Анализ аварийности и причин выхода из строя конденсаторных установок в системе электроснабжения нефтегазодобывающего месторождения

Оригинальная статья / Original article УДК 621.314.26

DOI: http://dx.d0i.0rg/l 0.21285/1814-3520-2019-1 -63-74

Анализ аварийности и причин выхода из строя конденсаторных установок в системе электроснабжения нефтегазодобывающего месторождения

© И.В. Алфёров*, В.М. Зырянов**, Н.А. Митрофанов***

*ООО «Айроэлектро», г. Новосибирск, Российская Федерация

**,***Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск, Российская Федерация

Резюме: Проведение экспериментальных исследований качества электроэнергии в автономной системе электроснабжения одного из предприятий нефтегазодобывающей отрасли на шинах 0,4 кВ подстанции 6/0,4 кВ, оценка гармонического состава тока и напряжения в различных узлах электрической сети. Численный анализ степени искажения синусоидальности напряжения и тока в распределительной сети выполняется посредством инструментального замера: анализатором качества электроэнергии «Ресурс^2М» и цифровым осциллографом Hantek DSO 1102B. Проведен анализ нарушений технологического процесса, вызванных наличием гармонических искажений в системе электроснабжения. По полученным эксплуатационным данным собрана статистика аварийных событий различного рода электрооборудования подверженного влиянию высших гармоник. Высшие гармоники тока и напряжения существенно ухудшают условия эксплуатации основных элементов силового оборудования энергосистем, негативно влияют на устройства релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи, что в итоге, исходя из представленной статистики аварийных событий, приводит к серьезным технологическим сбоям и значительным экономическим издержкам.

Ключевые слова: высшие гармоники, анализатор качества, гармонический состав, статистика аварийных событий, конденсаторные установки, качество электроэнергии

Информация о статье: Дата поступления 19 декабря 2018 г.; дата принятия к печати 22 января 2019 г.; дата онлайн-размещения 28 февраля 2019 г.

Для цитирования: Алфёров И.В., Зырянов В.М., Митрофанов Н.А. Анализ аварийности и причин выхода из строя конденсаторных установок в системе электроснабжения нефтегазодобывающего месторождения. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019;23(1):63—74. DOI: 10.21285/18143520-2019-1-63-74.

Analysis of accident rate and reasons of condensing unit failures in electrical energy supply system of oil and gas production

Igor V. Alferov, Vyacheslav M. Zyryanov, Nikolay A. Mitrofanov

AiroElectro LLC, Novosibirsk, Russian Federation

Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation

Abstract: The paper deals with the experimental studies of the quality of electrical energy in the stand alone system of power supply of one of the enterprises of the oil and gas industry on 0.4 kV buses of 6/0.4 kV substation as well as estimates the harmonic composition of current and voltage in various nodes of the electrical network. Numerical analysis of the distortion degree of the voltage and current waveform in the distribution network is performed using instrumental measurements by means of Resource-UF2M power quality analyzer and Hantek DSO 1102B digital oscilloscope. The analysis is given to process flow disruptions caused by the presence of harmonic distortions in the power supply system. Failure statistics for various kinds of electrical equipment exposed to higher harmonics has been collected on the base of the obtained operational data. Higher harmonics of current and voltage significantly worsen the operating conditions of the main elements of the energy system power equipment, have an adverse effect on relay protection, automation, telecontrol and communication devices, which according to the presented statistics of emergency events leads to serious technological failures and significant economic costs.

Keywords: higher harmonics, quality analyzer, harmonic composition, accident rate statistics, capacitor units, power quality

Information about the article: Received December 19, 2018; accepted for publication January 22, 2019; available online February 28, 2019.

For citation: Alferov I.V., Zyryanov V.M., Mitrofanov N.A. Analysis of accident rate and reasons of condensing unit failures in electrical energy supply system of oil and gas production. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo univer-siteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2019;23(1):63-74. (In Russ.) DOI: 10.21285/1814-3520-20191-63-74.

