автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Энергоэффективные электроприводы газоперекачивающих агрегатов газопроводов на базе интеллектуальных систем управления и мониторинга

На правах рукописи

КРЮКОВ Олег Викторович

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ ГАЗОПРОВОДОВ НА БАЗЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И МОНИТОРИНГА

Специальность 05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 8 МАР 2015

Нижний Новгород - 2015

005560851

Работа выполнена в ОАО «Гипрогазцентр»

Научный консультант: - Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО "Московский государственный машиностроительный университет" ОНИЩЕНКО Георгий Борисович

Официальные оппоненты: - Доктор технических наук, доцент,

начальник лаборатории регулируемого электропривода ДАЭП ОАО «НИПТИЭМ» ВИНОГРАДОВ Анатолий Брониславович

- Доктор технических наук, с.н.с., доцент, профессор кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

ЗЮЗЕВ Анатолий Михайлович

- Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой электропривода ФГБОУ ВПО "Липецкий государственный технический университет" МЕЩЕРЯКОВ Виктор Николаевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный

энергетический университет им. В.И. Ленина»

Защита состоится " 15 " мая 2015г, на заседании диссертационного совета Д 403.005.01 при ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ», 107078, РФ, г. Москва, Хоромный тупик, дом 4, строение 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 403.005.01 на базе ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ».

Автореферат разослан " 02 " марта 2015г.

Ученый секретарь (

диссертационного совета, к.в.н., двдент

инчук А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Природный газ на сегодняшний день является главным топливным элементом энергетического комплекса России и большинства экономически развитых стран Европы и всего мира. На его долю приходится более 22% объемов потребления всех видов источников с опережающей динамикой роста до 2050 года. Это обусловлено тем, что из всех ископаемых источников природный газ является самым экономичным, экологически чистым и удобным потребителю видом топлива в длительной перспективе. В 2011 году, согласно статистике, достигнут рекордный прирост объемов запасов газа в ОАО «Газпром» за счет геологоразведочных работ - 719,8 млрд. м3, что больше уровня добычи на 40,3 %.

Общеизвестно, что сэкономить тонну условного топлива даже без учета экологической нагрузки в несколько раз дешевле, чем добыть. В этой связи в отрасли принят ряд нормативных документов по обеспечению бережного и максимально эффективного использования природных ресурсов, а также Концепция по энергоэффективности газотранспортных систем (ГТС).

В качестве приводов газоперекачивающих агрегатов (ГПА) на компрессорных станциях (КС) ГТС используются газомотокомпрессоры, газотурбинные и электроприводные ГПА (ЭГПА). Именно ЭГПА являются наиболее перспективными на КС, что обусловлено их преимуществами: низкие капитальные и эксплуатационные затраты, высокие энергетические показатели в совокупности с высокой надёжностью и экологичностью.

Развитие теории и практики ЭГПА, включая частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) прошло большой путь совершенствования аппаратной базы и технологий электромашиностроения, силовой полупроводниковой и микропроцессорной техники, а также вкладом, который внесли ведущие ученые - Белоусенко И.В., Виноградов А.Б., Ершов М.С., Зюзев A.M., Козярук А.Е., Мещеряков В.Н., Онищенко Г.Б., Титов В.Г., Шакаряп Ю.Г. и др. из отраслевых НИИ, НПО и ВУЗов - ВНИИГАЗ, ВНИИЭМ, НИПОМ, НИПТИЭМ, НИУ «МЭИ», НМСУ «Горный» (СПб), РГУНГ им. И.М. Губкина, МАМИ, УрФУ (УПИ), НГТУ и других. Однако, несмотря на полувековую историю, инновационные исследования по энергоэффективности, экологичности и надёжности работы ЭГПА на КС магистральных газопроводов (МГ) продолжаются и сегодня.

Вместе с тем, вопросам системного анализа рациональных систем частотно-регулируемых ЭГПА, систем управления, мониторинга и автоматизации в рамках КС и линейных участков (ЛПУ) МГ уделяется недостаточное внимание. Для ЭГПА в настоящее время в основном еще используются неэкономичные нерегулируемые системы с асинхронными и синхронными машинами. При работе в режимах регулирования газоподачи и -пуска используются морально устаревшие и неэкономичные способы управления, перепускные клапаны и гидромуфты, а также реакторные уст-

ройства запуска агрегатов. Данные устройства решают только локальные задачи, не обеспечивая комплекса проблем энергоэффективности и надежности.

Цель диссертационной работы заключается в теоретическом обосновании, разработке и исследовании энергоэффективных систем частотно-регулируемого электропривода газоперекачивающих агрегатов, обеспечивающих реализацию интеллектуальных принципов управления, повышение экономической эффективности транспорта газа, оперативную диагностику и прогнозирование технического состояния на базе применения микропроцессорных средств и отличающихся комплексным подходом к решению задач энергосбережения и автоматизации компрессорных станций.

В связи с поставленной целью решаются следующие задачи работы:

1. Анализ технического состояния парка ЭГПА на компрессорных станциях магистральных газопроводов с выработкой основных требований к частотно-регулируемому электроприводу и системе автоматизации.

2. Исследование режимов работы и взаимодействия ЭГПА в рамках технологически связанных электроприводов компрессорных станций и математическое моделирование их динамических режимов.

3. Разработка алгоритмов управления ЭГПА, наиболее полно учитывающих характер стохастических процессов в магистральных газопроводах и структурно-параметрический синтез оптимизированной архитектуры системы управления электроприводных газоперекачивающих агрегатов.

4. Разработка методологии и аппаратно-программных средств оперативного мониторинга и прогнозирования технического состояния электроприводов газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций.

5. Системная оптимизация работы электроприводных компрессорных станций с целью минимизации энергопотребления в рамках линейных участков магистральных газопроводов.

6. Технико-экономический анализ и обоснование проектов модернизации и нового строительства газопроводов с частотно-регулируемыми системами ЭГПА и формирование зон благоприятного внедрения энергоэффективных электроприводных компрессорных станций.

Методы исследования:

Для теоретических исследований использовались: теория электрических машин переменного тока, теория вероятностей и математической статистики, теория планирования эксперимента, теория автоматического управления и регулирования, дискретно-операторный метод моделирования и синтеза регуляторов, теория технической диагностики, математический аппарат нечеткой логики. Экспериментальные исследования проводились в компрессорных цехах и опытных образцах на КС с помощью современной измерительной аппаратуры и средств автоматизации обработки результатов эксперимента. Исследования динамических режимов и анализ регрессионных уравнений проводились методами математического моделирования с привлечением современных компьютерных программных продуктов, в частности, пакетов ПО МаЛсаё и МаЛ1аЬ.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов обеспечены строгими математическими доказательствами, выполненными в ходе исследований или экспериментальной проверкой, подтверждены сопоставлением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными путем моделирования или натурных испытаний с последующим внедрением разработанных методов и методик в практику проектирования систем электроприводов, а также при технической экспертизе по существу новизны патентов на изобретения. Полученные результаты согласуются с современными научными представлениями и данными, полученными при обзоре отечественных и зарубежных информационных источников, и подтверждаются оригинальными исследованиями автора и их представительным обсуждением на научных конференциях международного и отраслевого уровней, при публикациях в научных изданиях. Основные технические решения внедрены на объектах.

Научная новизна:

1. Теоретически обоснованы методы и целесообразность применения высоковольтных частотно-регулируемых электроприводов ЭГПА, обеспечивающих выполнение заданных показателей качества технологического процесса компримирования газа, надежную и энергоэффективную работу КС.

2. Предложен метод математического описания и имитационного моделирования стационарных и динамических процессов работы ЭГПА, как объекта технологически связанного частотно-регулируемого электропривода.

3. В рамках теории планирования эксперимента на основе теории вероятностей и методов математической статистики разработан метод получения совокупности регрессионных уравнений для адекватного задания скорости вращения ЭГПА, позволяющий автоматически контролировать влияние основных стохастических возмущений на работу агрегатов КС.

4. Научно обоснован метод структурно-параметрического синтеза замкнутых комбинированных САР стабилизации давления газа ЭГПА, компенсирующий воздействия основных метеорологических и технологических стохастических возмущений на работу КС.

5. Предложен метод, имитационные модели и алгоритмы описания ЭГПА как объекта диагностирования, основанные на нейро-нечеткой идентификации и позволяющие с единых методологических позиций адекватно и оперативно прогнозировать техническое состояние элементов ЧРП ЭГПА.

6. Теоретически обоснован новый способ оптимизации магистрального транспорта газа, позволяющий минимизировать энергопотребление на его перекачку электроприводными КС в соответствии с факторами режима, энергии и цели.

Авторские права на новизну положений защищены 10 патентами РФ.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Классификация ГПА и систематизация параметров технического состояния парка ЭГПА, работающих на компрессорных станциях магистральных

газопроводов, а также совокупность требований и факторов энергоэффективности технических решений при модернизации ЭГПА.

2. Концепция, оптимальный состав оборудования и рациональные структуры энергосберегающих систем частотно-регулируемого электропривода ЭГПА, обеспечивающих совместимость с характеристиками нагнетателей, согласованную технологически связанную работу агрегатов в рамках компрессорных станций в стационарных и динамических режимах.

3. Методы расчета и исследования регрессионных алгоритмов мультипроцессорного управления ЧРП ЭГПА в условиях действия стохастических возмущений, а также принципы построения структур комбинированных (инвариантных) САР давления газа, обеспечивающих компенсацию этих возмущений и стабилизацию выходных параметров газа.

4. Методы анализа эксплуатационных факторов повреждаемости ЭГПА и синтеза алгоритмов оперативного мониторинга и прогнозирования его технического состояния на основе нейро-нечеткой идентификации элементов частотно-регулируемого электропривода и интеллектуальных датчиков.

5. Принципы и способы системной оптимизации работы электроприводных КС с целью минимизации энергопотребления установок линейных участков магистральных газопроводов в рамках синтезированной модели теплоэнергетической системы, включающей ЭГПА, аппараты воздушного охлаждения газа и ЛПУ газопровода.

6. Результаты технико-экономического анализа и обоснования модернизации и нового строительства газопроводов с ЧРП ЭГПА и рекомендации по зонам благоприятного внедрения энергоэффективных электроприводных КС.

Практическая ценность

1. Сформулированные и теоретически обоснованные в работе факторы энергоэффективности инновационных решений при модернизации ЭГПА в качестве Программы перспективного развития ЭГПА переданы в рамках НИР для использования в новых проектах ЧРП ЗАО «РЭПХ» в 2012 году.

2. Синтезированная модульная архитектура инвариантной системы ЧРП ЭГПА и отдельные схемные решения обладают высокой степенью универсальности, что позволяет использовать их для различных объектов и агрегатов с решением большого круга задач управления и регулирования.

3. Разработанный комплекс алгоритмов и программ регулирования, управления и мониторинга ЧРП ЭГПА представляет собой законченный продукт и может быть тиражирован и интегрирован в ПО АСУ ТП с мощными компрессорными агрегатами.

4. Разработанные структурные схемы и нейро-нечеткие алгоритмы интеллектуальных датчиков для задач оперативного мониторинга и прогнозирования состояния позволяют расширить функциональные возможности мониторинга и снизить затраты на эксплуатации ЭГПА.

