книги из ГПНТБ / Азимов, Б. А. Совершенствование методов проектирования и эксплуатации нефтепромысловых электроустановок

МИНИСТЕРСТВО н е ф т я н о й п ро м ы ш л е н н о с т и

всесоюзный научно-исследовательский институт организации, управления и экономики нефтегазовой промышленности

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Серия

МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

МОСКВА ВНИИОЭНГ 1974

УДК 622.276 : 621.31

научно-исследовательским отделом вычислительной техники АзНИПИнефть. Рассмотрены вопросы прогнозирования элек­ трических нагрузок, построения и использования экономичес­ ких характеристик отдельных электродвигателей, а также уз­ лов нагрузок. Приводятся результаты решения задачи ком­ пенсации реактивных нагрузок нефтяных промыслов.

Обзор предназначен для инженерно-технических работ­ ников, занятых проектированием и эксплуатацией электро­ установок нефтяной промышленности. Он может быть также полезен для специалистов, работающих в исследовательских организациях.

Авторы выражают благодарность Б. Л. Райнинон, Р. М. Ма­ медову и Н. В. Орловой, участвовавшим в исследованиях, ре­ зультаты которых легли в основу настоящего обзора-

Авторы обзора: Б. А. Азимов, Д. М. Кремер.

Всесоюзный научно-исследовательский институт организации, управления н экономики нефтегазовой промышленности (ВНИИОЭНГ), 1974.

ВВЕДЕНИЕ

Планируемое развитие нефтяной промышленности в на­ шей стране требует, чтобы новые нефтяные месторождения осваивались и поступали в эксплуатацию в короткие сроки при минимальных затратах. Это повышает требования к про­ ектированию и обустройству нефтяных промыслов и, в част­ ности, их электроснабжению.

Технология бурения и нефтедобычи имеет свою ярко выраженную специфику, которая должна быть учтена при решении комплекса вопросов проектирования нефтепромыс­ ловых электроустановок.

Влияние проектных решений на размер начальных капи­ таловложений и последующие эксплуатационные расходы не нуждается в подтверждении. Улучшение качества проекти­ рования может дать значительный экономический эффект. Поэтому необходимо вести систематические исследования с целью уточнения исходных данных и совершенствования ме­ тодики проектирования.

Наблюдающийся на практике большой разрыв между проектными и эксплуатационными данными заставляет серь­

сающиеся электроснабжения, выпали из поля зрения иссле­ дователей. К их числу относится вопрос прогнозирования электропотребления, оказывающий большое влияние на до­ стоверность исходных данных и, в частности, на расчетные нагрузки, лежащие в основе проектирования.

Учитывая актуальность этой проблемы и отсутствие ка­ ких-либо публикаций, касающихся прогнозирования электро­ потребления в нефтяной промышленности, в настоящей ра­ боте ей отведено соответствующее внимание.

Оптимизация напряжения в электрических сетях являет­ ся важным средством повышения экономичности системы электроснабжения. До недавнего времени при разработке вопросов оптимизации напряжения основное внимание уде­ лялось снижению расхода электроэнергии. Для этой цели достаточно было располагать статическими характеристика­ ми отдельных электроприемников и узлов нагрузки.

Однако такой подход к решению задачи оптимизации ре­ жима напряжения нельзя считать обоснованным. В самом деле, влияние качества напряжения в распределительной сети не ограничивается только перечисленными факторами. Не менее важно учесть влияние режима напряжения на про­ изводительность связанного с электродвигателем исполни­ тельного механизма, качество выпускаемой продукции и т. д. Поэтому п последнее время очень много внимания стали уде­ лять вопросу построения экономических характеристик для электроприемников и, в частности, электродвигателей. Эко­ номические характеристики обладают ценным свойством,по­ зволяющим свести к одному экономическому показателю (рублю) разностороннее влияние уровня напряжения на ра­ боту электроприемников и связанных с ними производствен­ ных машин и механизмов. С другой стороны, ясно, что учет экономических характеристик не может не оказать своего влияния на решение ряда вопросов проектирования электро­ снабжения.