Введение

В современной промышленности все большее распространение получают электропотребители с нелинейными вольт-амперными характеристиками. Такие устройства потребляют из сети несинусоидальный ток, вследствие чего возникают искажения кривой напряжения. Это негативно влияет на условия эксплуатации, как силового оборудования, так и устройств релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи [1, 2]. Экономический ущерб, вызванный высшими гармониками (ВГ), обусловлен ухудшением качества электроэнергии, снижением надежности функционирования энергосистемы и сокращением срока службы оборудования.

В автономных энергосистемах нефтегазодобывающих регионов, несмотря на значительное увеличение в последнее десятилетие доли нелинейной нагрузки, приводящей к существенному искажению формы кривой напряжения и тока, обеспечению качества электроэнергии уделяется недостаточное внимание, что в итоге нередко приводит к серьезным технологическим сбоям и значительным экономическим издержкам. Кроме того, в автономных энергосистемах имеют место значительные отклонения частоты, которые снижают эффективность традиционных средств борьбы с

высшими гармониками. Более того, фильтрами высших гармоник в этих энергосистемах нередко пренебрегают.

Наиболее уязвимым оборудованием в этих условиях являются устройства компенсации реактивной мощности, которые выходят из строя от перегрузки токами высших гармоник [3]. Их ремонт в условиях удаленности сервисных центров связан со значительными затратами времени, в течение которого невозможно обеспечить адекватную степень компенсации реактивной мощности со всеми вытекающими последствиями.

Целью исследования является оценка гармонического состава токов и напряжений в различных узлах исследуемых автономных систем электроснабжения предприятий нефтегазового комплекса, сбор статистических данных по аварийным событиям различного рода оборудования, связанных с наличием высших гармоник в сетях 6 и 0,4 кВ, а также их анализ.

Для достижения поставленных задач выполнен ряд инструментальных замеров на подстанциях 35/6 кВ и КТП 6/0,4 кВ кустовых площадок. Также проведено исследование искажений формы кривых тока и напряжения, вызванных различными типами частотных преобразователей, при вариации их режимов работы.

Дополнительные потери в основных силовых элементах энергосистемы

Несинусоидальность напряжения и тока вызывает дополнительные потери в основных силовых элементах энергосистемы, затрудняет компенсацию реактивной мощности с помощью устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ), сокращает срок службы изоляции электрических машин, приводит к возникновению их дополнительной вибрации, снижает эффективность функционирования устройств автоматики,

телемеханики и связи. Все это обусловлено тем, что основное оборудование - генераторы, трансформаторы, двигатели, кабели, УКРМ проектируются для работы с синусоидальной формой кривых токов и напряжений. В их конструкции, как правило, не учитывается дополнительное воздействие токов высших гармоник.

Искажение формы кривой напряжения заметно сказывается на возникновении

и протекании процессов ионизации в материале изоляции электрических машин и трансформаторов [3]. При наличии газовых включений в изоляции происходит ионизация, с образованием и последующей нейтрализацией объемных зарядов. Нейтрализация зарядов связана с рассеянием энергии, следствием чего является электрическое, механическое и химическое воздействие на материал диэлектрика. Вследствие этого развиваются местные дефекты в изоляции, что приводит к увеличению диэлектрических потерь и, в итоге, к ее ускоренному старению и сокращению срока службы. Количество разрядов в газовых включениях зависит от формы кривой напряжения, приложенного к изоляции [3].

