0,3 с, вектор напряжения системы расходится с вектором напряжения двигателей на 180°. При восстановлении питания данное расхождение приводит к наличию разности напряжений между системой и двигателем и протеканию повышенных токов, сопоставимых по значению с токами КЗ на зажимах двигателя. Эти токи могут создавать динамические усилия внутри двигателя, что может приводить к повреждению изоляции внутренних частей двигателя и внутренним замыканиям, а также механическим повреждениям СД. 2)Замедление срабатывания защиты минимального напряжения и нарушение работы автоматики АПВ и АВР, выполненных на основе контроля напряжения. В связи с тем, что напряжение на шинах, питающих СД, будет снижаться с замедлением, работа всех защит, имеющих в своем составе пусковой орган минимального напряжения, замедляется, что может приводить к некорректной работе этих защит. Кроме того, замедляется действие устройств АВР и АПВ, что уменьшает вероятность успешного ввода резерва и самозапуска двигателя. Частота генерируемого напряжения также будет снижаться и тем быстрее, чем больше момент сопротивления на валу СД. Кроме того, на скорость снижения частоты влияет и соотношение синхронной и прочей (ТП-3,4) нагрузки на шинах 10 кВ ГПП. При увеличении доли несинхронной нагрузки скорость падения частоты генерируемого напряжения будет снижаться быстрее, так как несинхронная нагрузка будет подпитываться от синхронных двигателей. Характер изменения частоты генерируемого напряжения представлен на рисунке 1.4.  Рисунок 1.4 - Изменение частоты генерируемого напряжения при потере питания СД. 1 – момент сопротивления на валу Мс=0,2Mном; 2 - момент сопротивления на валу Мс=Mном; Снижение частоты питающего напряжения может приводить к срабатыванию устройства автоматической частотной разгрузки (АЧР) на питающей и связанных с ней подстанциях, так как СД генерируют номинальное напряжение пониженной частоты. Срабатывание АЧР в свою очередь может приводить к излишнему отключению питания неответственных потребителей. Для предотвращения вышеперечисленных негативных явлений, защиту от потери питания электродвигателей рекомендуют выполнять с использованием специальных схем, учитывающих поведение СД в аварийных режимах работы [2], [3]. 2)Режим потери устойчивости. При снижении напряжения из-за коротких замыканий на смежных линиях электропередачи узел с СД может потерять устойчивость и перейти в асинхронный режим работы с возбуждением, характеризующийся следующими явлениями: -частота питающего напряжения и частота вращения синхронного двигателя оказываются разными и векторы ЭДС двигателя и питающей системы начинают вращаться с некоторым скольжением относительно друг друга. Как правило, при неизменной нагрузке на валу СД, при снижении величины питающего напряжения, скорость его вращения замедляется, в то время как частота питающей сети в рассматриваемом случае остается неизменной. Данное обстоятельство приводит к повышению угла нагрузки двигателя и уменьшению запаса его устойчивости. -наблюдаются периодические качания напряжения и тока протекающего к синхронному двигателю. В процессе качаний, ток через питающую линию периодически изменяется, достигая в максимуме четырехкратного значения номинального тока, в минимуме – 0,3 от номинального значения [4]. -колебания ротора электродвигателя. Пульсирующие токи, протекающие по статорной обмотке СД, вызывают образование пульсирующего асинхронного момента двигателя. В связи с тем, что момент нагрузки приводного механизма, как правило, носит постоянный характер, возникновение пульсирующего момента приводит к периодическим изменениям скорости вращения двигателя, что недопустимо по условиям технологического процесса. Основной сложностью в быстрой ликвидации асинхронного режима является тот факт, что при переходных процессах в начальные моменты времени характер переходного процесса при сохранении устойчивости двигателя и при его выпадении из синхронизма практически не отличаются, что затрудняет реализацию опережающего отключения двигателя с целью предотвращения его выпадения из синхронизма. [5] Как отмечено в [6] допустимое время перерыва питания, при котором обеспечивается успешная ресинхронизация двигателя, составляет не более 0,3 с., и во многом зависит от предыдущего режима его работы – величины питающего напряжения и угла нагрузки двигателя. Основной сложностью в исследовании устойчивости синхронных двигателей является то, что для конкретных узлов нагрузки с СД значения токов напряжений и скорость протекания переходных процессов могут быть установлены только при математическом или натурном моделировании. 