В настоящей работе изложены результаты исследования влияния учета экономических характеристик нефтепромыс­ ловых электродвигателей на решение некоторых частных, но достаточно важных задач электроснабжения: компенсацию реактивных нагрузок и выбор сечения проводников.

Естественно, что по мере накопления опыта использова­ ния экономических характеристик для оптимизации проекти­ рования систем электроснабжения промышленных предприя­ тий и установок нефтяной промышленности следует вводить соответствующие коррективы. Обмен мнениями специали­ стов, занятых исследованием, проектированием и эксплуата­ цией электроустановок, был бы очень полезен, учитывая го обстоятельство, что некоторые вопросы построения и исполь­ зования экономических характеристик могут служить пред­ метом дискуссии.

Правильное решение вопросов, связанных с компенсаци­ ей реактивных нагрузок (определение оптимальной степени компенсации, выбор средств компенсации и их наивыгодней­ шее размещение), оказывает большое влияние на экономич­ ность электроснабжения.

4

Анализ состояния компенсации реактивной мощности, вы­ полненный по одному 1ГГДУ Азербайджанской ССР, показал, что наряду с районными подстанциями, величина коэффици­ ента мощности которых приближается к единице, имеется большое число подстанций, среднее месячное значение коэф­ фициента мощности которых равно 0,65-г- 0,75.

Это и ряд других фактов свидетельствует о том, что не­ смотря на видимое благополучие (относительно высокое средневзвешенное значение cos<p по НГДУ в целом), в элек­ трических сетях имеет место дефицит реактивной мощности п нерациональное использование компенсирующих устройств.

Одной из причин этого является отсутствие четких дирек­ тивных указаний, основанных на глубоком теоретическом анализе. Действующие руководящие указания но повышению коэффициента мощности в установках потребителей электро­ энергии (РУ) недостаточно и теоретически обоснованы, что вызывает справедливую критику специалистов.

Со времени издания РУ (1961 г.) появились новые иссле­ дования, посвященные вопросам компенсации реактивных мощностей и регулирования напряжения в электрических се­ тях. В этот же период был разработай экономический кри­ терий для оценки вариантов электроснабжения. Это позво­ ляет на данном этапе решать задачи компенсации реактив­

В свете последних исследований такую рекомендацию нельзя считать обоснованной.

метров сети) уровень напряжения на зажимах электропри­ емников, влияя таким образом на экономичность их работы. Величина экономического эффекта, связанная с изменением уровня напряжения на зажимах злектроприемников, опреде­ ляется но экономическим характеристикам.

В руководящих указаниях при определении необходимой мощности компенсирующих устройств рекомендуется исходя из нормативных значений средневзвешенного коэффициента мощности. Величина последнего колеблется в пределах 0,85— 0,95 и выбирается в зависимости от схемы питания подстан­ ции. Очевидно, каждое предприятие имеет свою совокупность условий, определяющих оптимальное значение коэффициента мощности. Принятое РУ усреднение условий может привести к ничем неоправданному ущербу. Действительно, проделан-

ные расчеты показали, что для условий, в которых работают нефтепромысловые электроустановки, оптимальное значение коэффициента мощности близко к единице, т. е. значительно отличается от нормативного (cos(jp= 0,95), рекомендуемого РУ.

Учитывая возможность получения большого экономичес­ кого эффекта от правильного решения вопросов компенсации, в настоящей работе предпринята попытка разработки обще­ го математического подхода к решению этих вопросов.

Глава I

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ И ЕГО ПРОГНОЗИРОВАНИЕ В НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ РАЙОНАХ

АЗЕРБАЙДЖАНА

Для правильного решения многих задач, возникающих при проектировании электроснабжения новых нефтяных ме­ сторождений, а также при выполнении проектов реконструк­ ции электроснабжения действующих нефтяных промыслов и районов, необходимо знать пределы изменения электричес­ ких нагрузок на ближайший отрезок времени. Несмотря на всем известную прямую связь, существующую между каче­ ством проектных решений и достоверностью расчетных на­ грузок, вопросу прогнозирования нагрузок в нефтедобываю­ щей промышленности не уделялось достаточного внимания. Работа, проводившаяся в АзНИПИнефти, ставила перед со­ бой задачу восполнить в некоторой степени этот пробел, по­ ложить начало систематическому изучению электропотреб­ ления нефтяных промыслов и разработке основ научного прогнозирования в этой области.