Высшие гармоники напряжения и тока приводят к дополнительным потерям в обмотках статора, в цепях ротора, а также в стали статора и ротора. Потери в проводни-

Воздействие высших гармо

Перетоки мощности на высших гармониках в сети значительно загружают установленные на подстанциях (ПС) и у потребителей, батареи статических конденсаторов (БСК) со стороны 6 и 0,4 кВ, соответственно. В связи с загрузкой токами ВГ в большей части возможных режимов БК не способны обеспечить полную расчетную компенсацию реактивной мощности в узле нагрузки. Кроме того, при изменении режима энергосистемы производятся коммутации ступеней устройства компенсации реактивной мощности (УКРМ) автоматической системой управления, вследствие чего возникают коммутационные переходные процессы. В результате, КУ во время этих переходных процессов нагружается дополнительными токами высших гармоник, что в итоге увеличивает риск выхода из строя элементов конденсаторной установки.

Включение конденсаторных батарей или регулирование автоматическим устройством компенсации реактивной мощности ^ф вызывает изменение конфигурации сети, в результате которого возможно появ-

ках статора и ротора из-за вихревых токов и поверхностного эффекта при этом больше, чем определяемые омическим сопротивлением. То же самое относится и к трансформаторам.

Дополнительные потери приводят к повышению общей температуры машины и к местным перегревам, наиболее вероятным в роторе. Двигатели с короткозамкну-тым ротором допускают более высокие потери и температуру, чем двигатели с фазным ротором. Токи высших гармоник в статоре машины приводят к появлению на валу вращающих моментов в направлении вращения магнитного поля гармоники, что может приводить к вибрации вала двигателя.

В кабельных линиях высшие гармоники напряжения увеличивают воздействие на диэлектрик пропорционально квадрату их амплитуды, что приводит к росту числа повреждений кабелей и затрат на ремонт.

на конденсаторные установки

ление резонанса напряжений, и, как следствие, резкого возрастания тока этой резонансной частоты. Практика показывает, что работа конденсаторных установок без защитных реакторов сопряжена с частыми неисправностями отдельных конденсаторных элементов и коммутационных устройств.

При наличии ВГ в кривой напряжения процесс старения диэлектрика в батареях конденсаторов протекает также более интенсивно, чем при работе от синусоидального напряжения. Это объясняется тем, что физико-химические процессы старения в диэлектриках значительно ускоряются при высоких частотах электрического поля. Аналогично влияет дополнительный нагрев, вызванный протеканием токов ВГ. Экспериментально показано [3], что уже при значении коэффициента несинусоидальности кнс = 5% через 2 года эксплуатации tgб конденсаторов увеличивается в 2 раза. Несмотря на то, что конденсаторные установки могут длительно работать при перегрузке током и напряжением, срок их службы в таких условиях значительно сокращается.

Опираясь на многолетний опыт эксплуатации конденсаторных установок, можно констатировать, что поток отказов конденсато-

ров в составе УКРМ по отношению к заявленному их сроку службы неуклонно возрастает.

Особенности системы электроснабжения нефтегазодобывающего месторождения

Анализ работы электрооборудования в условиях несинусоидальных напряжений и токов проведен в одной из автономных энергосистем, обслуживающих нефтегазодобывающую отрасль, в составе которой имеется значительная доля нелинейной нагрузки. В сети 6 и 0,4 кВ установлены устройства компенсации реактивной мощности, выполненные без защитных дросселей. В рассматриваемой автономной энергосистеме имеются газопоршневая (ГПЭС) и газотурбинная (ГТЭС) электростанции, работающие на попутном газе, суммарной мощностью 170 МВт, которые обеспечивают

Результаты инст|

Оценка искажений синусоидальности в рассматриваемой автономной энергосистеме проводилась с помощью анализатора качества электроэнергии «Ресурс-UF2M». Мгновенные значения токов и напряжений в виде осциллограмм получены с помощью портативного цифрового осциллографа Hantek DSO1000.