5. Проведенные в работе технико-экономические исследования благоприятных зон территории РФ для внедрения ЧРП ЭГПА при реконструкции, модернизации и новом строительстве компрессорных станций магистральных га-

зопроводов позволяют определить газотранспортным предприятиям приоритеты по инвестиционному планированию работ.

6. Опытно-промышленные образцы систем ЭГПА, спроектированные с учетом выводов и результатов работы, могут быть тиражированы на различных дочерних предприятиях ОАО «Газпром» и в профильных учебных лабораториях ВУЗов.

Реализация результатов работы.

Результаты работы использованы при проектировании ЭГПА на КС «Карталинская» (ЛПУМГ «Бухара-Урал» ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург»), КС «Починковская» и КС «Сеченовская» (ЛПУМГ «Уренгой-Ужгород» и «Ямбург-Елец» ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород»), Кроме того, отдельные положения и результаты диссертации использованы при создании новых частотно-регулируемых ЭГПА ЗАО «РЭПХ» (СПб) и ООО "Электротяжмаш-Привод" (г. Лысьва), реализованы в щитовом электрооборудовании ООО «ПРОТОН ЭЛЕКТРО СЕРВИС», а также в учебном процессе НГТУ им. P.E. Алексеева и других ВУЗов России.

Апробация работы

Основные положения, результаты, выводы и рекомендации диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительные отзывы на следующих Международных научно-технических конференциях: I-VI Международных (XII-XVIII Всероссийских) конференциях по автоматизированному электроприводу (СПб-1995, Ульяновск-1998, Н.Новгород-2001, Маг-нитогорск-2004, СПб-2007, Тула-2010, Иваново-2012); VII-XV Международных научно-технических конференциях «Электроприводы переменного тока» (Екатеринбург, УПИ- УрФУ, 1986-2012гг.); V-XVI Международных научно-технических конференциях "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (Бернадосовские чтения), Иваново, ИГЭУ, 1991-2013гг.; VIII-XI Международных симпозиумах "Интеллектуальные системы (INTELS)", МГТУ им. Н.Э. Баумана (Н.Новгород-2008, Владимир-2010, Вологда-2012, РУДН-Москва-2014); IV-V Международных научно-технических конференциях "Газотранспортные системы: настоящее и будущее (GTS)", ВНИИГАЗ, Москва, 20112013гг.; XIII-XX Международных научно-технических конференциях "Информационные системы и технологии", ИРИТ НГТУ им. P.E. Алексеева, Н.Новгород, 2007-2014гг.; XVIII Всероссийской научно-технической конференции "Неразрушающий контроль и техническая диагностика", РОНКТД, Н.Новгород, НГТУ, 2008г.; XV, XIX-XX Международных научно-технических конференциях "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика", Украина (Крым, Алушта-2008, Крым, Николаевка-2012, Алушта-2013); XII-XIV Международных научно-технических конференциях "Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты", МЭИ, Алушта, 2008-2012гг.; XI-XII "Всемирных электротехнических конгрессах", ВЭИ, Москва, 2005, 2011гг.; Международных научно-технических конференциях ИПУ РАН им. В.А. Трапезникова ("AITA-2011", "SICPRO-2012", "УКИ-2012", "МКПУ-2013", XII "ВСПУ-2014"), Москва, 2011-

2014 гг.; Секциях НТС «Энергетика», «Транспортировка и ПХГ» и «Охрана окружающей среды. Энергосбережение» ОАО «Газпром» и ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Москва, 2011-2014гг. Региональных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы электроэнергетики", ИНЭЛ НГТУ им. P.E. Алексеева, Нижний Новгород, декабрь 1984-2013 гг.

Публикации. По теме и материалам диссертации опубликовано более 200 работ, основное содержание изложено в 34 статьях в периодических журналах, рекомендованных ВАК, 11 статьях в иностранных реферируемых журналах (в системе цитирования Scopus), 10 патентах и 8 монографиях.

Личное участие автора выражается в разработке принципов построения и применения высоковольтных многоуровневых преобразователей частоты для регулирования скорости электроприводных газоперекачивающих агрегатов магистрального транспорта газа с использованием интеллектуальных систем управления и мониторинга: определение факторов энергоэффективности технических решений, обеспечение совместимости характеристик приводов и нагнетателей, оптимизация по энергетическим показателям в рамках инвариантных САУ, применение методов нейро-нечеткой идентификации для прогнозирования состояния оборудования, синтеза модели линейного участка газопровода и технико-экономический анализ целесообразности внедрения.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 312 страниц, 123 рисунка, 36 таблиц, 162 формулы, а список литературы включает 139 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, значимость и масштабность ее для газотранспортных систем России, сформулированы цель и основные задачи работы, научная новизна, основные защищаемые положения и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе «Особенности КС с ЭГПА» рассмотрены современные тенденции и перспективы развития ГТС России и производственных технологий дальнего транспорта газа из районов Крайнего Севера и Сибири в густонаселенные территории РФ, Европы и АТР. Обоснована необходимость перехода газовой отрасли от экстенсивного к интенсивному пути дальнейшего развития с приоритетами повышения энергоэффективности, надежности и экологичности ГТС. Это возможно путем комплексных исследований функциональных возможностей применения новой газоперекачивающей техники и IT-технологий управления агрегатами магистрального транспорта газа на основе комплексного анализа работы КС. Для этого необходима единая парадигма разработки с теоретически обоснованными методами формализации, синтеза и анализа основных технологических агрегатов КС.

В настоящее время магистральный транспорт газа в России характеризуется значительными расстояниями (в среднем до 3000-5000 км),

разнообразием горно-геологического рельефа трасс, включая активные тектонические разломы и водные преграды рек и морей, а также разнообразные метеорологические условия. Кроме того, сегодня практически для всей Единой системы газоснабжения (ЕСГ) РФ характерны неравномерные режимы перекачивания газа с сезонными, помесячными и посуточными графиками.

Для уменьшения затрат мощности КС на перекачку газа, увеличения пропускной способности МГ и экономии энергоресурсов выгодно поддерживать номинальное давление газа в трубопроводе, снижать температуру перекачиваемого газа до оптимального уровня и использовать МГ большего диаметра с периодической очисткой внутренних полостей. Анализ современных систем дальнего транспорта газа и структур КС МГ показал, что основным каналом оперативного регулирования параметров и обеспечения эффективного воздействия на технологические параметры ГТС являются газоперекачивающие агрегаты (нагнетатели) с приводами различного типа.

На начало 2013 года в состав ЕСГ ОАО «Газпром» входило 17 газотранспортных предприятий (обществ), обеспечивающих эксплуатацию 168,3 тыс. км МГ и отводов (причем, с трубами 0 1420 мм - 49 тыс. км). В составе 222 КС в эксплуатации сегодня находится 3738 ГПА суммарной мощностью 43,87 млн. кВт. Анализ показателей, характеризующих работу ЕСГ страны сегодня, говорит о значительном износе, снижении технического состояния и производительности основных агрегатов КС. Средний возраст газопроводов ЕСГ России составляет 22 года, большая часть которых (около 80 %) имеет возраст от 15 до 40 лет. Кроме того, статистика отказов ГПА свидетельствуют о необходимости предотвращения дальнейшего снижения технического состояния и производительности основного оборудования объектов ЕСГ, повышения основных эксплуатационных показателей и снижения энергозатрат при транспорте газа. Эти результаты могут быть достигнуты только за счет реконструкции, модернизации и оптимизации режимов эксплуатации основного газоперекачивающего оборудования.

Весь разнообразный парк техники ГПА, сложившийся на предприятиях ОАО «Газпром» на протяжении 60 лет, можно условно классифицировать по 4 признакам: типу нагнетателя природного газа, структуре и количеству ступеней компримирования, номинальному давлению газа на выходе КС, а также типу и параметрам энергопривода (рис.1). Основными типами приводов ГПА являются: газотурбинные и электроприводные на базе электрических машин переменного тока мегаваттного класса. Сегодня в ОАО «Газпром» России общая доля газотурбинных приводов составляет 85,3 %, а электроприводных - 14,1 %.

В диссертации аргументированно доказано, что технические характеристики современных ЧРП имеют существенные преимущества по сравнению с альтернативными вариантами газотурбинных ГПА, особенно в энергопрофицитных регионах страны. Все доводы в пользу газотурбинных или иных видов привода относятся к внешним конъектурным и субъективным факторам, включая, главным образом, перекосы тарифной политики. Это обусловлено неоспоримыми достоинствами частотно-регулируемого электропривода ГПА:

ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЕ АГРЕГАТЫ КС

По типу нагнетателя

поршневые

* центробежные

нерегулируемые

По ступеням компрессора

По выходному давлению

► 1-ступенчатые

► многоступенчатые

* комбинированные

винтовые

5,5 МПа

7,5 МПа

8,3 МПа

По типу энергопривода

газотурбинные

авиационные

на базе ДВС

9,8 МПа

► 12 МПа

■ нерегулируемые

■ регулируемые редукторные синхронные

• асинхронные

Рис. 1. Классификация современных ГПА.

1. Точная и быстрая отработка технологических режимов МГ с высокими энергетическими показателями.

2. Предельно высокий и неизменный при регулировании скорости КПД машин переменного тока в ЧРП (до 95-98%) в сравнении с 28-36 % ГТУ.

3. Высокая надежность работы со средней наработкой на отказ до 40000 ч (4,5 года) и практически без необходимости сервисного обслуживания.

4. Первоначальные капитальные затраты на электропривод в 3-9 раз ниже показателей ГТУ и авиационных двигателей при простоте блочного монтажа.

5. Затраты на ТОиР составляют 4 % эксплуатационных затрат (в безмасляных, безредукторных - еще ниже), трудоемкость ремонтов ниже в 1,5-2 раза.

6. Компактность новых конструкций ЭГПА и отсутствие маслохозяйства.

7. Экологичность работы при полном отсутствии выбросов СОх и МОх в атмосферу и низкий уровень шума и вибраций.

ЭГПА эксплуатируется сегодня на 91 КС в 14 обществах ОАО «Газпром». Существующий парк ЭГПА в ОАО «Газпром» за последние 5-7 лет изменился незначительно (рис.2)

эгпа-25рч эгп а-4.0/8200

2,1% 0,6% Рис. 2. Относительное распределение ЭГПА

по

■ стд 4000-2

■ стм-4000-2

■ аз-4500-1500

■ эгпа-ц-6,3

■ стд-12500

■ эгпа-2-12,5 Я эгпа-25рч

эгпа-4.0/8200 эгпа-6,3/8200

моделям.

Основу парка составляют синхронные машины мощностью 4 и 12,5 МВт, общее количество которых составляет около 94 % всех ЭГПА. Установки типа ЭГПА-4,0/8200 и ЭГПА-6,3/8200 представляют новое поколение частотно-регулируемой электроприводной газоперекачивающей техники, внедренной в двух ДО ОАО «Газпром». Безусловными лидерами в этом отношении являются ООО «ГПТГ Москва» (144 ЭГПА, Ру„ =1365,5 МВт или 24 % общей Руст) и ООО «ГПТГ Н.Новгород» (128 ЭГПА, Руст =1537,5 МВт или 27 % общей Руст). Причем, в ООО «ГПТГ Н.Новгород» количество ЭГПА составляет более 50 % всех ГПА КС или 17,6 % всех ЭГПА ГТС ОАО «Газпром» (рис. 3).

