Внедрение технологий интеллектуальных электрических сетей на нефтедобывающих предприятиях

Нефтедобывающие предприятия (НДП), являясь крупным потребителем энергоресурсов РФ, одновременно снабжаются энергией от нескольких энергосистем РФ. По условиям устойчивости технологического процесса и последующего его восстановления без значительного экономического ущерба из-за потерь добычи нефти ряд наиболее ответственных энергоустановок НДП не допускает даже кратковременного перерыва электроснабжения [1, 2]. В составе потребителей энергии НДП имеется значительное число установок, которые могут быть использованы в качестве потребителей-регуляторов, и участвовать в управлении энергопотреблением [3–6]. В последние годы характерно широкое внедрение альтернативных источников энергии, что обуславливает возможность разнонаправленного движения потоков энергии. Электрические сети НДП оснащены устройствами электросетевой автоматики, позволяющими производить автоматический ввод резерва и структурирование электрических сетей посредством автоматических пунктов секционирования. При этом существующие схемотехнические решения не обеспечивают в должной мере использование новейших технических возможностей энергетических технологий систем контроля и мониторинга интеллектуальных электрических сетей и систем электроснабжения потребителей для повышения энергетической эффективности НДП и энергосетевых компаний, включая более эффективное управление потоками электроэнергии за счет обмена и управления информацией о реальных режимах работы потребителей НДП.

Таким образом, актуальной является проблема разработки структуры интеллектуальной энергетической системы, обеспечивающей энергоэффективное электроснабжение ответственных потребителей НДП.

Интеллектуальная энергетическая система должна включать в себя элементы и подсистемы, поддерживающие надлежащий уровень качества электрической энергии и электромагнитной совместимости, обеспечивать требуемый уровень надежности и бесперебойности электроснабжения, включая возможность использования альтернативных возобновляемых источников энергии, поддерживать надлежащий уровень устойчивости режима электроснабжения с возможностью оперативного управления конфигурацией электрической сети, путем автоматического секционирования обеспечивать оптимальный режим напряжения по заданным критериям, выполнять комплексный автоматизированный контроль уровня энергопотребления, энергоэффективности и энергозатрат [1, 2], осуществлять структурирование потребителей под возможность ситуационного управления нагрузкой в условиях взаимодействия центров управления.

На рис. 1 приведена структура интеллектуальной энергосистемы НДП (ИАЭ – источник аварийного энергоснабжения; ТК – тиристорный коммутатор; АПС – автоматический пункт секционирования; ФКУ – фильтрокомпенсирующее устройство; ПАФ – параллельный активный фильтр; БАВР – быстродействующий автоматический ввод резерва; ТАВР – тиристорная система автоматического ввода резерва), разработанная на основании результатов многочисленных теоретических и экспериментальных исследований, проведенных авторами в разное время, в электрических сетях нефтедобывающих предприятий, и содержащая все ключевые элементы, выполняющие заявленные выше функции.

Обоснована структура и параметры многоуровневой системы электроснабжения объектов НДП с секционированием участков электрической сети посредством перспективных средств телеуправления и дистанционной коммутации участков [2]. Основным элементом данной системы являются автоматический пункт секционирования (АПС) или реклоузер, обеспечивающий изменение конфигурации сети путем переключения различных ее участков в зависимости от наличия повреждений и аварийных ситуаций, и тиристорный коммутатор (ТК), предназначенный для управления потоками энергии.

Разработаны средства и методы обеспечения электромагнитной совместимости, контроля и повышения качества электрической энергии на объектах НДП [7–10]. Основными элементами в этом случае являются пассивные и гибридные фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ), активные системы коррекции формы кривых тока и напряжения на основе параллельных активных фильтров (ПАФ), автоматизированная комплексная система контроля качества электрической энергии и уровня энергопотребления [7–10].