Замеры выполнены на реальных объектах нефтегазодобычи и с целью сохранения конфиденциальности предоставляемой информации, эксплуатационные

электроэнергией всю инфраструктуру добычи и транспортировки нефти, включая жилой и административный секторы. Структура электропотребления характерна для нефтедобывающих регионов: синхронная и асинхронная нагрузка с двигателями значительной единичной мощности, с устройствами плавного пуска и частотно-регулируемыми электроприводами, выпрямительная нагрузка с устройствами подогрева скважин (УПС) и станциями управления электроцентробежных насосов (ЭЦН), осветительная и бытовая. В составе энергосистемы 10 ПС 35/6 кВ и более 100 комплектных трансформаторных подстанций (КТП).

гальных замеров

обозначения заменены условными. В профессиональной терминологии нефтяной промышленности слово «куст» обозначает площадку, на которой непосредственно ведется добыча нефти и газа и расположено все электротехническое и технологическое оборудование, обеспечивающее этот процесс.

Результаты замеров на ПС 35/6 кВ представлены в табл. 1, 2. Измерения проведены: на вводе 6 кВ, отходящих фидерах 6 кВ и в ячейке конденсаторной батареи

Таблица 1

Коэффициенты искажения синусоидальности напряжения и тока ПС 35/6 на шинах 6 кВ

Table 1

Current and voltag je waveform distortion factors at 35/6 substa tions on 6 kV buses

Узел замера kHCuAB, % kHCuBC, % kHCuCA, %

Секция 6 кВ 7,4 7,6 7,5

Сечение замера kHCiA,% kHCiB, % kHCiC, %

Ввод 6 кВ 11.4 10 10,5

Фидер № 1 34,1 33,1 35,1

Фидер № 2 61,1 59.3 63,5

БК/CB 40,5 42,5 41,5

Таблица 2

Коэффициенты 1-ой гармонической составляющей напряжения и тока ПС 35/6 на шинах 6 кВ

Table 2

Voltage and current vth harmonic component factors at 35/6 substations on 6 kV buses

№ гармоники у — 2 у — 3 у — 5 у — 7 у —11 у —13

kHCun 0,17 0,60 8,06 2,5 1,22 0,78

Сечение замера kan,%; у a

Ввод 6 кВ 0,7;3,4 0,7;3,5 10,9;55,8 4,6;23,3 0,3;1,7 1;5,1

Фидер № 1 2,1;1,5 1,9;1,4 30,6;22,8 14,7;10,9 5,9;4,4 4,;3,1

Фидер № 2 6,9;2,7 4,7;2,5 60,3;31,8 12,7;6,7 7,3;3,9 1,93;1

БК/СВ 0,3;0,2 0,8;0,5 41,2;25,3 18,4; 11,3 12,8;7,9 7,8;4,8

6 кВ. В таблицах приняты следующие обозначения: киАв - коэффициент искажения синусоидальности линейного напряжения, кип - коэффициент п-й гармонической составляющей напряжения. Также в таблице отображены значения коэффициентов п-й гармонической составляющей тока кп Замеры искажений кривых тока и напряжения проведены в соответствии требованиями ГОСТ 321442013 на качество электроэнергии.

На рис. 1 представлена упрощенная схема опыта по замеру гармонического состава тока на ПС 35/6 кВ. Осциллограммы тока и напряжения на ПС 35/6 представлены на рис. 2, 3. Сечение замера тока - отходящий фидер № 1, узел замера напряжения -секция шин 6 кВ ПС 35/6 кВ.

Инструментальные замеры на КТП 6/0,4 кВ проведены в следующих узлах: ввод 0,4 кВ, фидер на устройство прогрева скважин; фидер на станцию управления центробежным насосом; автомат, питающий конденсаторную установку. Устройство прогрева скважин представляет собой тири-сторный выпрямитель для регулирования температуры греющего кабеля. Станции управления погружными насосами типа Электон-4 являются линейной нагрузкой и не влияют на показатели качества электроэнергии. УКРМ снабжена автоматикой регулирования дополнительных ступеней реактивной мощности (имеется возможность работы, как в автоматическом, так и в ручном режиме).