■ 7,26%

□ ООО "ГП ПХГ" И ООО "ГПТГ Волгоград"

□ ООО "ГПТГ Махачкала" □ ООО "ГПТГ Нижний Новгород"

■ ООО "ГПТГ Ставрополь" И ООО "ГПТГ Санкт-Петербург"

в ООО "ГПТГ Москва" □ ООО "ГД Оренбург"

■ ООО "ГПТГ Самара" II ООО "ГПТГ Ухта"

Р ООО "ГПТГ Сургут" И ООО "ГПТГ Томск"

■ ООО "ГПТГ Екатеринбург" ■ ООО "ГПТГ Саратов"

Рис.3. Относительное распределение ЭГПА по обществам.

Представлены современные требования к ЧРП ЭГПА, системам автоматического управления и диагностики технического состояния привода и выработаны 12 факторов энергоэффективности технико-технологических решений при модернизации ЭГПА.

Вместе с тем, даже в этих вариантах ЭГПА не решен комплекс актуальных проблем реализации теоретических разработок, обеспечивающих надежную и оптимальную работу ЭГПА в условиях КС:

• по внедрению новой техники:

1. устройств плавного запуска под нагрузкой или из горячего состояния в режимах скалярного, векторного частотного или квазичастотного пуска;

2. ЧРП с инвариантными САР скорости высоковольтного двигателя для стабилизации давления газа на выходе в условиях действия внешних возмущений;

3. средства обеспечения устойчивой работы двигателя с контролем угла нагрузки машины в бездатчиковой САР с векторным управлением;

4. магнитный подвес валов и роторов высокоскоростных двигателей и нагнетателей в едином конструктиве в безмасляных и безредукторных системах;

5. системы "on-line" мониторинга и прогнозирования состояния ЭГПА средствами Fuzzy-logic с переходом к ТОиР по фактическому состоянию техники;

6. средства обеспечения электромеханической и электромагнитной совместимости двигателей с ГПА и питающей сетью при параллельной работе;

7. реконструкция систем электроснабжения с применением инновационных ЗРУ-ЮкВ, микропроцессорных РЗиА и комбинированных энергоисточников;

• по внедрению новых технологий:

1. реализация новых методик расчета оптимальных параметров давления, температуры и расхода газа для новых и модернизируемых ЭГПА на базе анализа реальной работы нагнетателей как объектов частотно-регулируемого электропривода;

2. согласование рабочих параметров основного и вспомогательного технологического оборудования КС (нагнетателей, аппаратов воздушного охлаждения газа, масла и т.п.) с целью минимизации энергопотребления в рамках каждого компрессорного цеха;

3. согласование режимов работы соседних компрессорных цехов с целью оптимизации энергопотребления в рамках газотранспортного предприятия или ЛПУ при различных параметрах газоподачи и газопотребления;

4. переход к малолюдным технологиям КС путем реализации автоматизированных систем оперативно-диспетчерского управления, систем контроля принятия решений и т.п.;

5. снижение экологической нагрузки на природу путем уменьшения выбросов парниковых газов, отработанных масел, вибро- и шумовых характеристик, а также нагрузки противопожарных систем из-за исключения маслохозяйства.

Во второй главе рассматриваются «Режимы работы и математическое моделирование ЭГПА».

Все магистральные газопроводы проектируются исходя из 3 расчетных режимов: зимний, летний и межсезонный, которые априори считаются

стационарными с номинальными параметрами производительности, давления и температуры перекачиваемого газа на каждой компрессорной станции. Однако с течением времени в результате развития структуры ЕСГ РФ, появления новых крупных источников и потребителей газа, изменения объемов добычи и потребления величина и даже направление газопотоков могут значительно изменяться. Поэтому режимы работы МГ и особенно производительность его нагнетателей на отдельных участках могут существенно отличаться от расчетных. Это приводит в росту энергоемкости транспорта газа, которая существенно влияет на его себестоимость у потребителей.

Кроме того, причиной возникновения нерасчетных режимов является непроектное давление и температура газа на входе в систему и изменение расходов у потребителей, которые изменяются случайным образом. Как правило, снижение начального давления МГ служит причиной снижения его производительности и увеличения удельной энергоемкости. К этому следует добавить изменения по составу и характеристикам производственных мощностей, неудовлетворительное состояние оборудования КС, значительные колебания за последние годы метеорологических факторов по сравнению с расчетными и неоптимальное управление, включая нештатное распределение нагрузки между соседними КС.

Газодинамические исследования, проведенные на четырех из 94 аналогичных нагнетателей 235-21-1, имеющих суммарную установленную мощность 1,175 млн. кВт (19,5% всего парка ЭГПА ОАО "Газпром"), показали, что их реальные газодинамические характеристики приводит к перерасходу электроэнергии на 8-45% по сравнению с штатной работой в номинальном режиме. Это объясняется, в частности, начальным несогласованием характеристик компрессоров и гидравлических характеристик сети МГ, а также снижением производительности ГТС по сравнению с проектом.

При анализе характеристик нагнетателей и их влияние на привод (зависимости степени сжатия е, политропического КПД (г|ПОл) и удельной приведенной мощности (^//рн)пр. от приведенного объемного расхода газа (2пР) в соответствии с уравнениями Клапейрона-Менделеева определены политропический КПД г|П01 и приведенная внутренняя мощность нагнетателя (п] _ п крЯ„рГпр \ ( / у

которые, несмотря на различие характеристик, условий работы и особенностей режимов отдельных МГ, определяют нагрузочные свойства для приводных электродвигателей ЭГПА.

При разработке и модернизации систем электропривода ГПА следует также учитывать, что каждой скорости вращения соответствует определенная критическая производительность компрессора, ниже которой возникает неустойчивый помпажный режим. Однако частотное регулирование скорости электропривода вниз от номинальной приводит к сокращению зоны помпажа.

Как свидетельствуют результаты комплексных испытаний и сопоставление характеристик нагнетателей 235-21-1 и 235 СПЧ 1,32/76 - 5000 ЭГПА по температуре и по потребляемой мощности, эффект от установки новой низконапорной проточной части для одного компрессора обеспечивает: повышение КПД более 8-15%; рост производительности ЭГПА на 6-8%; снижение потребляемой мощности на 500-700 кВт.

Поскольку режим работы КС МГ практически определяется производительностью газопровода, главной задачей ЭГПА является необходимость при заданной газоподаче постоянно поддерживать номинальное давление газа на выходе КС независимо от влияния всех внешних возмущений детерминированной или стохастической природы. Системное решение этой задачи позволяет обеспечить оптимальную загрузку ЭГПА, минимальное энергопотребление и максимальную энергоэффективность линейных участков и КС МГ. Все это обуславливает необходимость внедрения комплекса современных инновационных энергосберегающих технологий и средств при реконструкции и модернизации, а также при новом строительстве электроприводных КС.

Центральным элементом любого ЭГПА является высоковольтная электрическая машина переменного тока мегаваттного класса. Именно ее энергетические и динамические характеристики, функциональные возможности, надежность и ресурс эксплуатации определяют технико-экономические показатели ЭГПА в целом, а все современные электродвигатели являются частными случаями реализации "обобщенной машины переменного тока" или "двигателя двойного питания". Сопоставлены преимущества и недостатки ЭГПА на базе асинхронных и синхронных машин мегаваттного класса при работе на компрессорную нагрузку по критериям энергоэффективности, надежности, способов регулирования скорости вращения и реактивной мощности, динамическим характеристикам и способам их реализации, а также массогабаритным, конструктивным и экономическим показателям. Таким образом, выбор типа приводного электродвигателя для ЭГПА носит итеративный характер и его следует выполнять в несколько этапов, исходя из особенностей конкретной КС.

При математической формализации ЧРП ЭГПА и записи в векторной форме системы уравнений Парка-Горева предполагалось, что приводной электродвигатель имеет вид идеализированной машины переменного тока на основе двухполюсной асинхронной машины, которая симметрична в электрическом и магнитном отношениях с синусоидальным распределением магнитного поля по периметру расточки статора. При этом энергия к машине в общем виде может подводиться (отводиться) через статорные и роторные цепи, образуя классические асинхронные (устойчивые по скольжению) и синхронные (устойчивые по углу нагрузки) машины.

Представлены результаты имитационного моделирования пусковых характеристик ЭГПА при использовании способов реакторного, мягкого и частотного пуска (рис. 4). При этом частотный пуск (в) осуществляется от высоковольтного преобразователя частоты (ПЧ) путем плавного увеличения частоты и напряжения в статорной обмотке от начального до номинального

значения по установленному закону и//=соп$1, и//~=сот1 за определенный интервал времени. В течение всего времени пуска ток поддерживается в пределах 0,54-И ,5 /„ом- При этом недостатки прямого и реакторного пусков отсутствуют. После завершения пуска ПЧ шунтируется контактным аппаратом, и ЭГПА продолжает работу напрямую от сети.

в)

Рис. 4. Переходные характеристики скорости (у), моментов (Ми Мс) способов запуска ЭГПА: а) реакторный, б) мягкий, в) частотный.

Кроме того, по сравнению с вариантами (а) и (б) частотный пуск обеспечивает меньшее искажение напряжения. Форма первичного тока мало отличается от синусоидальной. Максимальное значение провала и искажений напряжения в 5 раз меньше, чем при прямом или мягком пуске. Для рассмотренного примера с током КЗ в узле нагрузки 8 кА максимальное отклонение мгновенного напряжения составит лишь 0.07, что заведомо приемлемо для любых смежных электроприёмников.

Неидентичность характеристик отдельных компрессоров и двигателей ЭГПА в рамках компрессорного цеха (рис. 5) вызывает соответствующую неравномерность распределения нагрузок между ними. В случае параллельного включения технологически связанных электроприводов ЭГПА неравномерно нагруженных двигателей, они потребляют различные токи и, как следствие, развивают различные электромагнитные моменты (вплоть до перехода в зону помпажа или генераторный режим). Согласование нагрузок взаимосвязанного электропривода на оптимальном по энергетическим критериям уровне (при уменьшении их производительности) возможно двумя способами:

пропорциональным снижением скорости всех ЭГПА; снижением, но более значительным, скорости одного.

На примере двухцеховой электроприводной КС с 3 ЭГПА показано, что при снижении производительности МГ на 5% от номинала с помощью частотного регулирования скорости экономится до 1,05 МВт потребляемой мощности, а при 10% - уже более 1,74 МВт.

Оптимизации в общем случае подлежит суммарный расход электроэнергии на перекачку природного газа за счет правильного перераспределения нагрузки и расходов по отдельным трубопроводам при заданном давлении на входе и выходе ЦБН и заданном суммарном расходе. Формально критерий оптимальности можно записать в виде функционала:

к

У = тахр 2 ДАТ, (0 (щ), р, (со,), Я,.); (2)

при условии, что £ (¿{т) = Qz(cQl , со2,..., Ы0, р, - давление на выходе /-го нагнетателя; В, - вектор параметров /-го трубопровода; АН-,(()1(о)1,рьВ1) - зависимость экономии электроэнергии в /-ом трубопроводе в функции расхода, давления и параметров трубопровода.