Создан классификатор потребителей электрической энергии НДП по критерию возможности их участия в управлении энергопотреблением и интеллектуальном обеспечении энергосистемы [5, 6].

Обоснована эффективность управления потоками реактивной мощности в электрических сетях НДП с помощью электромеханических комплексов с синхронными двигателями и тиристорным возбуждением [11].

Проведен комплексный сравнительный анализ технических характеристик и функциональных возможностей электрических сетей НДП и питающих энергосистем различной структуры с выявлением закономерностей, позволяющих осуществлять информационно-управляющее взаимодействие для интеллектуальных электрических сетей [5, 6].

Обоснована эффективность управления структурой интеллектуальной энергетической системы с использованием средств быстродействующего автоматического ввода резерва (БАВР) тиристорных систем автоматического ввода резерва (ТАВР) и систем цифрового управления потоками реактивной мощности [1, 2, 11].

Разработана методология и обоснована структура и параметры систем информационно-управляющего взаимодействия интеллектуальных электрических сетей энергосистемы и сетей НДП, обеспечивающих управление потреблением энергии в нормальных и экстремальных режимах при условии бесперебойности энергоснабжения объектов первой и особой группы первой категории НДП, минимизации энергозатрат и повышения энергоэффективности [9]. Теоретически обоснован и практически реализован комплекс мероприятий по организации режимного взаимодействия между централизованной энергосистемой и потребителями НДП путем оптимизации режимов работы оборудования, режимов потребления активной и реактивной мощности, уровней напряжения, автоматизации управления нагрузками с применением локального и дистанционного управления и использования комплекса автоматизированного сбора данных по электропотреблению и мощности [6, 12].

Разработана структура и методика выбора основных параметров системы гарантированного энергоснабжения НДП с использованием источников аварийного энергоснабжения (ИАЭ), функционирующих на основе альтернативных возобновляемых источников энергии, позволяющей избежать возникновения аварийных ситуаций и нарушения непрерывности технологического процесса с учетом выявленной длительности провала напряжения, при которой нарушается устойчивая работа электродвигателей технологического оборудования [12].

Для эффективного управления режимом напряжения в условиях НДП разработан алгоритм функционирования блока автоматического регулирования (БАР) коэффициента трансформации силового трансформатора, основанный на выборе определяющего режим напряжения присоединения с помощью методов теории нечеткой логики, включая обработку лингвистически сформулированных экспертных знаний с помощью нечеткого контроллера [10]. Формирование базы знаний на основе нечетких правил и экспертных оценок позволяет более эффективно и объективно анализировать различные параметры и факторы, характеризующие режим напряжения электрической сети.

Контролировать совместное функционирование основных элементов интеллектуальной энергосистемы и обеспечивать их информационно-управляющее взаимодействие должна специализированная система управления.

На рис. 2 приведена обобщенная структура системы управления интеллектуальной энергосистемы НДП (РПН – устройство регулирования напряжения под нагрузкой; СУ – система управления; АСУ ИЭС – автоматизированная система управления интеллектуальной энергосистемой; ИП – индикатор повреждений; ДТ, ДН – соответственно датчики тока и напряжения; ПККЭ и ПКЭН – соответственно приборы контроля качества электрической энергии и энергопотребления).

Все указанные основные элементы интеллектуальной энергетической системы на протяжении последних десяти лет прошли успешное внедрение на ведущих нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях РФ.

Активные системы коррекции формы кривых тока и напряжения на основе параллельных активных фильтров и комплексные системы контроля качества электрической энергии внедрены на месторождениях ОАО «Оренбургнефть» ОАО «ТНК-ВР» [8–10]. Разработаны системы гарантированного энергоснабжения и быстродействующие устройства автоматического ввода резерва для условий месторождений ООО «РН-Юганскнефтегаз» ОАО «НК «Роснефть» [1]. Автоматизированные системы контроля и учета энергопотребления и системы автоматизированного управления электроснабжением внедрены на месторождениях ОАО «Татнефть» и на объектах ООО «ПО Киришинефтеоргсинтез» [5, 6]. Ряд мероприятий по организации режимного взаимодействия между централизованной энергосистемой и потребителями электроэнергии внедрен на месторождениях ОАО «Татнефть» [5].

