автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка концепции автоматизированного управления электроснабжением нефтегазодобывающих комплексов и технических требований к электрооборудованию

РГ 3 од

1 3 НОЯ 1ВС5

На правах рукописи

ЧАРОНОВ ВЛАДИЛЕН ЯКОВЛЕВИЧ

РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЮ

Специальность 05.09.03 - "Электротехнические комплексы и системы включая их управление и регулирование"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена в АО "Татнефть"

Научный руководитель -

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор АБРАМОВИЧ Б.Н.

доктор технических наук, профессор ЛИМИТОВСКИЙ A.M. кандидат технических наук, ЦАЙ А.Г.

Ведущее предприятие: Белорусский теплоэнергетический

институт

Защита состоится " " ^.В-Л^Сг^ои^ 1995 года в ¿¿Г час мин. на заседании диссертационного

Совета К.063.15.04. в Санкт-Петербургском государственном горном институте им.Г.В.Плеханова по адресу: 199026, г.Санкт-Петербург, 21 лшшя, 21 линия, д.2, ауд.№ ¿в-

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института им.Г.В.Плеханова.

Автореферат разослан " /^¿./РЛА-- 1995 г.

Ученый секретарь специализированного Совета доцент —77

Б.Г.Ашгаап!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Нефтегазодобывающие комплексы (НГДК) являются одними из наиболее крупных и ответственных потребителей эдектроэнерпш России. Заявленная ими мощность в часы максимума нагрузки энергосистемы превышает в ряде случаев 500 -г- 1000 МВт. В состав НГДК входят 10 и более нефтегазодобывающих предприятий (НГДП). Энергетический комплекс НГДК объединен единством технологии и финансово-экономической деятельности, связан одновременно с несколькими питающими энергосистемами или офшдильным поставщиком электроэнергии, имеющими различные фтдогсо-вые и нормативные положения.

НГДП, входящие в состав НГДК, рассредоточены на территории, превышающей сотни и тысячи км2. Недостаточный объем информационно-управляющего взаимодействия между установками для извлечения продукции скважгш, подготовки и транспортировки нефти внутри НГДК, комплексами сооружений хранения и внешней перекачки товарной нефти, подготовки и утилизации пластовых вод и поддержания пластового давления препятствует энергетической оптимизации показателей технологического процесса добычи нефти. Энергетическая составляющая затрат достигает 50% и более от общего объема затрат на добычу нефти, в ряде случаев может являться ограничивающим фактором с точки зрения "жизни" месторождения. Поэтому особую акту альность приобретает создание автоматизированной системы электроснабжения (АСУЭ), обеспечивающей физико-информационное объединение всех участвующих в технологическом процессе у становок в единый экономичный энергетический комплекс. Внедрение АСУЭ позволяет решить проблему организации безлюдной технолопш эксплуатации объектов энергетического хозяйства НГДК, а также:

- повысить качество электроэнергии и обеспечить оперативную локализацию и ликвидацию аварий;

- уменьшить удельный расход эдектроэнерпш на добычу нефти;

- уменьшить плату за потребление эдектроэнерпш за счет реализации оптимальных графиков нагрузки;

- уменьшить затраты на сооружение дополнительных объектов СЭС н средств связи;

- повысить электробезопасность и улучшить условия труда.

При практической реалнзащш АСУЭ НГДК возникла не-

обходамость разработать оборудование, обеспечивающие соответствие параметров добычных установок периоду эксплуатации нефтяных скважин и физико-информационное объединение электроустановок нефтегазодобывающих предприятий в единый экономичный энергетический комплекс, и концепцию управления электроснабжением НГДК в нормальных и экстремальных ситуациях.

Работа выполнена в АО'Татнефтъ" и на кафедре электротехники и электроснабжения горных предприятий Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) им.Г.В.Плеханова в соответствии с планами научно-исследовательских работ Миннефтепрома СССР, ГП"Роснефть", АО'Тагнефгь" и Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию.