В общем случае зависимости являются существенно

нелинейными, обладают экстремумами и являются оригинальными для каждой нитки газопроводов. Поэтому поиск оптимальных экстремумов производится методом наискорейшего спуска с определением оптимальных частот вращения ЭГПА и соответствующим им расходам газа. Полученные скорости вращения ЭГПА задаются программно в зависимости от суммарного расхода Q и давления р в трубопроводах.

В общем случае диапазон регулирования скорости вращения электропривода, в котором обеспечиваются оптимальные режимы согласования работы ЭГПА, невелик и составляет 1,4-1,45, что обеспечивается, например, серийными электродвигателями типа СТД-12500 с модифицированным ротором при его питании от высоковольтных преобразователей частоты.

Предложена концепция анализа работы ЭГПА при воздействиях стохастических возмущений 2 типов. Показано, что коэффициент вариации для большинства процессов случайного нагружения ЭГПА велик и составляет 0,4— 0,9; а энергетический частотный спектр их обычно заключен в диапазоне низких частот 0,01-4Гц. В этих условиях для автоматического задания параметров компримирования газа на оптимальном уровне предложен аппарат теории планирования эксперимента с получением регрессионных алгоритмов управления в зависимости от величин различных возмущений стохастического характера, распределенных по закону Райса (распределение Релея с q=2 и Гаусса с q=5).

В третьей главе «Структурно-параметрический синтез инвариантных ЭГПА» разработаны теоретические основы принципов построения САР ЭГПА со стабилизацией давления газа на выходе КС при учете стохастических возмущающих воздействий.

Предложен и запатентован новый способ оптимизации магистрального транспорта газа, обеспечивающий наивысшую энергоэффективность при любых режимах МГ (рис. 6). Это достигается тем, что температура и давление компримированного газа на выходе всех КС в начале каждого линейного участка МГ измеряются и автоматически регулируются из условия поддержания их на оптимальном уровне в соответствии с заданием и автоматической компенсацией внешних возмущений, действующих на параметры потока газа в газопроводах. При этом достигается минимум целевой функции, которая имеет следующий трехфакторный вид:

G = axR + px\V + yxC, (3)

где a, р и у - весовые коэффициенты, R - фактор «режима», т.е. минимизации (максимизации) давления в определенных точках ГТС, таких как любые точки, расположенные выше и ниже КС или регулирующего вентиля, а также устройства потребления газа, W - фактор «энергии» или минимизации потребления электроэнергии на компримирование газа и его охлаждение в ABO газа перед подачей в газопровод, С - фактор «цели», т.е. максимизации (минимизации) расхода газа на участке системы, расположенном между двумя точками МГ, или давления в определенной точке соединения.

Возмущающие воздействия

ре дю

1-Датчики измерения внешних воздействий

Ьад

рэад

2-Блок расчета

параметров регулирования

Mf.pBX.tBX

ГПА

0)з ад

АВО

Шзад

5-ДГ

3-ГПА 4-АВО

6-ДЦ

рвьк

кс:

Рис. 6. Структура энергоэффективного транспорта газа через электроприводную компрессорную станцию с датчиками измерения внешних воздействий (влажности воздуха р, температуры воздуха 0, перепада температур А/ или давлений Ар на КС, производительности 0 и датчиками реальных значений температуры газа (/вь|1) и давления (рвь|1), измеряемых соответственно в 5-ДТ и 6-ДД на выходе КС.

Оптимальная конфигурация активных объектов КС моделируется в виде программы Р оптимизации следующего вида:

Р= "<

С^ + р-е^з,-, . Се О) = ^ Е ■>

(4)

где д: е Я"е Я4,ее {0,1}, х - совокупность переменных расхода газа () и давления р, С(дг) - целевая функция, представляющая собой экономический критерий оптимизации, С/(х) - совокупность р линейных и нелинейных ограничений неравенства для активных объектов, /? - вектор, коэффициенты которого равны нулю или максимальным значениям ограничений, е - вектор двоичных переменных, Сь{х) - совокупность ц линейных и нелинейных ограничений равенства, 5 - переменная отклонения, ненулевое значение которой обозначает нарушение ограничения, а - коэффициент, соответствующий допустимой степени нарушения ограничений.

Для реализации данной энергоэффективной технологической схемы система ЭГПА должна быть частотно-регулируемой и инвариантной ко всем параметрам возмущениям детерминированного и стохастического характера и отрицательной обратной связью по давлению газа на выходе КС (рис. 7).

Данная комбинированная система, состоящая из САР по отклонению (давления газа) и САР по возмущению (стохастических возмущений), обеспечивает автоматизацию процесса компримирования газа до оптимального

стабильного давления в условиях случайных воздействий средствами инвариантной системы управления частотно-регулируемого ЭГПА. При этом решается искомая задача повышения точности отработки требуемой величины давления газа на выходе КС и стабилизации процесса компримирования газа средствами ЭГПА. Этому способствует строгое соблюдение параметров основного технологического процесса компримирования газа, что позволяет повысить производительность и надежность газопровода.

1

Рис. 7. Структура инвариантной системы ЧРП ЭГПА: 1 - внешние возмущения, 2 - датчики внешних возмущений, 3 - блок расчета скорости 4, 5 - задание, 6 -датчик скорости, 7 - регулятор, 8 - управление скоростью, 9 - ЧРП, 10 - ГПА, 11 - датчик давления газа на выходе КС 12, 13 - сумматор.

Для обработки экспериментальных данных используется модель линейной регрессии в матричном виде

7 = + (5)

где У - матрица выходных параметров системы (величины скорости вращения АЭП или технологических параметров); Х- матрица входных воздействий (параметров задания и внешних возмущающих воздействий); я - параметры механизма преобразований в системе; £ - матрица помех (неучтенных факторов).

Для определения математической модели САУ ЭГПА в виде линейной регрессии используется один из трех способов преобразований системы в соответствии с методом наименьших квадратов с получением искомых выражений в виде

к

у =ат+Ига, хI, (6)

7-1

которые можно использовать для расчета заданной скорости вращения приводного электродвигателя ЭГПА и обеспечения требуемого уровня компримирования природного газа на данной КС.

В соответствии с разработанным методом расчета регрессионных моделей, с использованием средств Mathwork MATLAB 7/11 и MathCAD 15.0.0.436 путём обработки исходных массивов данных получены алгоритмы задания текущей скорости вращения частотно-регулируемого ЭГПА. В результате численное уравнение линейной регрессии 4-го порядка имеет вид:

юл4= 17,102-Др + 55,048- 0-35,026 6-55,94- tr + 9,602. (7) Аналогично найдены линейные регрессионные уравнения для двухфак-торной модели, учитывающей влияние на процесс компримирования газа на КС со стабильными объемами перекачиваемого газа (Q ~ const, Ар ~ const) только оставшихся параметров (температура воздуха 9 и газа р):

сол2 = 20,38- tr + 28,55-0-50,23 . (8)

Кроме того, получены соответствующие регрессионные модели ЭГПА в нелинейной форме:

^=A(Apy{Q)\mQ)d, (9)

где А - коэффициент пропорциональности; а, Ь, с, d — показатели интенсивности каждого из возмущающих воздействий.

Результаты расчетов алгоритмов регрессий (7)-(9) сопоставлены путем моделирования на гистограммах (рис.8).

х25

■ шп

□ ш4

□ ш'4

200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

ш, рад/с

Четырёхфакторнаи модель

ШП

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

п

Рис. 8. Результаты сопоставления результатов моделирования 4-факторных регрессий (л - номер замера).

Анализ гистограмм показал, что линейная регрессия приводит к более точным результатам. Наибольшее отклонение соответствует 7-ой точке (25 %), для остальных точек относительное отклонение не превышает 20%.

Анализ полученных регрессионных алгоритмов с использованием средств и методов статистической обработки пакета МаЛсаё показал:

• график взаимокорреляционной функции подтверждает связь со, с внешними стохастическими возмущениями;

• нормальный закон распределения входных параметров, действующих на ЭГПА электроприводных КС без взаимовлияния;

• стохастические процессы являются стационарными и эргодичными;

• парный коэффициент корреляции Пирсона 2-факторных уравнений составил:

согг(со ,е) = 0.932 5 согг(со ,р) =-0.147 согг(б , р) = —0.32 ■

• дисперсии уровней каждого фактора подтверждают точность линейной регрессионной модели;

• при уровне значимости а=0.05 значение критерия Фишера для степеней свободы/\=/г=26 составляет менее 1.95, доказывая адекватность моделей. Для проверки адекватности разработанных выше регрессионных алгоритмов управления и стабилизации компримирования газа ЭГПА производилось моделирование технологических процессов в пакете БштИпк (рис. 3.11).

Параметры каналов управления ЧРП ЭГПА и обратной связи по выходному давлению газа задаются индивидуально под конкретные реализации КС газотранспортных систем и МГ.

> ОЩи-«)

. ПИ-регул ^ 1п1«дг||ог1

ВходПЧ пч-сд

' .122"

ОаМ 0з)п2 [□

ЭмреЮ

рН -1

□

Змре14

1, 28.151|

> I 14421

Рис. 9. Структурная схема имитационной модели САР ЭГПА с учетом действия стохастических возмущений.

Исходя из полученных результатов анализа устойчивости в контурах регулирования скорости ЭГПА, можно констатировать, что регуляторы микропроцессорных систем управления, синтезированные на основе регрессионных уравнений обеспечивают адекватное задание и точность поддержания регулируемых величин. Показано, что для реализации управления ЭГПА целесообразно использовать быстрое преобразование Фурье и Уолша в спектральной области с временем их расчета порядка (60-85)% всего времени

обработки. Открытость структуры и алгоритмов современных САУ ЭГПА позволяют реализовать их мультипроцессорными, с векторным принципом ориентации по вектору потокосцепления и с перенастройкой САР в зависимости от режимов работы и адаптивными алгоритмами САУ ЧРП, а также иметь ресурсы для функций мониторинга и автоматизации.

В четвертой главе «Встроенная система и лингвистические алгоритмы оперативного мониторинга и прогнозирования состояния ЭГПА» на основе анализа приводных электродвигателей ЭГПА как объектов диагностики и прогнозирования технического состояния разработаны методы нейро-нечеткой идентификации эксплуатационных факторов, алгоритмы и аппаратные средства их мониторинга.

Как показали данные статистики и нормативной документации, ЭГПА относится к опасным производственным объектам, и поэтому разработка систем мониторинга их состояния относится к задачам первого приоритета при проектировании КС МГ. Показано, что современный ЭГПА как объект диагностики представляет собой сложную и пространственно-распределенную техническую систему, которая состоит из элементов, отличающихся принципами действия, типоразмерами и уровнями надежности. При этом выход из строя любого узла приводит к возникновению аварийной ситуации и выходу из строя ЭГПА в целом со значительным экономическим ущербом.

В таблице 1 приведена классификация основных причин отказов электроприводных ГПА в процессе эксплуатации по результатам статистических исследований по 131 ЭГПА на 6 КС ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» за 1987-2010 гг.

