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

Коэффициенты аг и йг для конкретных электродвигателей могут быть получены экспериментальным путем или аппрок­ симацией экономической характеристики, соответствующей данному режиму работы электродвигателя.

Подставим в выражение (39) формулу (40), в которой величину потери напряжения (продольной составляющей па­ дения напряжения) выразим через активную нагрузку и со­ противление линии. При этом получим

нии), что затрудняет его использование для нахождения эко­

ла бы его, а следовательно, и выбор сечения проводника по минимуму расчетных затрат. Чтобы облегчить решение за­ дачи, справочные данные, отражающие зависимость сечения от реактивного сопротивления ЛЭП 6 кВ, аппроксимированы простой формулой

* Полученные зависимости X—f(S) могут быть использованы для уп­ рощения методики выбора сечения проводов по допустимой потере на­ пряжения.

41

учитывая технически допустимое отклонение напряжения на зажимах электроприемников, находящегося в пределах от 0,050 до 0,1. Подсчеты показывают, что в этом интервале от­ клонений напряжения основная часть ущерба шли выгоды от работы нефтепромысловых электроприемников определяет­ ся первым членом выражения (42). Это дает возможность пренебречь его вторым членом. С учетом этих упрощений по­ лучаем

3 — (Ра + Ри) 1г + С$) + ~“ io3f/25— ^ + (g2 <?) +

Для определения сечения линии, соответствующей мини­ муму расчетных затрат, возьмем производную от 3 по 5 и приравняем к нулю

Для анализа функции (46), учитывающей влияние откло­ нения уровня напряжения на расчетные затраты ЛЭП, были произведены подсчеты величины 3 на 1 км ЛЭП разного се­ чения. Расчеты производились для случая передачи мощно­ сти Р = 300 кВт при напряжении 6 кВ и coscp= 0,8. Характер нагрузки учитывался коэффициентом формы графика нагруз­ ки £ф = 1,05. Материал проводов ЛЭП — сталеалюминиевый,

р= 0,032 Ом-мм2/м.

Врасчетах были приняты следующие значения исполь­ зуемых экономических показателей:

42

Результаты подсчетов (значение всей функции и отдель­ ных ее составляющих) сведены в табл. 8 и представлены гра­ фически на рис. 17.

Таблица 8

Как видно из рис. 17, кривая, изображающая зависимость расчетных затрат от выбираемого сечения линии, имеет по­ логий минимум, т. е. почти одной и той же величине расчет­ ных затрат соответствует довольно широкий диапазон сече­ ний. Например, в нашем случае минимуму расчетных затрат соответствует сечение, равное приблизительно 120 мм'2. Од­ нако примерно такая же вели­ чина расчетных затрат будет 3,руб*Юг иметь место при выборе сече­ ний ЛЭП 95 мм2 и даже при

5=150--185 мм2. Отсюда вы­ текает необходимость очень тщательного анализа всех факторов, связанных с выбо­ ром сечения по минимуму рас­ четных затрат. При округле­ нии расчетного сечения до

43

настоящее время методика выбора сечения электрических линий но экономической плотности тока приводит к значи­ тельному перерасходу средств. Так, при выборе сечения про­ водов электрической линии по экономической плотности то­

тавили 605 руб., т. е. при существующем методе выбора сече­ ния проводов электрических линии по экономической плот­ ности тока расчетные затраты увеличиваются на 56%.

Вместе с тем следует отметить, что выбор сечения линий по минимуму расчетных затрат приводит к значительному увеличению расхода цветных металлов. При существующем временном дефиците цветных металлов сечение проводов воздушных электрических линий следовало бы выбирать та­ ким образом, чтобы оно оказывалось в интервале сечений, по­ лученных по методу экономической плотности тока и методу минимальных расчетных затрат.

Приведенные результаты примерного расчета показыва­ ют, насколько актуальным является вопрос экономической оценки дефицитности цветных металлов. Разработка теории этой повой экономической категории позволила бы ввести в

расчетные формулы достаточно обоснованные поправочные коэффициенты, учитывающие дефицитность цветных метал­ лов, и разработать рациональную методику расчета электри­ ческих сетей.

Глава III

ВОПРОСЫ РАЦИОНАЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНЫХ НАГРУЗОК НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ РАЙОНОВ И ПРОМЫСЛОВ

Особенности компенсации реактивной мощности в нефте­ промысловых распределительных сетях. Компенсация реак­ тивной мощности в нефтяной промышленности имеет свои специфические особенности, способствующие получению большого экономического эффекта при сравнительно малых затратах. Однако имеются и такие обстоятельства, которые затрудняют выбор компенсирующих устройств, не позволяют без дополнительной автоматической аппаратуры получить максимальный экономический эффект. С этой точки зрения основные электропотребители нефтяных промыслов могут быть разбиты на две группы.