Цель и задачи исследования. Целыо настоящей работы являлась разработка автоматизированной системы управления электроснабжением нефтегазодобывающих комплексов. Для практической реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработка концепции управления электропотребленн-ем с 4-го уровня иерархии АСУЭ (уровня НГДК) при отсутствии ограничений со стороны энергосистемы;

- разработка методики рационального распределения ограничении отпуска электроэнергии при ее лимитировании между НГДП, входящими в состав НГДК;

- обоснование выбора схемно-технических решений электрооборудования добычных установок с учетом периода эксплуатации нефтяных скважин;

- разработка системы телеуправления нефтяными скважинами по промысловым распределительным линиям 6(10) кВ;

- разработка унифицированной системы инженерных электрических коммуникащш для обустройства скважин.

Идея работы. Заключается в выявлении закономерностей приближения режима к энергетически оптимальному и разработке на их основе концепции управления электроснабжением и требований к параметрам электрооборудования, обеспечивающего физико-информационное объединение электроустановок нефтедобычи в единый экономичный энергетический комплекс.

Методы проведения исследований. Использованы: методы теории электрических цепей, методы теории электромагнитных процессов в системах электроснабжения, метода теории оптимизации, численные методы решения алгебраических и дифференциальных уравнений, физическое моделирование затухания

сигнала тональных частот в линии электропередачи, методы теоретического и экспериментального определения параметров н характеристик электромеханических комплексов.

Научная новизна работы представлена следующими положениями:

- разработана концепция управления режимами электропотребления НГДК с 4-го уровня иерархии АСУЭ, позволяющие осуществить для принятой системы разработки месторождения и комплексов технологического оборудования приближение режима электропотребления к энергетически оптимальному;

- разработана методика определегам удельных затрат электроэнергии на добычу нефти, преду сматривающая декомпозицию технологического процесса и упорядоченную обработку информации, включающей для каждого НГДП 41 независимую переменную, характеризующую геолого-технологические параметры;

- установлены зависимости между объемами снижения нефтедобычи и объемами лимитирования электропотребления;

- разработана методика рационального распределения ограничений отпуска электроэнерпш при ее лимитировании между НГДП;

- установлены параметры каналообразующей аппаратуры связи по промысловым линиям 6(10) кВ, обеспечивающей информационную интеграцию добычных установок в состав потребителей электроэнерпш НГДК управляемых техническими средствами АСУЭ;

Достоверность научных положений и выводов подтверждается достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, близкой сходимостью расчетных и экспериментальных данных.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- разработан комплекс мероприятий, обеспечивающий, при стабилизащш горно-технических параметров, снижение удельных энергозатрат на добычу нефти на 20-25%;

- разработано информационное обеспечение для реализации оптимального управления электропотребленнем при лимитировании параметров электропотребления;

- обоснованы схемно-техническне решения при выборе электрооборудования насосных установок для извлечения про-дукщш скважш! на дневную поверхность;

- обоснованы технические параметры электрооборудования станков-качалок в малодебнтный период эксплуатации скважин;

- разработана система телеуправления работой добычных установок с использованием в качестве линий связи ЛЭП 6(10) кВ, охватываемых подстанцией 35/6( 10) кВ.

- разработаны на уровне изобретений схемно-техннческне решения установок продольной и поперечной емкостной компенсации позволяющие реализовать рациональные режимы напряжения и реактивной мощности в промысловых распределительных сетях;

- разработана универсальная система инженерных электрических коммуникаций (УСИЭК), позволяющая многоразово использовать электрические линии и средства регулировать производительности насосных установок, компенсации реактивной мощности, потерь напряжения и телеуправления.

Реализация. Внедрено в промышленную эксплуатацию в АО'Татнефть" электрооборудование, обеспечивающее практического реализацию АСУЭ НГДК, обеспечивающее эксплуатацию месторождений без проведения дополнительных строительных и монтажных работ в течение всего периода "жизни" месторождения.

Фактический экономический эффект от внедрения результатов работы составил 33219,5 млн.руб.

ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Концепция управления режимами электропотреблення НГДК с 4-го уровня иерархии АСУЭ, предусматривающие приближение режима потребления электроэнерпш к энергета-ческн оптимальному.