Рис. 1. Схема проведения опыта по замеру гармонического состава тока на ПС 35/6 Fig. 1. Diagram of the experiment on measuring the harmonic composition of current at 35/6 substation

Рис. 2. Осциллограмма тока на отходящем фидере №1 ПС 35/6 Fig. 2. Current oscillogram on outgoing feeder No. 1 at 35/6 substation

Рис. 3. Осциллограмма напряжения на шинах 6кВ ПС 35/6 Fig. 3. Voltage oscillogram on 6kV buses at 35/6 substation

Таблица 3

Коэффициенты искажения синусоидальности напряжения КТП 6/0,4 на шинах 0,4 кВ

Table 3

Voltage waveform distortion coefficients at 6/0.4 transformer substation on 0.4 kV buses

Узел замера kHCuAB, % kHCuBC, % kHCuCA, %

1 секция 0,4 кВ 6,2 6,3 6,4

2 секция 0,4 кВ 6 6 6,2

3 секция 0,4 кВ 15,3 16,3 16,4

Таблица 4

Коэффициенты искажения синусоидальности составляющих токов КТП 6/0,4

Table 4

Waveform distortion coefficients of the current components at 6/0.4 transformer substation

Сечение замера Ввод 0,4 кВ Фидер на УПС БК/CB ЭЦН/ ECP

Куст 1 3 1 2 3 2 3 3

kHCiA 31,8 43 36,6 37,5 34,9 47,7 93,1 15,3

kHCiB 33,2 43,5 35,7 35,9 38,7 40,8 94,9 16,9

kHCiC 34,2 43,3 38,7 39 37,7 45,2 98,1 16,7

Рис. 4. Осциллограмма тока на вводе 0,4 кВ КТП 6/0,4 кВ, куст 1 Fig. 4. Current oscillogram at the input of 0.4 kV buses at 6/0.4 kV transformer substation, circuit 1

Результаты замеров показывают, что коэффициенты искажения синусоидальности напряжения ПС 35/6 на стороне 6 кВ и КТП 6/0,4 на стороне 0,4 кВ превышают регламентированные ГОСТ 32144-2013 РФ нормативы. Значения коэффициента 5-й гармоники на стороне 6 кВ и коэффициентов 5, 7, 11-й гармоник на стороне 0,4 кВ также выходят за нормированные стандартом пределы. Ввиду отсутствия единого стандарта в РФ по предельно допустимым гармоникам

тока, для сопоставления гармонического состава тока используем зарубежные стандарты: Австралии ^ 2279.2) и США (IEEEStd 519). Здесь так же, как и в случае с напряжением, наблюдается превышение нормативов, но в отличие от гармоник напряжения, в процентном отношении гармонические искажения по току имеют весьма существенные значения и на КТП 6/0,4 кВ их величина может составлять до

Таблица 5

Коэффициенты У-ой гармонической составляющей напряжения и тока КТП 6/0,4

Table 5

Voltage and current Уth harmonic component factors at 6/0.4 transformer substation