Большое технико-экономическое значение разработки ме­ тодов прогнозирования потребления электроэнергии очевид­ но. Правильное решение таких важных вопросов электроснаб­ жения промышленных предприятий, как выбор оптимально­ го сечения проводов, числа трансформаторных подстанций, средств и методов компенсации реактивных нагрузок, разме­ щение устройств регулирования напряжения невозможно без знания вероятных пределов изменения нагрузок на ближай­ ший период. При этом желательно знать не только вероят­ ную кратность увеличения или уменьшения электропотребле­ ния в конце расчетного периода, но и закономерность, опре-

6

деляющую характер изменения нагрузки по годам расчетно­ го периода.

Для определения закономерностей, присущих электропо­ треблению нефтяных промыслов, была произведена статис­ тическая обработка данных о расходах электроэнергии за прошедшие годы, построены и проанализированы годовые и месячные графики нагрузки. При этом были использованы записи показаний счетчиков активной и реактивной энергии, установленных на районных подстанциях нефтегазодобываю­ щих управлений НГДУ.

Счетчики, установленные на этих объектах, предназначе­ ны для коммерческих расчетов и имеют высокий класс точ­ ности, эксплуатация их находится на должном техническом уровне, поэтому учет расхода электроэнергии, ведущийся на основе их показаний, вполне достоверен. Сосредоточение дан­ ных этого учета в одном месте (энергоснабжающей органи­ зации) представляет дополнительные удобства для исследо­ вания.

По большинству НГДУ исследованиями был охвачен пя­ тилетний период и только по двум НГДУ оказалось возмож­ ным проанализировать материалы по электропотреблению за более длительное время (10 лет). Узаконенный сравнительно короткий срок хранения архивных материалов по электропо­ треблениюне позволил охватить исследованиями более про­ должительный период времени.

Для выбора рационального метода прогнозирования по­ путно с исследованиями электропотребления были проанали­ зированы динамика добычи нефти и удельные расходы элек­ троэнергии.

При анализе электропотребления и его сопоставлении с динамикой нефтедобычи нефтяные районы пришлось раз­ бить на две группы:

1)районы с падающей нефтедобычей;

2)районы с растущей добычей нефти.

По каждому нефтяному району Азербайджана были изу­ чены за последние 5 и 10 лет следующие характеристики:

активное и реактивное потребление электроэнергии но НГДУ в целом;

активное и реактивное потребление электроэнергии на нефтедобычу;

активное и реактивное потребление электроэнергии по­ сторонних организаций, получающих питание от шин нефте­ промысловых подстанций;

динамика добычи нефти (в относительных единицах);

динамика расхода электроэнергии на тонну добытой неф­ ти (в относительных единицах).

Вычислительные работы, ввиду их большого объема, про­ изводились с помощью ЭЦВМ.

Ниже изложены основные положения предлагаемой мето­ дики прогнозирования электропотребления в нефтяной про­ мышленности.

В качестве исходных данных для последующей статисти­ ческой обработки принимаются среднечасовые мощности на­

ЦлП • • • •: Ц„12.

где \\ij — часовая мощность /-го месяца в /-том году;

/=1, 2, . . ., 12; / = 1, 2, . . ., 10.

Для удобства исходные данные по каждому году иссле­ дования представляются в относительных единицах. В каче­ стве базиса (единицы) принята среднечасовая мощность января каждого года.

По этим данным определяются усредненные значения часовой потребляемой мощности за весь период исследовапия (10 или 5 лет) по месяцам.

Среднечасовая потребляемая мощность за январь

за февраль

_ Al2 ~Ь А» + • • • +^П2

где п — число исследованных лет.

Среднегодовое потребление мощности за час определяет­ ся следующим образом:

И т. д.

Для удобства дальнейших исследований полученные дан­ ные о среднегодовом потреблении мощности в час приводят­ ся в относительных единицах. При этом часовая мощность первого года исследования принимается равной единице, а среднегодовые мощности последующих лет определяются в долях от часовой мощности первого года исследования, т. е.

б) среднегодовые значения коэффициента мощности