Концепция предполагает минимизацию, с использованием средств АСУЭ, целевой функщш, содержащей разность массивов фактических и оптимальных удельных затрат электроэнергии на составляющие декомпозиции технологического процесса добычи нефти за расчетный период.

Методика определения удельных затрат электроэнергии на компоненты технологического процесса добычи нефти, уста-новливающая зависимости удельных показателей электропотреблення для каждого НГДП от независимых перемешгых, характеризующих горно-технологические параметры, в том числе обводненность, газовый фактор, глубина динамического уровня, режим напряжения в промысловой сети и др.

2.Методика распределения долей снижашя электропотребления и мощности между НГДП, в зависимости от уровня лимитирования. Зависимости недобора нефти от снижения

ского процесса и параметров электромеханического комплекса добычного оборудования. Целевые функции и алгоритмы их реализации по критерию минимума недобора нефти.

3. Схемно-технические решения и параметры электрооборудования для извлечения продукции скважин на дневную поверхность. Закономерности компоновки добычного электрооборудования в зависимости от периода "жизни" месторожде-ния.Зависимости показателей электропотребления добычного электрооборудования от режима напряжения в промысловой распределительной сети.

4.3ависимости характеристик каналообразующей аппаратуры связи по линиям 6(10) кВ от параметров промыслового электрооборудования и диапазона частот, используемого для передачи информации в условиях нефтедобычи.

Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на конференциях и семинарах ученых кафедры электротехники и электроснабжения горных предприятий СПбГГИ(ТУ) в 1990-1993 г., на совещаниях энергетических служб Мшшефтепрома СССР и ГГГ'Роснефтъ" в 1989-1992 г., на 1 и 2 международных симпозиумах "Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности", Л., 1991, Санкт-Петербург, 1992, на научно-техническом семинаре "Реализация энергоснабжения в условиях полного хозрасчета и самофинансирования", Л., 19-20 июня 1990 г., на научно-техническом совете АО'Татаефть", Российско-Финляндском семинаре " Автоматизированные системы управления электроснабжением", С-Петербург.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 5 авторских свидетельствах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на_страницах.

Содержит_рисунка,_таблиц, список литературы из_наименований и_приложении. Общий объем работы_страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Текущий период эксплуатации энергетического комплекса НГДК характеризуется опережающим ростом стоимости электроэнергии и текущих затрат на обслуживание энергохозяйства, что обусловило чрезвычайную актуальность разработки безлюдной технологии организации эксплуатации энерге-тиеского хозяйства НГДК с использованием технических

средств АСУЭ.

Разработка АСУЭ в России и зарубежом выполняется в ряде научных и проектных институтов, в том числе ВНИИО-ЭНГ, Гипротюменьнефтегаз, Белорусский теплоэнергетический институт, Санкт-Петербургский государственный горный институт и др. При этом работы по созданию АСУЭ развиваются как продолжение работ по проектировашпо автоматизированных систем контроля и учета электропотреблешм. Задачи создания АСУЭ являются предметом исследований, успешно выполненных Абрамовичем Б.Н., Гордеевым В.Н., Забелло Е.П., Новоселовым Ю.Б., Праховшпсом A.B., Михайловым В.В., Ба-хнром Ю.В., Хронусовым Г.С. и др. На основашш обобщения полученных указанными авторами результатов АСУЭ НГДК представляется 1шформационно-управляющей подсистемой в составе АСУТП, состоящей из 4-х иерархических уровнен. Определены объем задач и состав оборудования на каждом уровне АСУЭ НГДК. Представлен обзор современных исследований в области принципов построения и выбора оборудования АСУЭ. Обоснована целесообразность использовашш в качестве критерия приближения к энергетической оптимизации разработки месторождения минимизации удельного расхода электрической энерпш, как на отдельные компоненты технологического процесса добычи нефти, так и по НГДК в целом. Обоснованы цель и задачи диссертационных исследований.