№ гармоники у — 2 у — 3 у — 5 у — 7 у —11 у —13

ЬнСип,% (K.1) 0,26 0,16 5,92 1,01 1,11 0,53

ЬнСип,% (К.3) 0,12 0,26 14,2 4,35 3,18 1,22

ЬнСип,% (к.2) 0,12 0,16 4,6 1,7 1,2 1

сечение замера Ьщпу a

1 ввод 0,4 кВ 1,9;3,5 12,1 ;22,5 29,3;54,4 7,72;14,4 7,75;14,3 2,4;4,4

3 ввод 0,4 кВ 2,6;3,6 0,7;0,9 35;47,5 16,4;22,3 16,2;21,9 4,5;6

2 БК 0,4 кВ 0,17;0,08 0,47;0,23 22,8;11 11,7:5,62 13;6,24 13,5;6,5

3 БК 0,4 кВ 0,38;0,2 1,69;0,81 72;35 31;15 40,6;19,7 18,1 ;8,8

2 УПС 0,4 кВ 4,61 ;2,2 6,6;3,13 42,9;20,3 10,6;5,01 12,5;5,9 3;1,41

1 УПС 0,4 кВ 3,3;1,85 3,96;2,2 31,9;17,7 11,32;6,3 11,19;6,3 3,68;2,1

3 УПС 0,4 кВ 3,47;1,3 2,28;0,86 28,7; 10,8 11,26;4,3 9,76;3,7 6,85;2,6

50% от основной гармоники тока. Такое искажение формы кривой тока, согласно стандарту США, считается недопустимым, так как оборудование энергосистемы не рассчитано на эксплуатацию при таком качестве электроэнергии. Очевидно, что в РФ нормирование степени искажения формы кривой тока также со временем будет введено.

Также стоит отметить значительные искажения кривой тока при замере на конденсаторных батареях. Перегрузка БК токами высших гармоник достигает величины тока основной гармоники, что не проходит бесследно для работы конденсаторных батарей, о чем свидетельствует статистика аварийных событий, приведенная ниже.

Статистика аварийных событий

В настоящее время задача повышения качества электроэнергии становится еще более актуальной, что подтверждает большое количество научных трудов и исследований в этой области [4-6]. Значительный вклад в исследования несинусоидальных режимов и их влияние на функционирование энергосистем внес И.В. Жеже-ленко [3-8].

Для предприятий нефтедобычи характерно частое изменение состава нагрузки и наличие УКРМ со ступенчатым регулированием и автоматической системой управления, которые реагируют на изменение режима сети изменением своей компенсирующей способности. Ввиду значительной разветвленности системы электроснабжения и большого количества устройств компенсации реактивной мощности, установленных у потребителей, изменение режима нагрузки, совместно с несин-хронизированной работой компенсирующих устройств, повышает вероятность возникновения резонанса напряжений на частотах, отличных от основной гармоники системы [7]. Резонанс напряжений на высших гармониках приводит к появлению в сети токов соответствующих частот. По этой причине возникают значительные перетоки высших гармоник в системе, спрогнозировать которые не представляется возможным. Подробнее о данном эффекте описано в [9].

Коммутационные переходные процессы, при включении ступеней КУ, могут приводить к выходу из строя питающих автоматов, магнитных пускателей, предохранителей и, как следствие, отключению установки. Кроме того, КУ коммутации нагружается дополнительными токами высших гар-

моник, что в итоге увеличивает риск выхода из строя элементов конденсаторной установки.

Нарушение технологического процесса в связи с наличием высших гармоник в системе помимо потерь мощности, снижения производительности добычи нефти и возможной ее локальной остановки, сопровождается авариями, приводящими к выходу из строя оборудования. На БК 0,4 кВ это проявляется в выходе из строя питающих автоматов, а перегрузка токами ВГ сопровождается вздутием и взрывам конденсаторных банок. В результате чего на время ремонта установка находится в нерабочем состоянии, и, как следствие - предприятие несет убытки от дополнительных потерь электроэнергии, вызванных нескомпенсиро-ванным перетоком реактивной мощности к потребителю [10-14].

С целью подтверждения актуальности рассматриваемой проблемы и подтверждения описанных выше негативных факторов, вызванных действием высших гармоник на оборудование энергосистемы, собрана статистика аварийных событий оборудования, работающего в условиях резкой несинусоидальности кривых тока и напряжения.

В табл. 6 представлены сведения об аварийных выходах из строя конденсаторных установок напряжением 0,4 и 6 кВ.

В совокупности зафиксировано более 60 аварийных событий, связанных с работой устройств компенсации. Большая часть неисправностей вызвана вздутием и взрывами конденсаторных батарей и выходом из строя автоматов нагрузки. У конденсаторных батарей, работающих на напряже-

нии 6 кВ, наблюдаются пробои изоляции кабельных вставок, и перегорание предохранителей.