К первой группе, имеющей благоприятные условия для компенсации реактивной мощности, следует отнести нефте­ промысловые электроустановки, работающие круглосуточно

44

с .практически постоянной нагрузкой: компрессорные стан­ ции, насосные для закачки воды в пласт, глубиннонасосные установки, погружные насосы.

Ко второй группе относятся нефтепромысловые электро­ установки,_имеющие переменный график нагрузки и рабо­ тающие с' коэффициентом включения значительно меньшим единицы: установки для бурения и капитального ремонта скважин. Установки эти не являются стационарными, что также усложняет решение вопроса компенсации реактивной мощности. К этой же группе относятся насосные для внутрипромысловой перекачки воды и нефти, которые хотя и рабо­ тают при практически постоянной нагрузке, но с малым ко­ эффициентом включения (2—3 ч в сутки). Лучшим решени­ ем вопроса компенсации реактивной мощности таких круп­ ных потребителей электроэнергии, как компрессорные стан­ ции, насосные для закачки воды в пласт, является использо­ вание в качестве электропривода синхронных двигателей. Препятствием на пути такого решения вопроса является уз­ кий ассортимент синхронных двигателей, выпускаемых на­ шей промышленностью. Поэтому такое решение следует при­ нимать в тех случаях, когда имеется в наличии соответст­ вующее оборудование.

Обычно проектирование электроснабжения компрессор­ ных станций, а также крупных насосных осуществляется в комплексе с питающими их подстанциями. При этом под­ станции стараются расположить вблизи от потребителей.

Учитывая небольшие расстояния, отделяющие эти потре­ бители от подстанции, а следовательно, малые потери в пи­ тающих их линиях, следует в качестве привода использовать асинхронные двигатели; при этом компенсацию реактивной мощности следует производить на шинах подстанций (по каждой секции шин в отдельности) с помощью батарей кон­ денсаторов. Так как последние будут все время оставаться в работе, то их установка не потребует сложной коммутацион­ ной аппаратуры, будет надежна и проста в эксплуатации.

Вопросом компенсации реактивной мощности глубинно­ насосных установок и погружных насосов чаще всего прихо­ дится заниматься в условиях эксплуатации. Электроснабже­ ние этих установок обычно осуществляется без проектов, по мере перевода скважин с одного вида эксплуатации на дру­ гой. Необходимость в составлении проекта электроснабже­ ния большой группы глубиннонасосных установок возникает очень редко (при реконструкции электроснабжения промыс­ ла). Характерной особенностью глубиннонасосных установок является их рассредоточение на сравнительно большой гер-

45

ритории, большая протяженность распределительных сетей и малая загрузка электродвигателей. Потери электроэнергии в низковольтных промысловых распределительных сетях ко­ леблются от 8 до 13%. Одной из основных причин больших потерь является циркуляция в сети больших реактивных мощностей. Для разгрузки сетей от больших реактивных токов лучше всего было бы компенсировать эту реактивную мощность в местах ее потребления электродвигателями. К сожалению, эффективность индивидуальной компенсации реактивной мощности глубиннонасосных установок зачастую несколько снижается из-за отсутствия конденсаторов малой мощности. Однако, несмотря на это, следует по возможности шире практиковать индивидуальную компенсацию реактив­ ной мощности. При этом следует, конечно, учитывать и кон­ кретные условия (загрузку электродвигателей, плотности то­ ка в линии, протяженность линий и т. д.). Одновременно с целью расширения ассортимента конденсаторов, выпускае­ мых промышленностью, следует заняться разработкой соот­ ветствующей шкалы мощностей.

При решении вопроса компенсации реактивной мощности у электроприемников второй группы (с переменным графи­ ком нагрузки и низким коэффициентом включения) необхо­ димо максимально использовать естественные способы сни­ жения циркулирующей реактивной мощности. К числу их от­ носится рациональное комплектование оборудования буро­ вых установок (правильное сочетание синхронных и асин­ хронных двигателей), улучшение загрузки электродвигателей путем рационализации технологических режимов, (использо­ вание электродвигателей с малым потреблением реактивных мощностей и т. д.

Учитывая зарубежный опыт компенсации реактивной мощности электродвигателей с повторно кратковременным режимом работы, можно рекомендовать для буровых уста­ новок групповой и централизованный способы компенсации реактивной мощности на подстанциях и распредустройсгвах путем установки секционированных батарей конденсаторов с автоматическим управлением.

В заключение следует отметить, что внедрение более про­ грессивных вероятностных методов расчета компенсации ре­ активной мощности в различных отраслях промышленности — вопрос ближайшего будущего. Поэтому уже сейчас необхо­ димо позаботиться о накоплении необходимого статистичес­ кого материала и заняться исследованиями графиков потреб­ ления реактивной мощности нефтепромысловыми электроус­ тановками. Серьезное внимание следует уделить палажива-

46

нию дифференцированного учета реактивной мощности, не­ обходимого для составления ее балансов.