Концепция управления режимами электропотребления НГДК

Реализация концепции приближения режима потребления электроэнергии к энергетически оптимальному достигается путем определения рациональных дифференцированных групповых норм расхода электрической энергии на добычу нефти для отдельных НГДП, непрерывного контроля в пределах планируемого периода фактического удельного расхода электроэнергии, сравнения фактического удельного расхода с оптимальной групповой нормой и в случае их отличия выдачи рекомендаций по проведению энергосберегающих мероприятий. Под расчетным периодом оценки показателей электропотреблешы noini-мается отрезок времени, в пределах которого технологический процесс устойчив и удельные расходы электроэнергии на добычу нефти насосным способом, транспорт, подготовку, хранение и внешнюю перекачку нефти, подготовку и утилизацию ливневых стоков и поддержание пластового давления (ППД) постон-ны. Реализация предложенной концепции предполагает мини-

мизащпо целевой функщш:

Fi(ca) = W4, - Wonr min или F2(co) = соф - ©опт min,

при ограничениях: tj.n <tp.n, Gl > Ginn, G: > Gíru, G3 > Gírui , G4 > G-III.T, G5 > Gsil-I , GÖ > Gfir.M,

где:\\^ф и Wonr - массивы фактического и оптимального расхода электроэнергии по НГДК за заданный период;

N - число НГДП в составе НГДК;

а>Ф и Стоит - массивы фактических и оптимальных удельных расходов электроэнергии по отдельным составляющим технологического процесса добычи нефти за заданный период;

tj.ii и 1Р п - заданный и расчетный период времени;

С1 и С|пл - фактическая и плановая добыча нефти за заданный период насосным способом;

И О 2 ал

- фактическая и плановая перекачка нефти до-жнмными насосными станциями (ДНС) за заданный период;

Сз и Сзпл - фактическая и плановая подготовка нефти за заданный период;

04 и С4пл - фактическая и плановая реализация (внешняя перекачка) товарной нефти за заданный период;

О.? и Сг5пл - фактическая и плановая подготовка нефти за заданный период;

вб и Сбпл - фактическая и плановая закачка воды ДЛЯ поддержания пластового давления (ППД) за заданный период;

В качестве заданного периода времеш! в условиях НГДК могут рассматриваться сутки, т.к. именно за этот период принято оценивать функционирование НГДП как единого техни-ко-энергетческого комплекса. Величина Ь.п должна быть скорректирована с длительностью действия ограничений потребле-Ш1я электроэнергии. При декомпозицннции технологического процесса на 6 составляющих компонент:

N

N

! оаФи......С0Ф10 |

j СоФЛ1......Ю^б ;

¡ юоптц......юопт1б

| COomjl......CúonTj6

Шф =

тФ>п.....юФ^'б i

<воптю

C0onTN6

где: Ю1 - удельный расход электроэнергии на извлечение продукции скважин на дневную поверхность насосным способом;

а2 - удельный расход электроэнергии на транспорт нефти от ДНС до ЦПС;

юз - удельный расход электроэнергии на подготовку нефти;

004 - удельный расход электроэнергии по комплексам сооружений хранения и внешней перекачки товарной нефти;

Ш5 - удельный расход электроэнергии на подготовку и утилизацию пластовых вод и производственно-ливневых;

©б - удельный расход электроэнергии по ППД.

Групповая фактическая и оптимальная нормы расхода электроэнергии:

Шф = \УфЛЗ , СОопт = ЧГ<тЮ ,

где: О - добыча нефти за заданный период.

На рис.1 представлен алгоритм управления режимами электропотребления с 4-го уровня иерархии АСУЭ, обеспечивающий энергетическую оптимальность (рациональность) процесса добычи нефти. Данный алгоритм практически не накладывает никаких ограничений на величину давления нагнетания, что позволяет планировать энергосбережение без ограничения добычи нефти.

Предложена методика определения оптимальных удельных затрат электроэнергии по компонентам технологического процесса. Методапса содержит уравнения зависимостей каждой компоненты от горно-геологических параметров. Методика предусматривает использование при расчетах дои каждого НГДП 41-ой независимой переменной. Поэтому для выполнения расчета удельных расходов электроэнергии на отдельные компоненты технологического процесса добычи нефти и групповой оптимальной нормы была разработана специальная "Инструкция по подготовке информации для расчета на ЭВМ норм расхода электрической энергии на добычу нефти". Данная инструкция является дополнением к "Методике расчета норм расхода электрической энергии на добычу нефти РД 39-3-93483". Инструкция включает раздел о сборе информации на энергообъектах НГДК.На основе положений раздела разработаны унифицированные входные документы.