Помимо проблем с работой устройств компенсации реактивной мощности гармонические искажения негативно влияют на условия эксплуатации установок прогрева скважин - дополнительная загрузка токами ВГ вызывает их перегрузку и, как следствие, сбои в работе. Отключение УПС или их неустойчивое функционирование в свою очередь ухудшают производительность добычи нефти (дебита нефти), так как в зимний период отключение оборудования прогрева скважин более чем на 2 дня вызывает «запарафинивание» скважины. Случай остановки устройства прогрева скважин был зафиксирован непосредственно во время проведения замера качества электроэнергии. Предварительно перед отключением процесс работы сопровождался значительными искажениями

тока и напряжения.

Статистика работы устройств прогрева скважин за 2017 г. представлена в табл. 7. Основными причинами отказов в работе и частых отключений устройств прогрева скважин являются: перегрузка по току, выход из строя автоматов нагрузки, пробой изоляции греющего кабеля, пробой тиристоров. В табл. 7 отображено количество неисправностей за временной интервал, указанный в первом столбце. Также на экономическую составляющую ущерба влияют затрачиваемые ресурсы персонала (нормо-часы и использование автотранспорта).

Также в рамках исследования удалось выявить нарушения технологического процесса, связанного с наличием высших гармоник в системе электроснабжения и для нефтегазодобывающего месторождения, система которого объединена с ЕЭС. Ниже приведена статистика для этого месторождения.

Таблица 6

Статистика аварийных отключений БК 0,4 и 6кВ за 2016-2017 года

Table 6

Statistics of emergency shutdowns of 0.4 and 6kV capacitor banks _for the period of 2016-2017_

Вид неисправности Разрушение элементов БК Неисправность АВ-0,4кВ I

Количество аварий 53 11 64

Потери мощности, кВар 10860 1970 12830

Затраты на восстановление, тыс. руб. 4344 96 4440

Таблица 7

Статистика работы устройства прогрева скважин за 2017 г.

Table 7

_Statistics of well heating device operation for 2017_

Временной интервал Вид неисправности

Выход из строя Частые отключения

01.01-31.01 16 28

01.02-28.02 18 9

01.03-31.03 23 29

01.04-30.04 22 12

01.05-31.05 14 6

01.09-30.09 21 20

01.10-10. 31 28 16

01.11-10.11 38 10

Помимо явных затрат на восстановление вышедшего из строя от действия высших гармоник оборудования, существуют дополнительные потери в ВЛ от недоком-пенсации реактивной мощности в узлах нагрузки. В табл. 8 отображена фактическая загрузка конденсаторных батарей, установленных в различных узлах электроэнергетической сети напряжением 6 и 0,4 кВ. Лишь малая часть отключенной мощности объясняется причинами режимного характера (отсутствия необходимости компенсации в данном узле нагрузки. Также надо отметить, что представленная статистика составлена по официальным сводкам и показаниям, фактически же при реальном осмотре по ме-

сту установки конденсаторных батарей более 80% из них оказались в нерабочем положении. По результатам опроса обслуживающего персонала, отвечающего за сетевые районы по месту установки БК, выяснилось, что большинство устройств выведены намеренно, по причине значительных перегрузок БК и выходов из строя конденсаторных элементов.

Аналогично замерам, выполненным в автономной энергосистеме, в рассматриваемой сети ярко проявляются последствия действия высших гармоник на основное оборудование. Собранная статистика по отказам в работе конденсаторных батарей приведена в табл. 9.