3)Режим самозапуска синхронных двигателей. Режим самозапуска СД не является аварийным. Самозапуском называется восстановление нормальной работы электропривода без вмешательства персонала после кратковременного перерыва электроснабжения или глубокого снижения напряжения. [7] Самозапуск считается обеспеченным, если после восстановления напряжения агрегат разогнался до нормальной частоты вращения и продолжает длительно работать с нормальной производительностью приводимого механизма и нагрузкой электродвигателя Процесс самозапуска можно условно разделить на два этапа: -выбег электродвигателей от момента исчезновения питания, до восстановления напряжения на шинах питания СД. При исчезновении питания, электромагнитный момент, создаваемый двигателем, падет до нулевого значения. В свою очередь момент нагрузки двигателя остается неизменным, так как приводимый механизм оказывает противодействие вращению двигателя. Это приводит к уменьшению частоты вращения двигателя, причем скорость уменьшения частоты вращения будет зависеть от нагрузки двигателя и его момента инерции. С электрической точки зрения данный этап сопровождается уменьшением напряжения на зажимах СД, и переходом его в генераторный режим работы. -разгон электродвигателя от частоты вращения соответствующей моменту восстановления питания до синхронной частоты вращения. В момент восстановления питания увеличивается электромагнитный момент двигателя, что приводит к увеличению его скорости вращения. Если с момента отключения питания прошло мало времени, то двигатель разгоняется до синхронной частоты вращения и успешно втягивается в синхронизм. По сути, процесс самозапуска двигателя представляет собой пуск СД, но при начальной частоте вращения отличной от нуля, но при этом можно выделить следующие особенности самозапуска электродвигателей по сравнению с их пуском[8]: -в момент восстановления напряжения все электродвигатели (или, по крайней мере, их значительная часть) вращаются. Поэтому в начале самозапуска момент вращения двигателя больше, чем при пуске при том же напряжении; -при быстром подключении обесточенной секции к резервному источнику питания на ней в момент подключения всегда имеется некоторое остаточное напряжение; -самозапуск происходит, как правило, при нагруженном механизмом двигателе, что может приводить к увеличению длительности разгона (особенно, если механизм имеет значительный момент инерции); -если в самозапуске участвует одновременно группа двигателей, то токи, потребляемые из сети электроснабжения, увеличиваются, снижается напряжение на статоре двигателей и соответственно уменьшается вращающий момент, что приводит к некоторому увеличению времени их разгона; До последнего времени при самозапуске СД была принята следующая последовательность действий[7]: ˗ при выявлении потери питания, осуществляется отключение ввода секции и гашение поля СД; ˗ после снижения напряжения на секции, срабатывает АВР и питание начинает осуществляться от соседней секции; ˗ двигатели разворачиваются до подсинхронной частоты вращения, после чего подается возбуждение и двигатель входит в синхронизм. Стоит отметить и тот факт, что процесс самозапуска синхронного двигателя при отключении источника питания будет отличаться от случая кратковременного снижения напряжения в сети вследствие короткого замыкания. При отключении источника питания, торможение двигателя будет происходить за счет момента инерции приводимого механизма. Магнитная система СД в данном случае будет насыщенной и при повторном включении питания устройством АПВ или АВР будет иметь место переходный процесс, обусловленный расхождением векторов ЭДС питающей системы и двигателя. Возникающие при этом токи сопоставимы по величине с пусковыми токами двигателя. Вследствие этого необходимо обеспечение гашения поля возбуждения СД при потере его питания. При восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания, токи, протекающие через обмотки СД, как правило, меньше, чем при несинхронном включении, так как результирующий магнитный поток ослабляется размагничивающим действием тока короткого замыкания. |