Разработаны рекомендации, обеспечивающие снижение энергетической составляющей добычи нефти. Показано, что основными мероприятиями обеспечивающими снижение электропотребление НГДК, являются:

Начало I

Ввод исходных данных /

Расчет оптимальных удельных расходов

/

/Ввод оперативных / данных /

нет

0)Ф>С0опт

да

Разработка рекомендащш

Пфедача управляющих сигналов

I

,____[__

Конец

Рис.1.

- применение циклического заводнения;

- внедрение комплектных трансформаторных подстанции КТППН, позволяющих исключить двойную трансформацшо напряжения на скажинах,оборудованных КТППН;

- внедрение энергосберегающего оборудования, обеспечивающего регулирование производительности установок с центробежными и штанговыми насосами;

- совершенствование энергетических характеристик технологических насосных установок;

- приведение параметров и характеристик добычного оборудования в соответствие с периодом эксплуатации скважин (ликвидация "избытка мощностей");

- управление формированием суточных 1рафиков нагрузки НГДП и НГДК в целом путем смещения зоны максимальных нагрузок в тарифную зону с минимальной оплатой.

Распределение долей снижения электропотребления и мощности между НГДП при их лимитировании

Разработана методика распределения долей снижения электропотребления и мощности между НГДП, входящими в НГДК, в зависимости от уровня лимитирования. При лимитировании по каждому из потребителей-регуляторов (ПР) НГДП рассчитываются нагрузки аварийной и технолопгаеской брони. Показано, что в условиях НГДП в качестве ПР могут быть использованы кустовые (КНС), блочные (БНС) и дожимные (ДНС) насосные станции, термохимические и буровые установки. Для таких потребителей разработан способ распределения отключаемых нагрузок пропорционально регулировочным возможностям.

Отключаемые нагрузки при неглубоких ограничениях согласно предложенному способу определяются из выражении:

ДР, .ОГр. = ЮхДРогр.з = АРогр .3 х Х1.0Гр.В /ЕР. .огр.в

где: К1, Кг,.., К - коэффициенты участия каждого потребителя в ограничении по мощности, причем Ю + Кг +...+ К. = 1;

АРьогр - рассчитываемая величина ограничиваемой ¡-той нагрузки;

ДРогрл - заданная величина суммарной ограничиваемой нагрузки;

ДРогрл - возможная величина ограничиваемой нагрузки ¿-того потребителя без затрагивания технологической брошь

При глу боких ограничениях по мощности и энергии Д ЭД -отключение электрооборудования ведет к снижению уровня добычи нефти, причем это снижение Д&, функционально зависимое от , как правило нелинейно. В этом случае целевая функция записывается в следующем виде: п п

Р(Х) = 1 ЛSi + Х( т - А —>гнш , 1=1 ¿=1

где: функции ДБ! = f(ДWi) - неубывающие дифференцируемые функции первого, второго или более высокого порядка, определяемые на основе экспериментальных данных по каждой группе однотипных регулировочных мероприятий;

Х- неопределенный множитель Лагранжа;

п

ЕД\У, = Д- ограничительное условие к функции Р(А.).

1=1

Расчеты показали, что при ограничении электропо-треблегам, затрагивающем технологическую бронь, в первую очередь следует отключать двигатели КНС.

Схемно-технические решения и параметры электрооборудования

Средний срок "жизни" нефтяных скважин составляет около 20 лет. За это время оборудование меняется несколько раз. Это объясняется, в первую очередь, не физическим износом оборудования, а изменением дебита скважины. Действительно, в "жизни" скважин можно выделить 4 периода: период фонтанирования, период эксплуатащш с дебитом свыше 100 т/сутки ( высокодебитньш период), период эксплуатащш с дебитом 3100 т/сутки ( среднедебитный период), период эксплуатащш с дебитом менее 3 т/сутки (низкодебитный приод).