Успех работы, проводимой в области компенсации реак­ тивной мощности при эксплуатации систем электроснабже­ ния, зависит не только от рациональной методики выбора компенсирующих устройств и наличия соответствующего электрооборудования, по и от мер материального стимули­ рования.

С этой точки зрения существующая шкала скидок и над­ бавок к тарифу па электроэнергию мало соответствует свое­ му назначению. Не случайно в адрес этой шкалы поступает много критических замечаний и предложений. Предлагают, например, повысить нейтральную величину коэффициента мощности или снизить процент скидки, выплачиваемой за высокий cos<p (скидки ложатся тяжелым бременем на эко­ номические показатели энерпосистемы).

Поступают предложения изменить шкалу скидок и над­ бавок таким образом, чтобы надбавки и скидки производи­ лись в зависимости от величины коэффициента мощности предприятия в часы суточного максимума нагрузки энерго­ системы.

Приходится признать, что при достижении определенного уровня коэффициента мощности существующая шкала ски­ док и надбавок перестает стимулировать предприятия на проведение работ, связанных с достижением оптимальных значений cos<p. По этой шкале процент скидки с тарифа на электроэнергию при любом значении coscp>0,95 остается постоянным, таким же как и при cos <р = 0,95 (величина costp, лежащая в интервале 0,9—0,92, при коотрой нет штрафа и скидки, является нейтральной).

При построении этой шкалы, видимо, были использованы нормативные значения средневзвешенных коэффициентов мощности, рекомендуемые РУ. Опыт показывает, что опти­ мальные значения коэффициентов мощности зависят не толь­ ко от числа ступеней трансформации, но и от параметров сети, а также специфических особенностей предприятий-по­ требителей электроэнергии. Проделанные расчеты показали, что для подавляющего большинства нефтепромысловых подстанций оптимальная величина cosip (с точки зрения ми­ нимума расчетных затрат) имеет более высокое значение (по­ рядка 0,98—0,995). Однако из-за действующей шкалы скидок и надбавок предприятия не заинтересованы поддерживать коэффициент мощности на этом уровне.

Вышесказанное свидетельствует о необходимости пере­ смотра существующей шкалы скидок и надбавок. Сохранение

47

раздела» допускает различные толкования. Обычно при рас­ четах за электроэнергию размер скидки или надбавки к та­ рифу определяется по средневзвешенному значению coscp предприятия. Такой порядок расчета рационален для не­ больших предприятий, питающихся от одной подстанции (одного трансформатора).

Электроснабжение современных крупных предприятий п. в частности, объектов нефтепромысловых управлений осуще­ ствляется от нескольких подстанций и большого числа сило­ вых трансформаторов. Граница раздела у них проходит че­ рез большое число точек, имеющих самое различное значе­ ние средневзвешенного coscp. Нередки случаи, когда даже на одной и той же подстанции два рядом стоящих трансфор­ матора эксплуатируются один при низком, а другой при вы­ соком и даже опережающем costp. При общепринятом сейчас

ференцировать, средневзвешенное значение coscp определять не по линии раздела (предприятию в целом), а по точкам раздела (подстанциям и даже отдельным трансформаторам). Соответственно следует изменить и порядок расчетов за электроэнергию.

Размещение компенсирующих устройств в узле нагрузок нефтяного района с учетом экономических характеристик по­ требителей электроэнергии. Одной из важных задач работы компенсирующих устройств (КУ) является поддержание не­ обходимого уровня напряжения в сети, поэтому задачу оп­ тимального распределения заданной мощности КУ в узле нагрузки нефтепромысловых потребителей электроэнергии следует решать с учетом этого фактора. При этом критерием оптимальности должна служить величина ежегодного эконо­ мического эффекта, получаемого от компенсации и включаю­ щего экономию, полученную от снижения потерь мощности в линиях, затраты на компенсацию, а также эффект от изме-

48

Рис. 18. Расчетная схема узла нагрузки нефтяного района для выбо­ ра мест размещения компенсирующих устройств

нения уровня напряжения у потребителей (после установки КУ), описываемый с помощью экономических характери­ стик.

Рассмотрим характерную задачу. От районной понизи­ тельной подстанции нефтяного района (рис. 18) отходит ряд линий, которое можно подразделить на три категории: ли­

в выборе целесообразной мощности конденсаторов двух ти­ пов: высоковольтных 6 кВ (II) и низковольтных 0,38 кВ.

Подовой экономический эффект от установки батареи вы­ соковольтных (Л) и низковольтных (В) конденсаторов для

3,— затраты на компенсацию;

FiiU) — эффект от изменения уровня напряжения.

I

напряжения при компенсации реактивных нагрузок на /-той

где У/в) У/нэкономический эффект от изменения напряжения на /-том электроприемнике.

Если принять, что нефтепромысловые электроприемники работают в одинаковом режиме, то

50