Таблица 1

Основные причины выхода из эксплуатации ЭГПА_

Электрооборудование 40% САУ и КИП 30% Механические узлы, 25% Действия персонала, 5%

Внешнее электроснабжение 220кВ, 20% Система возбуждения, 35% Вспомогательное электрооборудование 0,4 кВ, 25% Высоковольтные узлы, 15% Статор приводного СД, 5% Элементная база САУ Программное обеспечение Датчики Подшипники Ротор СД Система уплотнения Оперативного Ремонтного

При этом тяжесть последствий определялась по экспертному комплексному показателю, зависящему от опасности обслуживающему персоналу, последствиям для технологического процесса и экономического ущерба. Выявлено, что наиболее тяжелым по своим последствиям является повреждение изоляции статора приводного двигателя, а стоимость ремонта может достигать 50-80% от стоимости нового электродвигателя.

Результаты распределения повреждений показывают, что наибольшее количество выходов из строя ЭГПА связано с электрическим пробоем изоляции в пазовой части обмотки с кривой изменения параметра потока отказов, близкой к параболе вида у = 0,0002х2-0,0075х+0,1434.

Наибольшее влияние на надежность изоляции высоковольтных СД ЭГПА оказывают четыре эксплуатационных факторов:

1. Старение органических составляющих изоляции статора под воздействием высоких температур.

2. Воздействие на изоляцию рабочих напряжений и перенапряжений при режимных возмущениях сети.

3. Механические нагрузки на изоляцию (вибрация, электродинамические и термомеханические нагрузки).

4. Частичные разряды (ЧР) между витками, секциями и частями статор-ной обмотки различной амплитуды и интенсивности.

Для контроля технического состояния статора двигателя в режиме "online" необходимо непрерывно получать и анализировать: величину фазных и линейных напряжений на обмотках; значения фазных токов в статических и динамических режимах; температуру секций обмотки и сердечника статора; интенсивность и амплитуду ЧР на поверхности изоляции статора.

Электродвигатель СТД-12500-2

Нагнетатель Н-235

Й^^ЙШ i

Контрольнлндли!

S

■¡г; '-JI M . '11) ,.

-►

ДдгД

Р: -

ш

Рис. 10. Подсистема мониторинга технического состояния ЭГПА.

На рис. 10 представлена встроенная система мониторинга и оценки влияния эксплуатационных факторов на ресурс изоляции двигателя ЭГПА. Основные среднесуточные параметры агрегатов приведены в таблице 2, а на рис. 11а) - одна из термограмм секции обмотки статора ЭГПА. Большинство ЭГПА работают при средней температуре меди и стали не более 70-80 С°, но

на отдельных агрегатах температура обмоток и сердечника СД увеличивалась до 100-120 С°. При этом нагрев обмоток в средней части двигателя на 23 °С выше, чем лобовых частей, а частота пробоев изоляции здесь составляет более 86 %. Кроме того, при внезапном останове машины температура растет еще на 15-20 °С, вызывая опасность теплового удара и перегрева обмоток.

Таблица 2

Температура а) ЭГПА4 КЦ Елец2 б) ЭГПА 3 КЦ Елец 2 в) ЭГПА1 КЦ Елсц1 г) ЭГПА6 КЦ Елсц2

Меди 1м, Си 46,9 52,9 104,4 89,2

Стали, С" 51,0 75,3 75,3 87,0

Горячего воздуха, 11в, С° 62 ,0 65,0 79,0 76,0

Медь-сталь, Д/„-с, Си 4,1 22,4 29,1 2,2

Ток статора 1ст, А 642 621 650 618

1-72. 70

I №0

I Ulli

Оптимальный диапазон изменения питающего напряжения

а) Время, часы _уа6 _ивс _уи

Рис. 11. Термограмма статора СД работающего ЭГПА 7 КЦ МГ «Ямбург-Западная граница» (а) и график изменения линейных напряжений на шинах ЗРУ-ЮкВ КЦ МГ «Ямбург-Елец1» КС «Починковская» (б).

На рис. 11 б) приведены результаты измерения линейных напряжений на секции шин ЗРУ-10 кВ с интервалом 1 час в течение 82 часов, которые могут составлять 10,37^-10,91 кВ, превосходя стандартные значения и имея значительные искажения по форме. В результате анализа схем электроснабжения и теоретических расчетов определены параметры перенапряжений, возникающих в различных переходных режимах работы ЭГПА. При этом отключение одной фазы вызывает перенапряжение кратностью 4,5, а второй и третьей - до 2,3-2,5 o.e. При отключениях выпавших из синхронизма СД возможны перенапряжения в статорных обмотках высокой кратности.

Показано, что в установившихся режимах витковая и корпусная изоляция обмоток подвергается действию относительно незначительных электродинамических усилий. В пазовой части действуют также тангенциальные пульсирующие усилия, прижимающие стержни к стенке паза.

На рис. 12 приведен пример диаграммы ЧР фазы "С" ЭГПА 7 КЦ МГ «Ямбург-Елец-1» КС «Починковская» с большим количеством ЧР, возникающих до достижения максимума амплитуды испытательного напряжения подаваемого на обмотку. ЧР имеют большую амплитуду до 3000 пКл и интенсивность 36,2 PD1 (пКл В/с). В этом случае обмотка имеет дефекты в пазовой части изоляции и возможен ее пробой.

■Я

2SOO S 2 ООО

ёг isoo

1 ООО SOO

о

О бО 1 20 180 240 ЗОО 38

Фаза

| РР> . nKn'Bfc - 36.2 |

Рис. 12. Результаты измерения ЧР статорной обмотке двигателя ЭГПА-12,5.

Получены математические модели процессов для всех эксплуатационных факторов, влияющих па остаточных ресурс изоляции высоковольтных приводных электродвигателей ЭГПА. Разработаны методы построения диагностических процедур на основе традиционной булевой алгебры и fuzzy-logic с применением унифицированных интеллектуальных датчиков и лингвистические алгоритмов мониторинга, а также с применением методов искусственных нейронных сетей.

Результаты исследований эффективности прогностических процедур на основе методов нечёткой логики (Бокса-Дженкинса) и искусственных нейронных сетей (сети Ворда) при прогнозе технического состояния СТД-12500 в случае развития постепенных отказов показали, что они дают более точные результаты по сравнению с традиционными методами экстраполирования и позволяет принимать более адекватные и своевременные решения. При многошаговом прогнозировании быстрых процессов изменения токов в условиях отсутствия дополнительной информации на этапе идентификации модели применение метода прогнозирования на основе временных рядов дает более точный результат. Однако рациональный выбор метода прогнозирования технического состояния конкретного ЭГПА определяется совокупностью условий, режимов работы газопроводов и системными особенностями функционирования газоперекачивающей техники на КС.

Реализация их позволяет получать достоверную информацию о техническом состоянии приводного двигателя в режиме «on-line», планировать капитальные и текущие ремонты двигателя на основе фактического состояния, со-

Импульсы НЧ (07 01 оо 23 39 24

кратив время простоя в ремонте с 12 до 2-3 тыс.час, за счет предотвращения повреждений снизить стоимость капремонтов в 3 раза, контролировать работу системы охлаждения СД и поддерживать оптимальные режимы, позволяющие увеличить ресурс изоляции, при совместном использовании данных вибрационного анализа и РГТ-анализа потребления мощности точно выявлять причины вибрации, повысить уровень эксплуатации ЭГПА и в итоге снизить общие эксплуатационные расходы.

В пятой главе «Оптимизация энергопотребления электроприводными КС в рамках магистральных газопроводов» приведены пути повышения системной энергоэффективности ЭГПА путем оптимизации всех технологических звеньев и агрегатов электроприводных КС и ЛПУ в рамках участков МГ.

Предложена методика выбора оптимальных термодинамических параметров (давления и температуры) природного газа на выходе КС при его передаче по МГ, которая основана на синтезе 3 научно-методологических подходов:

• Системный анализ статистических данных КС по параметрам и объемам газа и энергетическим показателям технологических установок.

• Имитационное моделирование процессов сжатия-охлаждения-передачи газа по МГ в соответствующих установках КС и ЛПУ МГ.

• Структурно-параметрическая оптимизация по различным критериям качества единой теплоэнергетической системы.

В соответствии с рассмотренным способом оптимального управления агрегатами КС МГ разработана методика и имитационные модели определения оптимальных термодинамических параметров компримируемого газа для каждой из нескольких последовательных КС (рис. 13).

К,, К.. К, п. К , К: и п, К,.г, 1Т, л. к.

Рис. 13. Математическая модель взаимодействия агрегатов КС: t¡, p¡ - значения температуры и давления газа на входе/выходе агрегатов, VK - коммерческий расход газа, п„ - частота вращения вала ЦБН, КЕ, Кп - коэффициенты приведения характеристик степени сжатия и политропного КПД к реальным условиям, I N.K¡, X JV„ - соответственно

суммарные мощности приводов ЦБН и вентиляторов ABO, tm, t,,p - соответственно температуры наружного воздуха и грунта, п„ - число включенных вентиляторов, Ks, Kz, KR -коэффициенты степени загрязнения ABO с орсбрснной, с внутренней поверхности и состояние уплотнений, К„,др - коэффициент гидравлического эффекта трубопровода, Т-коэффициент теплопередачи, X - шероховатость внутренней поверхности труб.

Наибольший экономический эффект от внедрения мероприятий по оптимизации режимов работы МГ можно получить при системном анализе работы участков МГ, состоящих из трех и более последовательно расположенных КС по результатам энергетических обследований объектов ОАО «Газпром».

Разработаны и запатентованы каскадно-групповая схема ЧРП вентиляторов ABO газа и комбинированная (инвариантная) САУ, обеспечивающие стабилизацию температуры газа на оптимальном уровне при автоматическом отслеживании всех возмущающих воздействий. Синтезирована обобщенная математическая модель технологических процессов компримирования, охлаждения и передачи газа по МГ, на основе которой разработан процедурный алгоритм выбора оптимальных параметров энергопотребления с учетом взаимодействия агрегатов КС (рис. 14).

Основные принципы и составляющие процедуры оптимизации термодинамических параметров компримируемого газа на КС

X

системный подход

Анализ систем МГ, состоящих как минимум из трех КС

X

мат. моделирование

Создание мат. моделей - группы ЦБН,

- установок ABO газа,

- линейного участка МГ

измерения

Использование информации для получения коэффициентов ТС

АДАПТАЦИЯ МОДЕЛЕЙ

Декомпозиция мат. моделей под фактические условия КС с помощью коэффициентов ТС

структурно-параметрический синтез

Синтез моделей в единую теплоэнергетическую систему

проверка адекватности

Соотношение параметров модели с измерительной информацией

оптимизация

Обоснованный подбор критериев, алгоритмов, переменных, исходных данных и граничных условий

анализ

Выбор оптимапьных термодинамических параметров и режимов загрузки оборудования

оценка

Оценка энергетических и экономических эффектов

рекомендации

по применению аппаратных

средств и алгоритмов системной оптимизации МГ

Рис. 14. Блок-схема процедурного алгоритма выбора оптимальных параметров энергопотребления МГ с учетом взаимодействия агрегатов КС.

Комплексные испытания на участке с тремя электроприводными КС-25 «Петровская», КС-26 «Екатериновка» и КС-27 «Балашовская», преследовали:

• оценку эффективности применения ABO газа для повышения пропускной способности МГ и снижения затрат на транспорт газ;

• определение возможности работы КС-27 «Балашовская» с 3 ЭГПА вместо 4 с обеспечением аналогичной производительности и давления газа на выходе.