Разработаны компоновки добычного электрооборудова-1шя в зависимости от периода "жизни" скважины. Для высоко-дебитного и среднедебитного периода предусмотрено применение преобразователей частоты, обеспечивающих непрерывный режим работы и снижение динамических нагрузок на электромеханическое оборудование добычных установок. В низкодебитный период эксплуатащш рекомендовано использовать малооборотные асинхронные двигатели, позволяющие привести в соответствие параметры добычных скважин и станков-качалок, без изменения конструкции последних.

Замена оборудования скважинных насосов требует одновременной замены электрических коммуникаций, и является крайне дорогостоящим мероприятием в труднодоступных регионах и регионах с интенсивно используемой инфраструктурой. Поэтому разработана универсальная система инженерных электрических коммуникащш (УСИЭК), которая предполагает многоразовое использование электрических лшшй, средств регулирования производительности добычного оборудования, компенеащш реактивной мощности, потерь напряжения и телеуправления добычными установками. УСИЭК включает в себя комплектную понизительную трансформаторную подстанцию наружной установки (КТППН), установку поперечной емкостной компенсации (УПЕК), установку продольной емкостной компенеащш (УПК), устройство присоединения и станцию управления телемеханической системы, станцию с преобразователем частоты, подключательный пуцкт, кабельные линии и заземляющее устройство.

Разработаны на уровне изобретений комбинированные системы, включающие УПЕК и УПК, реализующие переключение блоков секций конденсаторов таким образом, что обеспечивается успешный пуск АД добычной установки (ДУ) и исключается возможность перекомпенсации реактивной мощности. Предложена на уровне изобретений УПК, обеспечивающая в составе УСИЭК компенсацию потери напряжения и предотвращающая развитое субгармонических колебаний.

Установлено, что при реализащш рациональных режимов напряжения (0,95-0,97 o.e.) и реактивной мощности в промысловой сети и на вводе в скважину обеспечивается снижение потребления полной и реактивной мощности и тока соответственно на 0,4-0,46 o.e., 0,45 o.e. и 0,18-0,22 o.e., где за базис приняты соответствующие номинальные параметры ПЭД. Рекомендовано при отсутствии ПЧ в составе электрооборудования ДУ применять местные УПЕК и УПК.

Характеристики каналообразующей аппаратуры связи по линиям 6(10) кВ

При разработке каналов связи по ЛЭП 6(10) кВ между добычными установками (ДУ) и промысловыми распределительными электроподстанциями определен диапазон частот, которые могут быть использованы для передачи информации без 1ромоздких и дорогостоящих устройств присоединения. Диапазон частот снизу ограничен уровнем помех создаваемых

высшими гармоническими в ЛЭП, и составляет 1000 Гц. Сверху диапазон частот ограничен затуханием сигнала в трехфазной ЛЭП и связанной с этим минимальной мощностью передающего устройства.

Расчет затухания в трехфазной линии электропередачи производился с использованием телеграфных уравнений методом волновых каналов. Преобразованная система уравнений решалась численными методами. Полученные результаты сопоставлялись с данными физического моделирования. При физическом моделировании промысловая ЛЭП представлялась цепочечной П-образной схемой замещения, в которой одна ячейка представляла 0,5 км ЛЭП. Сопоставление результатов аналитических расчетов и физического моделирования показало их сходимость с точностью 15-20%. Поэтому при дальнейших исследованиях использовалась математическая модель передачи сигнала в ЛЭП.

Установлено, что для передачи сигналов телемеханики по промысловым ЛЭП без высокочастотных заградителй целесообразно использовать диапазон частот 1 -8 кГц. В этом случае-необходимая мощность передатчика не превышает 100 Вт. При большей частоте минимально необходимая мощность резко возрастает.

Выбраны частота несущей 6 кГц и конденсаторный способ присоединения каналообразающей аппаратуры, который обеспечивает относительно малые потери энергии высокочастотного сигнала.