Экономический эффект от применения основных компонентов интеллектуальной энергетической системы составляет в среднем от 0,5 до 3 миллионов рублей в год в зависимости от количества внедренных элементов и параметров электрических сетей нефтедобывающего предприятия

Литературы

1. Абрамович Б.Н., Устинов Д.А., Поляков В.Е. Динамическая устойчивость работы установок электроцентробежных насосов // Нефтяное хозяйство. 2010. № 9. С. 104 – 106.
2. Абрамович Б.Н., Медведев А.В., Старостин В.В., Муратбакеев Э.Х. Минимизация ущерба при добыче нефти из-за кратковременных перерывов электроснабжения // Промышленная энергетика. 2009. № 7. С. 25 – 28.
3. Абрамович Б.Н., Виноградов И.В., Грин А.В., Лозовский С.Е., Сергеев А.М. Проблемы проектирования подстанций, систем контроля качества электроэнергии, и учета энергопотребления на горных предприятиях // Наука в СПГГИ(ТУ). Сборник научных трудов. СПб.: СПГГИ(ТУ), 1998. Выпуск 3. С. 57 - 61.
4. Абрамович Б.Н., Лозовский С.Е., Тарасов Д.М. Практические вопросы поддержания режима напряжения на предприятиях по добыче, транспортировке и переработке нефти и газа // Энергетика в нефтедобыче. 2003. № 1. С. 8 – 11.
5. Евсеев А.Н. Режимное взаимодействие между энергосистемой и потребителями электроэнергии нефтегазодобывающего комплекса. СПб.: Нестор, 2006. 152 с.
6. Хачатурян В.А. Основы применения интеллектуального анализа данных в задачах управления электроснабжением предприятия // Записки Горного института. 2001. Т. 151. С. 111 – 115.
7. Абрамович Б.Н., Сычев Ю.А., Лозовский С.Е., Тарасов Д.М. Комплекс автоматической минимизации искажений кривых тока и напряжения в сетях предприятий цветной металлургии // Цветные металлы. 2008. № 12. С. 72 – 76.
8. Абрамович Б.Н., Полищук В.В., Сычев Ю.А. Система контроля и повышения качества электрической энергии в сетях предприятий минерально-сырьевого комплекса // Горное оборудование и электромеханика. 2009. № 9. С. 42 – 47.
9. Абрамович Б.Н., Медведев А.В., Старостин В.В., Полищук В.В., Сычев Ю.А. Проблема обеспечения электромагнитной совместимости конденсаторных установок и активных фильтров в сетях нефтепромыслов // Нефтяное хозяйство. 2010. № 4. С. 112 - 114.
10. Абрамович Б.Н., Медведев А.В., Старостин В.В., Аболемов Е.Н., Полищук В.В., Сычев Ю.А. Промышленные испытания активного фильтра в промысловых сетях ОАО «Оренбургнефть ТНК-ВР» // Промышленная энергетика. 2008. № 10. С. 42 – 46.
11. Абрамович Б.Н., Кабанов С.О., Круглый А.А., Сергеев А.М., Устинов Д.А. Возбуждение и устойчивость электромеханических комплексов с синхронными двигателями. СПб.: Издательство СПбГПУ, 2010. 128 с.
12. Поляков В.Е., Сычев Ю.А., Махалин А.Н. Обеспечение бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей на предприятиях нефтедобычи при наличии нелинейной нагрузки // Научно-практическая конференция «Геоэкологические и инженерно-геологические проблемы развития гражданского и промышленного комплексов города Москвы». Сборник материалов конференции. Москва: РГГРУ, 2008. С. 255 – 256.