Основные результаты испытаний приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Результаты испытаний на ООО «Газпром трансгаз Саратов»_

Параметры Режим №1 -до испытаний Режим №2 - до отключения ЭГПА Режим №3 -работа трех ЭГПА КС-27

Число работающих ABO на КС-25 0 20 20

Число работающих ЭГПА на КС-27 4 4 3

Температура газа на выходе КС-25, °С 32,7 15,5 15,0

Давление газа, МПа - на выходе КС-27 до 20-го крана - на выходе КС-27 выходе КЦ

5,11 5,39 5,56

7,16 7,49 7,32

Степень сжатия на КС-27 1,41 1,41 1,36

Объем газа, млн. м /час 3,59 3,75 3,59

Электрическая мощность - на ABO КС-25, кВт - на ЭГПА КС-27, кВт

0 734 730

43 866 45 704 39 214

Повышение коммерческой производительности МГ позволило добиться существенного увеличения давления на входе в КС-27 - с 5,11 до 5,39 МПа (на 0,28 МПа), что создало предпосылку для отключения одного ЭГПА. В результате этого после некоторого снижения производительности наступил период стабильной работы с тремя агрегатами в течение 2 часов при перекачивании такого же количество газа (3,59 млн. м3/час). При этом потребляемая мощность всех работающих ЭГПА на КС-27 снизилась с традиционных 43,9 до 39,2 МВт, т.е. на 4,7 МВт, в то время как затраты на электропривод вентиляторов ABO газа на КС-25 составили лишь 0,7 МВт.

Проведенные испытания доказали, что применение ABO газа в зимний период является новым и перспективным направлением энергосбережения в трубопроводном транспорте газа. Таким образом, реконструкция основного энерготехнологического оборудования КС-25 и КС-27 позволяет снизить потребление электроэнергии на транспорт газа в системе на 8,4 МВт или 36,6 млн. кВт-ч/год. Использование автоматизированные системы на базе ЧРП ЭГПА и вентиляторов ABO газа позволяет дополнительно повысить точность поддержания оптимальных термодинамических параметров газа.

Рассмотрены основные принципы по организации обслуживания КС на принципах малолюдных технологий. Системность и глобальность рассматриваемых вопросов предусматривает потребность в значительных объемах исходной информации по эксплуатации электроприводных КС:

• функциональных возможностей ЭГПА, ABO и другого оборудования;

• технических условий на ПО и математическое обеспечение средств АСУ;

• нормативов обслуживания на принципах малолюдных технологий;

• принципов организации ТОиР оборудования КС;

• экономических аспектов, требующих дополнительных расчетов.

Показано, что принципы малолюдных технологий охватывают и структурированы в соответствии с техническими, организационными, экономическими и системными составляющими.

В шестой главе «Вопросы практической реализации ЧРП ЭГПА на КС МГ» представлены экспериментальные результаты работы новых энергоэффективных ЭГПА (рис. 15)._

/ -

1 /

/ -

/

у

/

с б/мин I 9000.0

04/05/07 12 46 06

Скорость двигателя

пий!

1 1 I ' ! 1

1 1 1 —

—-+— -Ь 1 1 1 1

100 О

I 60 0 20 0 -200

04/05/07 12:46:06 Вибросм. 1 Вибросм. 2

04/05ЛЭ7 12:48 12

Вибропи. Виброа-1. ■

04/05/07 12 50 18

'• Ротора АД

ш

г

04/05/07 12 54 30

100.0 60 200

-20 и

04/05/07 12 50 18

04/05/07 12 52 24

Вибросм. Вибросм.

Вибросм. : Вибросм. <

Рис. 15. Тренды частоты вращения и виброперемещений при пуске и аварийном останове агрегата ЭГПА-6,3/8200-56/1,44-Р на стенде.

Партия из 16-и агрегатов ЭГПА-4,0/8200-56/1,26Р внедрена на КС «Володино», КС «Парабель», КС «Чажемто» и на других КС ООО «Газпром трансгаз Томск», где в настоящее время эксплуатируются. Кроме того, ЭГПА-6,3/8200-56/1,44Р запущены в работу на КС «Смоленская» в 2011г. и находятся в промышленной эксплуатации более 11000 час, непрерывная безотказная работа более 8000 час. ЭГПА 12,5/6500-76/1,5 с номинальным КПД двигателя

97,7 % и коэффициентом мощности 0,82 разработан и находится в стадии испытаний. Эксплуатационные характеристики новых частотно-регулируемых ЭГПА прошли проверку по результатам испытаний.

Однако получить наибольший синергетический эффект от внедрения ЭГПА, повысить их конкурентоспособность и получить экономию топливно-энергетических ресурсов на КС можно только при системном учете всех факторов энергоэффективности технико-технологических решений, рассмотренных выше. Приведены примеры реализации некоторых направлений реализации малолюдных технологий с интеллектуальными системами управления и мониторинга на электроприводных КС:

• оперативного прогнозирования состояния ЭГПА "on-line" на семи КС ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» с использованием разработанных методов нечеткой логики и искусственных нейронных систем;

• Ethernet-технологий с интеграцией всех контроллеров, устройств сопряжения, САУ электроприводами, интеллектуальными датчиками и измерительными приборами в информационно-управляющие сети;

• устойчивых систем активного электромагнитного подвеса роторов и валов ЭГПА на основе изделий фирмы S2M и других.

На основе анализ перспектив развития энергосистем РФ для возможного применения ЭГПА на КС предложены новые технические решения по повышению надежности систем электроснабжения ЭГПА, включая применение микропроцессорных систем РЗиА, реклоузеров и устройств на базе Sepam 1000+, а также микропроцессорных идентификаторов угла нагрузки синхронных машин ЭГПА.

Доказаны преимущества практического использования для передачи данных АСУ ГТС волоконно-оптических каналов связи на многомодовых оптических кабелях, с использованием преобразователей NPort-6110 к сети передачи данных с помощью портов Ethernet 10/100 Mb (RJ-45) и микропроцессорных устройств релейной защиты SEPAM 1000+ линий 6/10 кВ на КС, обеспечивая реализацию безлюдных технологий электроснабжения.

Газодинамические испытания, проведенные на электроприводных КС «Володино», КС «Парабель», КС «Чажемто» ООО «Газпром трансгаз Томск» и ряде других, доказали заявленные преимущества ЭМП ЭГПА, включая использование компрессоров с частотой вращения до 20.000 об/мин и высокий ресурс оборудования S2M. Технико-экономические расчеты по 4 вариантам ЭМП в ЭГПА показали перспективы дальнейшего внедрения ЭМП, а при снижении эксплуатационных затрат из-за отсутствия маслосистем это ведет к быстрой окупаемости ЭМП ЭГПА в течении 2-3 лет.

Проведенный технико-экономический анализ зонирования территорий прохождения МГ (благоприятная, умеренно-благоприятная и неблагоприятная) в соответствии с возможностями энергосистем РФ, подтвердил, что большая часть регионов является благоприятной для внедрения ЧРП ЭГПА (рис. 16). Проведенный анализ динамики возможных изменений показателей эффективности модернизации и нового строительства КС с ЭГПА (расчеты

чувствительности к внутренним и внешним параметрам с наивысшей степенью риска) показал высокую степень устойчивости проектов к изменениям параметров. Программа модернизации парка ЭГПА обосновывает внедрение 104 новых ЭГПА-6,3 и 169 новых ЭГПА-12,5 на объектах ОАО «Газпром».

у(Нп%-4

Рис. 15. Наиболее благоприятные для применения ЭГПА регионы РФ (выделены цветом).

С целью определения величины капитальных затрат для каждого конкретного объекта рассчитаны удельные капитальные затраты для ЭГПА единичной мощностью 4,0; 6,3 и 12,5 МВт. Исходные данные для расчетов приняты на основании технической документации на ЭГПА и информации о перспективах развития ГТС ОАО «Газпром» до 2020г. Количество и мощность ЭГПА, устанавливаемых при реконструкции, выбраны исходя из оценочных гидравлических расчетов с учетом перспективной нагрузки МГ.

Для оценки экономической эффективности использования ЭГПА при реконструкции КС рассмотрены 3 КЦ, расположенные в различных регионах России и коридорах МГ:

• КЦ-4 КС «Починки» МГ «Ямбург-Елец-1»,

• КС-16 «Теренсай» МГ «Бухара-Урал-1»,

• КС-22а «Тольятти» МГ «Уренгой-Новопсков».

Для анализа динамики возможных изменений основных показателей экономической эффективности данных проектов приведены результаты расчета чувствительности к внутренним (капитальные затраты) и внешним (тариф на электроэнергию) параметрам с наибольшей степенью риска. Получены также оптимистичные результаты оценка экономической эффективности ЭГПА при новом строительстве компрессорных станций на ряде проектируемых МГ.

На основании анализа объектов капитального строительства ОАО «Газпром» выбрано 3 вновь строящихся КС, для которых, в качестве примера, выполнен расчет базовых экономических показателей, а именно:

• КС-7 МГ «Якутия-Хабаровск-Владивосток»;

• КС-1 МГ «Иркутск-Новосибирск»;

• КС «Мурманская» МГ «Мурманск-Волхов».

В соответствии с полученными данными для КС «Мурманская»: ВНД = 12 %, ЧДД = 1202,05 млн. руб., ДСО = 15,5 лет, составляющая инвестиционного тарифа - 34 руб./тыс. м3- 100км. Аналогичные оптимистичные результаты получены при расчетах показателей экономической эффективности строительства электроприводных КС-1 МГ «Иркутск-Новосибирск» и КС-7 МГ «Якутия-Хабаровск-Владивосток». Анализ чувствительности показателей экономической эффективности к изменению внешних параметров показал высокую устойчивость рассматриваемых проектов. Это говорит о целесообразности их осуществления и позволяет распространить результаты произведенных расчетов на аналогичные проекты.

На основании проведенного анализа предлагаются рекомендации по установке частотно-регулируемых ЭГПА на перспективных газопроводах. Выполненные технико-экономические расчеты показывают, что наиболее значимым критерием при принятии решения об использовании ЭГПА является развитие энергосистемы региона и уровень тарифов на электрическую энергию. В ряде случаев, например, при прохождении МГ по территории или вблизи заповедных зон, где необходимо свести к минимуму воздействие на окружающую среду, использование электропривода является единственно возможным вариантом организации транспорта газа.

В результате анализа составлены рекомендации по применению ЭГПА на объектах нового строительства ОАО «Газпром». В расчетах рассмотрено четыре перспективных МГ: «Мурманск - Волхов», «Алтай», «Иркутск - Про-скоково» и «Якутия-Хабаровск-Владивосток» на которых рекомендовано разместить 114 новых ЭГПА единичной мощностью 12,5 МВт.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. На основе анализа мирового и отечественного опыта внедрения газоперекачивающей техники на магистральных газопроводах разработана классификация приводов центробежных нагнетателей, обеспечивающих технологические режимы работы компрессорных станций. Проведена систематизация и анализ технического состояния парка ЭГПА, работающих на магистральных газопроводах ЕСГ РФ по типам моделей, газотранспортным предприятиям, наработке и срокам службы. Определены современные требования к ЧРП ЭГПА, системе автоматического управления и диагностики технического состояния привода. Предложены новые 12 факторов повышения надежности, энергоэффективности и экологичности газоперекачивающей техники при модернизации и создании новых систем ЭГПА.