На основании полученных результатов разработана система телеуправления и телесигнализации работы нефтедобывающих установок, с использованием в качестве линий связи ЛЭП 6(10) кВ, охватываемых подстанцией 35/6(10) кВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработаны концепция и алгоритм управления режимами электропотребления НГДК с 4-го уровня иерархии АСУЭ. Концепция предусматривает приближение режима потребления к энергетически оптимальному для принятых системы разработки месторождения и комплексов технологического оборудования. При реализации предложенной концепции с использованием средств АСУЭ производится оперативное управление режимами электропотребления во всех компонентах

технологического процесса добычи нефти, параметры и энергетические установки которых приближены к возможности реализации целевой функции минимизации удельных энергозатрат. При наличии ограничений концепция предусматривает рациональное распределение долей снижения электропотребления и мощности между НГДП.

На основании сопоставления и минимизации целевой функщш с ограничениями рассчитываются доли отключаемой мощности и снижезшя электропотребления установками, перечень которых упорядочен по убыванию удельного расхода электроэнергии на добычу нефти.

Разработана методика определения оптимальных удельных затрат электроэнергии на составляющие декомпозиции технологического процесса. Методика предусматривает упорядоченную обработку потока информации, характеризующей геолого-технологические параметры составляющих компонентов процесса нефтедобычи.

Выявлены основные мероприятия, обеспечивающие снижение энергетической составляющей затрат на добычу нефти на 20-25% и уменьшение сокращения суточной добычи нефти на 3,2%.

2.Разработан комплекс электрооборудования, позволяющий реализовать внедрение АСУЭ НГДП.

Обоснованы схемно-техшгческие решения при выборе электрооборудования с учетом периода эксплуатации место-рождения.Показано, что в малодебитный период эксплуатации на станках-качалках следует заменять двигатели с частотой вращения 970 об/мин на двигатели с частотой вращения 485 об/мин и вдвое меньшей мощности. При этом значительно уменьшаются потери энергии в двигателе и в клхшоременной передаче. Обоснована целесообразность построения замкнутой системы автоматического регулирования производительности насоса с использованием обратной связи по величине давления на приеме глубшшого насоса.Рекомендовано при отсутствии ПЧ в составе электрооборудования ДУ применять местные УПЕК и УПК.

3. Разработана система телеуправления работой добычных установок с использованием в качестве линий связи ЛЭП 6(10) кВ, охватываемых подстанцией 35/6(10) кВ. Показано, что ввод тонального частотного сигнала в ЛЭП 6(10) кВ целесообразно осуществлять по схеме "фаза-земля". Значительная протяженность ЛЭП 6(10) кВ ограничивает возможный диапазон использования тональных частот в пределах 1 - 8 кГц. Произ-

веден выбор схем и устройств присоединения, позволяющих организовать канал связи по ЛЭП 6(10) кВ длиной до 20 км.

4.Разработана уштерсальная система инженерных электрических коммуникаций (УСИЭК), позволяющая многоразово использовать электрические линии, средства регулирования производительности насосных установок, компенсации реактивной мощности и потерь напряжения, системы телеуправления и телесигнализации. Система УСИЭК обеспечивает возможность комплектации добычных скважин оборудованием, соответствующим периоду их эксплуатации, без проведения дополнительных строительных и монтажных работ. Предложены на уровне изобретешш комбинированные системы, включающие УПЕК и УПК и исключается режим перекомпенсации реактивной мощности. Предложена на уровне изобретения УПЕК, обеспечивающая в составе УСИЭК компенсацию потерь напряжашя и предотвращающая развитие субгармонических колебаний.

5. Проведены экспериментальные исследования режимов работы УЭЦН и местными устройствами продольной и поперечной компенсащш. Установлено, что включение УПЕК позволяет осуществить практически полную компенсащпо потребляемой УЭЦН реактивной мощности. Подтвержден рациональный уровень напряжения в ЛЭП, составляющей 0.95 - 0.98. Местная УПК позволяет повысить уровень напряжения на электрооборудовании УЭЦН на 3 - 5%, а также сокращает длительность пуска ПЭД.

6.Результаты диссертационной работы реализованы в НГДК АО 'Татнефть". Внедрение результатов позволило согласовать технологические процессы добычи и электроснабжения НГДК. Экономический эффект от внедрения предложенной концепции управления электропотреблением с учетом ограничений электропотребления и разработанного комплекса электрооборудования составил 33219,5 млн.рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

ГЧаронов В.Я., Абрамович Б.Н., Иванов О.В. A.c. № 1185490. Установка продольной емкостной компенсации. Опубликовано в Б.И., 1985, №38.

2.Чаронов В.Я., Абрамович Б.Н., Ананьев К.А., Каменев П.М. А. с. № 1474794. Устройство для регулирования напряжения. Опубликовано вБ.И., 1989, №15.

З.Чаронов В.Я., Абрамович Б.Н., Ананьев К.А., Коновалов Ю.В. А. с. № 1721704. Устройство для автоматического

регулирования режимов реактивной мощности узла нагрузки. Опубликовано в Б.И., 1992, №11.

4.Чаронов В.Я., Абрамович Б.Н., Ганский В.П. A.c. № 1410184. Устройство для регулирования напряжения. Опубликовано в Б.И., 1988, №26.

5.Чаронов В.Я., Абрамович Б.Н. и др. А. с. № 1661910. Источник реактивной мощности узла нагрузки. Опубликовано в Б.И., 1988, №29.

6.Абрамович Б.Н., Чаронов В.Я. Совершенствование режима потребления элекгроэнерпш на предприятиях нефтедобычи. Нефтяное хозяйство, 1988, №7.

7.Абрамович Б.Н., Чаронов В.Я. Устройство защиты установок продольной емкостной компенеащш (УПК) от перенапряжений и субгармонических колебаний. Машины и нефтяное оборудование, 1985, №5.

8.Абрамович Б.Н., Чаронов В.Я. Энергетические показатели режимов работы электрооборудования УЭЦН и способы их улучшения. Нефтяное хозяйство, 1985, №5.

9.Абрамович Б.Н., Чаронов В.Я. Экспериментальное исследование режимов работы установок с электроцентробежными насосами для нефтеотдачи с местными устройствами продольной и поперечной компенеащш. -М.: Библиотечный указатель ВИНИТИ "Депонированные научные работы", 1984, №12, с. 164.

Ю.Абрамович Б.Н., Гарифулин В.Г., Коновалов Ю.В., Чаронов В.Я. Управление возбуждением синхронных двигателей с использованием микропроцессорных приборов для дистанционного учета электропотребления. Промышленная энергетика, 1989, №9.

11.Абрамович Б.Н., Ганский В.П., Чаронов В.Я. и др. Учет и регулирование электропотребления с использованием микропроцессорной техники. Электрические станщш, 1989, №9.

12.Абрамович Б.Н., Чаронов В.Я. Электрдвигатели насосных станщш как потребители-регуляторы активной и реактивной мощности. -М.: Нефтяное хозяйство, 1990, №5.

13.Гешш B.C., Чаронов В.Я. Система телеуправления нефтяных скважин по линиям электроснабжения 6(10) кВ. Российско-Финляндский семтшар "АСУЭ для предприятий горнодобывающей промышленности". Тезисы докладов. Санкт-Петербург-Хельсинки, 25-30 апреля 1994.

14.Абрамович Б.Н., Евсеев А.Н., Чаронов В.Я. и др. Эффективность автоматического регулирования режима напряжения в центрах питания промышленных предприятий. -М.:

Сборник. Научно-производственные достижения нефтяной промышленности в новых условиях хозяйствования, 1989, №10.

15.Абрамович Б.Н., Чаронов В.Я., Чернявская И.А. Эффективность энергосбережения в регионах с горнодобывающими комплексами. Проблемы энергосбережения и эффективность экономики региона. Тезисы докладов НПК. Ленинград 26-27 марта 1990 г.

16.Абрамович Б.Н., Чаронов В.Я., Чернявская И.А. Автоматизированные системы управления электропотреблением для предприятий горнодобывающего комплекса. Российско-Финляндский семинар "АСУЭ для предприятий горнодобывающей промышленности и перерабатывающего комплекса". Тезисы докладов. Санкт-Петербург - Хельсинки, 25-30 апреля 1994 г.

РИЦ СПГГИ. 30.10.95. э.580. т.100 экз.

199026 Санкт-Петербург, 21-я линия, 2