2. По результатам анализа функциональных возможностей и энергетических характеристик автоматизированных электроприводов переменного тока определены тенденции внедрения современных ЭГПА на компрессорных станциях МГ с учетом особенностей технологически связанной параллельной работы агрегатов на компрессорную нагрузку. Предложены критерии выбора рациональных структур высоковольтного ЧРП ЭГПА на базе синхронных и асинхронных машин мегаваттного класса и методики координации их характеристик с нагнетателями в рамках КС с учетом стохастических воздействий. По результатам математического моделирования сопоставлены динамические характеристики ЭГПА и выработаны рекомендации по рациональным схемным решениям силовой части электропривода.

3. Предложен новый теоретически обоснованный подход к синтезу инвариантных систем ЭГПА и запатентован способ, позволяющий минимизировать энергопотребление магистрального транспорта газа в соответствии с факторами режима, энергии и цели при автоматическом отслеживании всех возмущений детерминированного и стохастического характера. Разработаны методологические основы формализации возмущений, базирующиеся на теории планирования эксперимента и предложены три прикладные методики расчета алгоритмов регрессионного анализа и интеллектуальных САУ ЭГПА с исследованиями результатов методами корреляционного, ковариационного, факторного и дисперсионного анализа. Изучены многофакторные регрессионные модели для мультипроцессорного управления ЭГПА на базе СТД-12500, а также для реализации для САУ ЭГПА с асинхронными двигателями.

4. Создана база данных и выполнен статистический анализ 131 случаев отказов 60 электродвигателей типа СТД-12500 и СДГ-12500 по результатам эксплуатации на КС с 1987 по 2014 год. Выявлены наиболее характерные виды повреждений, установлены и смоделированы 4 группы эксплуатационных факторов, влияющих на ресурс электродвигателей ЭГПА. Предложена и запатентована рациональная структура системы оперативного мониторинга ЧРП ЭГПА с интеллектуальными датчиками, а также нейро-нечеткие алгоритмы "on-line" прогнозирования их состояния, реализация которых позволяет эффективно проводить ремонты по фактическому состоянию с экономией времени и средств в 3 раза, исключить аварии оборудования, контролировать режимы работы и значительно снизить эксплуатационные расходы на КС.

5. С целью минимизации энергопотребления участков магистрального газопровода с электроприводными КС предложена методика системной оптимизации ЧРП ЭГПА и вентиляторов ABO газа. Разработаны и запатентованы каскадно-групповая схема ЧРП вентиляторов ABO газа и инвариантные САУ агрегатов, обеспечивающие стабилизацию температуры газа с автоматической компенсацией возмущений. Получены математические модели агрегатов КС и ЛПУ, а также алгоритмы координации их работы в рамках синтезированной модели участка газопровода для трех компрессорных станций. Проведенные натурные испытания на МГ «Уренгой-Новопсков» подтвердили, что дополнительное охлаждение газа позволяет снизить суммарное энергопотребление на

транспорт газа при сохранении производительности и давления газа на выходе участка.

6. Экспериментальные исследования, проведенные на объектах магистрального транспорта газа, доказали, что новые технологии транспорта газа с использованием высоковольтных ЧРП ЭГПА с интеллектуальными системами управления и мониторинга, обеспечивают снижение энергоемкости агрегатов КС и повышают надежность и экологичность в целом ЕСГ РФ. Представленные результаты технико-экономического анализа и обоснования целесообразности и окупаемости проектов реконструкции, модернизации и нового строительства электроприводных КЦ с ЧРП ЭГПА позволили сформировать концепцию применения, программу реализации и карты зонирования благоприятного внедрения энергоэффективных электроприводных КС. Пятилетний опыт эксплуатации пилотных проектов внедрения ЧРП ЭГПА на магистральных газопроводах подтвердил высокий потенциал применения новых технико-технологических решений при реализации всех факторов энергоэффективности электроприводов газоперекачивающих агрегатов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Научные публикации в изданиях из перечня ВАК

1. Крюков О.В. Алгоритмы быстрого преобразования Уолша в микропроцессорных системах управления электроприводом // Изв. ВУЗов. Электромеханика. 2005, №4. - С.39-44.

2. Крюков О.В. Встроенная система диагностирования и прогнозирования работы электроприводов // Изв. ВУЗов. Электромеханика. 2005, №6. - С.43-47.

3. Крюков О.В. Интеллектуальные электроприводы с 1Т- алгоритмами // Автоматизация в промышленности, 2008, №6. - С.36-39.

4. Крюков О.В. Регрессионные алгоритмы инвариантного управления электроприводами при стохастических возмущениях // Электричество, 2008, №9. - С.44-50.

5. Захаров П.А., Крюков О.В. Принципы инвариантного управления электроприводами газотранспортных систем при случайных возмущениях// Вестник ИГЭУ, 2008. Вып. 2. - С. 98-104.

6. Аникин Д.А., Рубцова И.Е., Крюков О.В. Опыт проектирования систем управления ЭГПА // Газовая промышленность, 2009, №2. - С.44-47.

7. Захаров П.А., Крюков О.В. Методология инвариантного управления агрегатами компрессорных станций при случайных воздействиях // Изв.ВУЗов. Электромеханика, 2009, №5. - С.64-70.

8. Бабичев С.А., Захаров П.А., Крюков О.В. Автоматизированная система оперативного мониторинга приводных двигателей газоперекачивающих агрегатов // Автоматизация в промышленности, 2009, №6. - С.3-6.

9. Бабичев С.А., Захаров П.А., Крюков О.В. Мониторинг технического состояния приводных электродвигателей газоперекачивающих агрегатов // Контроль. Диагностика, 2009, №7. - С.33-39.

Ю.Милов В.Р., Суслов Б.А., Крюков О.В. Интеллектуализация поддержки управленческих решений в газовой отрасли // Автоматизация в промышленности, 2009, №12. - С. 16-20.

П.Степанов С.Е., Крюков О.В., Плехов A.C. Принципы автоматического управления возбуждением синхронных машин газокомпрессорных станций // Автоматизация в промышленности, 2010, №6 (84). - С. 29-32.

12.Милов В.Р., Шалашов И.В., Крюков О.В. Способ управления техническим состоянием на основе прогнозирования // Автоматизация в промышленности, 2010, №8. - С.47-49.

13.Крюков О.В. Сравнительный анализ приводной техники газоперекачивающих агрегатов // Приводная техника, 2010, №5. - С.20-27.

14.Бабичев С.А., Бычков Е.В., Крюков О.В. Анализ технического состояния и безопасности ЭГПА // Электротехника, 2010, №9. - С.30-37.

15.Крюков О.В. Анализ и техническая реализация факторов энергоэффективности инновационных решений в электроприводных турбокомпрессорах // Автоматизация в промышленности, 2010, №10. - С.50-53.

16.Бабичев С.А., Крюков О.В., Титов В.Г. Автоматизированная система безопасности ЭГПА // Электротехника, 2010, №12. - С.24-31.

П.Крюков О.В., Титов В.Г. Автоматическая стабилизация систем электромагнитного подвеса роторов газоперекачивающих агрегатов // Автоматизация в промышленности, 2011, №6. - С.50-54.

18.Спиридович Е.А., Воронков В.И., Крюков О.В. Системная оптимизация энергопотребления агрегатов КС // Наука и техника в газовой промышленности, 2012, №1. - С.58-70.

19.Пужайло А.Ф., Крюков О.В., Рубцова И.Е. Энергосбережение в агрегатах компрессорных станций средствами частотно-регулируемого электропривода // Наука и техника в газовой промышленности, 2012, №2. - С.98-106.

20.Крюков О.В., Степанов С.Е., Титов В.Г. Встроенные системы мониторинга технического состояния электроприводов для энергетической безопасности транспорта газа // Энергобезопасность и энергосбережение, 2012, №2. - С. 5-10.

21.Крюков О.В., Титов В.Г. Моделирование пусковых режимов электроприводных ГПА // Изв.ВУЗов. Электромеханика, 2012, №3. - С. 29-35.

22.Крюков О.В. Методология и средства нейро-нечеткого прогнозирования состояния ЭГПА // Электротехника, 2012, №9. - С.52-57.

23.Крюков О.В. Синтез и анализ электроприводных агрегатов компрессорных станций при стохастических возмущениях//Электротехника, 2013, №3.-С.22-28.

24.Крюков О.В. Регулирование производительности газоперекачивающих агрегатов с помощью преобразователей частоты // Компрессорная техника и пневматика, 2013, №3. - С.21-24.

25.Крюков О.В. Комплексный анализ условий эксплуатации ЭГПА // Компрессорная техника и пневматика, 2013, №4. - С.14-20.

26.Крюков О.В. Система и алгоритмы мониторинга приводных ЭГПА // Компрессорная техника и пневматика, 2013, №6. - С. 8-17.

27.Крюков О.В. Стабилизация систем электромагнитного подвеса роторов двигателей ГПА // Компрессорная техника и пневматика, 2013, №7. - С.27-32.

28.Крюков О.В. Интеллектуальные датчики прогнозирования технического состояния высоковольтных электродвигателей // Автоматизация в промышленности, 2013, №10. - С.38-41.

29.Захаров П.А., Крюков О.В. Мониторинг и прогнозирование технического состояния ЭГПА компрессорных станций ПХГ// Газовая промышленность, 2013, Спецвыпуск №700. - С. 113-119.

30.Крюков О.В. Проектирование инвариантных САУ электроприводами ГТС // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт, 2013, №12. - С. 22-25.

31.Крюков О.В. Взаимосвязанный электропривод ГПА // Компрессорная техника и пневматика, 2014, №3 - С.12-15.

32.Крюков О.В. Принципы малолюдных технологий в организации работы электроприводных компрессорных станций // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт, 2014, №4. - С. 12-16.

33.Крюков О.В., Краснов Д.В. Перспективы применения ПЧ для регулирования производительности ЭГПА // Газовая промышленность, 2014, №6 - С.86-89.

34.Крюков О.В. Частотное регулирование производительности ГПА // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт, 2014, №6. - С.39-44.

Научные публикации в изданиях, входящих в систему цитирования Scopus

35.Kiyanov N.V., Kryukov O.V., Pribytkov D.N., Gorbatushkov A.V. A Concept for the Development of Invariant Automated Electric Drives for Water Recycling Systems with Fan Cooling Towers// Russian Electrical Engineering, 2007, Vol. 78, No. 11, pp. 621-627.© Allerton Press, Inc., 2007.

36. Babichev S.A., Bychkov E.V., Kryukov O.V. Analysis of Technical Condition and Safety of Gas-Pumping Units // Russian Electrical Engineering, 2010, Vol. 81, No. 9, pp. 489-494.© Allerton Press, Inc., 2010.

37. Babichev S.A., Kryukov O.V., Titov V.G. Automated Safety System for Electric Driving Gas-Pumping Units // Russian Electrical Engineering, 2010, Vol. 81, No. 12, pp. 649-655.© Allerton Press, Inc., 2010.

38. Babichev S.A., Zakharov P.A., Kryukov O.V. The automated system of operative monitoring of gas compressor units with electric drive // Automation and Remote Control, 2011, Volume 72, №1, pp.175-180.

39.Milov V.R., Suslov B.A., Kryukov O.V. Intellectual management decision support in gas industry // Automation and Remote Control, 2011, V.72, №5, pp. 1095-1101.

40.Крюков O.B., Степанов C.E. Пути модернизации ЭГПА // IX МНТК «Проблеми автоматизованого електроприводу. Teopin i практика (ПАЭП-12)», ХП1, Николаевка, 17-23 сентября 2012 / Електромехашчш I снергозбср1гакга системи, 2012, №3. - С.209-212.

41.Крюков О.В. Нейро-нечеткое прогнозирование состояния электроприводов турбокомпрессоров // IX МНТК «Проблеми автоматизованого електроприводу. TeopiH i практика (ПАЭП-12)», ХП1, Николаевка, 17-23 сентября 2012 / Електромехашчш I енергозбер1гаюч1 системи, - С.512-515.

42.Kryukov O.V. Methodology and tools for neuro-fuzzy prediction of the status of electric drives of gas-compressor units // Russian Electrical Engineering, September 2012, Vol. 83, Issue 9, pp. 516-520.© Allerton Press, Inc., 2012.

43.Крюков O.B. Научное обоснование путей модернизации электроприводных ГПА // BiciiiiK НТУ «ХП1» Cepifl «Проблеми автоматизованого електроприводу. Teopin i практика» №36, (XX МНТК ПАЭП-2013), Харьив, 2013. - С.133-134.

44.Kryukov O.V. Electric drive systems in compressor stations with stochastic perturbations // Russian Electrical Engineering, March 2013, Vol. 84, Issue 3, pp. 135-140.© Allerton Press, Inc., 2013.

45.Kryukov O.V. Intelligent electric drives with IT algorithms // Automation and Remote Control, 2013, Volume 74, Issue 6, pp. 1043-1048.

Патенты и свидетельства о регистрации программ

46.Хватов О.В., Грязнов В.И., Крюков О.В. и др. Электропривод переменного тока // АС №1246326 (СССР), МПК Н02Р 7/42. - ГПИ им. A.A. Жданова. -Опубл. 22.03.1986.

47.Хватов О.В., Крюков О.В., Марков В.В. и др. Микропроцессорная система управления асинхронным электроприводом // Патент на полезную модель РФ №7260, МПК Н02Р 7/42. - НГТУ. - Опубл. 16.07.1998.

48.Крюков О.В., Гребнев A.A. Стенд для исследований асинхронных электроприводов // Патент на полезную модель РФ №31079, МПК Н02Р 9/46. - НГТУ, Госреестр полезных моделей РФ от 10.07.03г.

49.Воронков В.И., Рубцова И.Е., Степанов С.Е., Крюков О.В., Титов В.Г. Автоматизированная система плавного пуска синхронного электропривода механизмов с высокомоментной нагрузкой // Патент на полезную модель РФ №101598, МПК Н02Р 1/46-ОАО "Гипрогазцентр". - Опубл. 20.01.2011.

50.Крюков О.В. Система управления аппаратами воздушного охлаждения // Патент на полезную модель РФ №106310, МПК F04D 27/00. - ОАО "Гипрогазцентр". - Опубл. БИ 2011, №7, 10.07.2011.

51.Крюков О.В., Репин Д.Г. Система управления аппаратами воздушного охлаждения // Патент на полезную модель РФ №108511, МПК F04D 27/00. - ОАО "Гипрогазцентр".- Опубл. БИ №9, 20.09.2011.

52.Крюков О.В., Степанов С.Е. Электропривод газоперекачивающего агрегата //Патент на полезную модель РФ №107427, МПК Н02Р 27/04, 25/02. - ОАО "Гипрогазцентр". - Опубл. БИ №8 10.08.2011.

53.Крюков О.В. Устройство для контроля изоляции электродвигателя // Патент на полезную модель РФ №121939, МПК G01R 31/12. - ОАО «Гипрогазцентр». -Опубл. 10.11.2012г.

54.Серебряков A.B., Крюков О.В. Устройство лингвистического диагностирования отказов двигателя / Патент №127494 полезную модель РФ, МПК G05B 23/02, рег.№2012131448 от 20.07.2012. - ОАО «Гипрогазцентр». Опубл. 27.04.13, Бюл. №12.

55.Пужайло А.Ф., Крюков О.В., Репин Д.Г. Способ магистрального транспорта газа // Патент РФ на изобретение №2502914, МКИ F17D 1/02, заявка

№2012113091, приор. 03.04.12. - ОАО «Гипрогазцентр». - Опубл. 27.12.2013, Бюл. №36.

Монографии

56.Асинхронные вентильные каскады с микропроцессорным управлением / Хватов C.B., Титов В.Г., Крюков О.В. и др. //Электротехническая промышленность. Сер. 08. Электропривод: Обзор. - Вып.31, 1990. - 52с. 57.Энергосбережение и автоматизация электрооборудования компрессорных станций МГ: монография // Пужайло А.Ф., Спиридович Е.А., Крюков О.В. и др. / Под ред. О.В. Крюкова. - Н.Новгород: Вектор ТиС, т.1, 2010. ISBN 978-593126-158-4. -560с.

58.Энергосбережение и автоматизация электрооборудования компрессорных станций МГ: монография // Пужайло А.Ф., Савченков C.B., Крюков О.В. и др. / Под ред. О.В. Крюкова. - Н.Новгород: Вектор ТиС, т.2, 2011. ISBN 978-593126-170-6. -664с.

59.Энергосбережение и автоматизация электрооборудования компрессорных станций МГ: монография // Пужайло А.Ф., Савченков C.B., Крюков О.В. и др. / Под ред. О.В. Крюкова. - Н.Новгород, Вектор ТиС, т.З, 2012. ISBN 978-5-93126-151-5.-572с.

бО.Диагностика оборудования компрессорных станций: Монография серии «Научные труды к 45-летию ОАО «Гипрогазцентр» / Пужайло А.Ф., Савченков C.B., Крюков О.В. и др. // Под ред. О.В. Крюкова. - Н.Новгород: Исток, т. 2, 2013. ISBN 978-5-906546-03-6. - 300с.

61.Энергетические установки и электроснабжение объектов транспорта газа: Монография серии «Научные труды к 45-летию ОАО «Гипрогазцентр» / Пужайло А.Ф., Савченков C.B., Крюков О.В. и др. // Под ред. О.В. Крюкова. -H.H.: Исток, т. 3, 2013. ISBN 978-5-906546-05-0. - 300с.

62.Электроприводы объектов газотранспортных систем: Монография серии «Научные труды к 45-летию ОАО «Гипрогазцентр» / Пужайло А.Ф., Савченков C.B., Крюков О.В. и др. // Под ред. О.В. Крюкова. - Н.Новгород: Исток, в 6 тт., том 4, 2013. ISBN 978-5-906546-02-9. - 300с.

63.Автоматизированные системы управления и диспетчеризации магистральных газопроводов: Монография серии «Научные труды к 45-летию ОАО «Ги-прогазцентр»/Пужайло А.Ф., Савченков C.B., Крюков О.В. и др.// Под ред. О.В. Крюкова,- Н.Новгород: Исток, в 6 тт., т.5, 2013. ISBN 978-5-906546-07-4,- 300с.

Работы, опубликованные в других изданиях

64. Крюков О.В. Основные положения дискретно-операторного метода проектирования микропроцессорных систем управления асинхронным электроприводом // Тез. докл. III Международной конференции по проблемам автоматизированного электропривода (АЭП-2001) / Н.Новгород: НГТУ, 2001. - С.56-57.

65. Аникин Д.А., Зуйков A.B., Крюков О.В. Энергосбережение в электроприводе турбокомпрессора газоперекачивающего агрегата // Труды IV Между-

народной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу/ МГТУ им. Г.И. Носова, Магнитогорск, 2004, ч.Н. - С. 241-243.

66. Крюков О.В., Захаров П.А. Лингвистические алгоритмы прогнозирования неисправностей электрооборудования компрессорных станций// Тез. докл. XVIII ВНТК "Неразрушающий контроль и техническая диагностика" -Н.Новгород: Машиностроение, 2008. - С.121-123.

67. Крюков О.В., Захаров П.А. Приложения теории вероятностей и теории планирования эксперимента в задачах управления газотранспортными объектами // Труды XII МНТК "Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты" - Алушта, 2008. - С.342.

68. Захаров П.А., Бабичев С.А., Крюков О.В. и др. Оптимизация системы мониторинга ЭГПА// Труды МНТК «XV Бенардосовские чтения», Иваново: ИГЭУ, 27 мая 2009. T.l. - С.156.

69. Kryukov О.V., Rubtsova I.E., Stepanov S.E. "Optimization of Gas-Compressor Units Synchronous Electric Drives Dynamic Modes" // Proceedings of 13th International Conference on Electromechanics, Electrotechnology, Electromaterials and Components (ICEEE-2010), Alushta, September 2010. - p. 105.

70. Рубцова И.Е., Крюков О.В., Степанов С.Е. Нейро-нечеткие модели и алгоритмы управления и мониторинга синхронных машин большой мощности // VI научная конференция «Управление и информационные технологии» / ИПУ им. В. А. Трапезникова РАН, Санкт-Петербург, 12-14 октября 2010. - С. 160-163.

71. Крюков О.В. Комплексная система мониторинга и управления ЭГПА // Материалы XXXIV МНПК «Передовые информационные технологии, средства и системы автоматизации и их внедрение на российских предприятиях» (AITA-2011). - М.: ИПУ РАН, 4-8 апреля 2011. - С.329-350.

72. Крюков О.В. Прикладные задачи теории планирования эксперимента для инвариантных объектов газотранспортных систем // Материалы IX МНТК «Идентификация систем и задачи управления» (SICPRO'12). - М.: ИПУ им. В.А. Трапезникова РАН, 30 января - 2 февраля 2012. - С.222-236.

73. Васенин А.Б., Крюков О.В., Степанов С.Е. Результаты компьютерного моделирования синхронных машин при работе на вентиляторную нагрузку// Труды XV МНТК «Электроприводы переменного тока», (ЭППТ-2012), УрФУ, Екатеринбург, 12-16 марта 2012. - С. 139-142.

74. Крюков О.В., Рубцова И.Е., Титов В.Г. Опыт проектирования и реализации электроприводов газотранспортных систем// Труды XV МНТК «Электроприводы переменного тока» (ЭППТ-2012), УрФУ, Екатеринбург, 12-16 марта 2012. - С.239-242.

75. Крюков О.В. Расширение возможностей газоперекачивающей техники средствами интеллектуального электропривода // Материалы XVIII Международного Симпозиума «Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования», СПб, СПбГПУ, 5-7 июня 2013. - С.90-99.

76. Крюков О.В., Степанов С.Е. Научное обоснование и энергосберегающие средства повышения эффективности ЭГПА // Тезисы V МНТК

«Газотранспортные системы: настоящее и будущее (СТ5-2013)», М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 29-31 октября 2013. - С.71.

Подписано в печать 13.02.2015. Формат 60 х 84 '/16. Бумага офсетная. _Печать офсетная. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 120 экз. Заказ 103.

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева.

Типография НГТУ. Адрес университета и полиграфического предприятия: 603950, ГСП-41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.