Таблица 8

Статистика по устройствам компенсации реактивной мощности системы электроснабжения рассматриваемого месторождения

Table 8

Statistics on reactive power compensation devices of the power supply system

of he field in question

Тип установки uhom, кВ Установленная мощность, кВар Мощность выведенных из работы,кВар

MVPC-ph 6 9000 2475

УКЛ57 6 34725 11250

КС 6 2706 226,5

КЭК/ 6 29760 6810

Siemens MKK 0,4 11206 1927

SCADP 0,4 4075 370

КЭ1(2)/ 0,4 1782 1080

КПС/ 0,4 8550 3850

КЭПС/ 0,4 4391 1013

УКМ58(П) 0,4 48185 10800

УК 0,4 5087 1100

Таблица 9

Статистика аварийных отключений БСК 0,4 и 6кВ за I, II квартал 2017 г.

Table 9

Statistics of emergency shutdowns of 0.4 and 6 kV static capacitor banks _for the I, II quarter of 2017_

Вид неисправности Разрушение элементов БК Неисправен АВ-0,4кВ Неисправен МП-0,4кВ I

Количество аварий 43 8 18 69

Потери мощности, кВар 4354 1020 1233 6607

Затраты на восстановление, тыс. руб. 1698 80 232 2010

Ущерб от недокомпенсации, тыс. руб. 254,8

Отразив в денежном эквиваленте затраты на восстановление оборудования и стоимость потерь из-за недокомпенсации реактивной мощности в обеих системах за два года, только по конденсаторным батареям ущерб составляет более 6.5 млн. руб.

Результаты исследования свидетельствуют о значимости вопроса влияния высших гармоник на надежность и эконо-

1. Боярская Н.П., Довгун В.П., Шевченко Е.С., Егоров Д.Э. Широкополосные силовые фильтры гармоник // Ползуновский вестник. 2013. № 4-2. С. 34-38.

2. Добрусин Л.А. Оптимальные фильтрокомпенсиру-ющие устройства для силовых полупроводниковых преобразователей // Современная электроника. 2005. № 6. С. 56-59.

3. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах промышленного электроснабжения промпредприя-тий; 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2000. 331 с.

4. Зырянов В.М., Митрофанов Н.А., Соколовский Ю.Б. Анализ гармонического состава тока и напряжения на шинах 0,4 кВ КТПН и применение устройств ограничения высших гармоник // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 2. С. 63-63.

5. Арриллага Дж., Брэдли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1990. 320 с.

6. Боярская Н.П., Кунгс Я.А., Темербаев С.А., Довгун В.П., Синяговский А.Ф. Проблемы обеспечения качества электроэнергии в городских распределительных сетях 0,4 кВ // Ползуновский вестник. 2012. № 4. С. 89-94.

7. Довгун В.П., Темербаев С.А., Барыбин П.А. Анализ установившихся режимов в электрических цепях с коммутируемыми элементами // Журнал Сибирского федерального университета: Серия техника и технологии. 2011. № 6. С. 661-669.

8. Скакунов Д.А. Методы и средства обеспечения качества электрической энергии в распределительных сетях 0,4-6 кВ Ачинского НПЗ // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2012. № 7.

мичность систем электроснабжения нефтегазодобывающих предприятий.

Количество аварийных событий и оценка ущерба от них делают актуальными разработку и внедрение мер по подавлению или локализации высших гармоник в системах электроснабжения. Подготовка мероприятий по ограничению высших гармоник требует тщательной проработки при учете специфики конкретной энергосистемы.

кий список

С. 37-42.

9. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях; 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2000. 252 с.

10. Зырянов В.М., Митрофанов Н.А., Соколовский Ю.Б. Исследование гармонического состава напряжения преобразователя частоты // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2015. № 1. С. 24-29.

11. Зырянов В.М., Митрофанов Н.А., Соколовский Ю.Б. Анализ гармонического состава напряжения частотного электропривода // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2015. № 1. С. 154-159.

12. Митрофанов Н.А. Анализ гармонического состава напряжения преобразователя частоты MITSUBISHI FR-A540ECR // Электротехника. Электротехнология. Энергетика: сборник научных трудов VII Междунар. науч. конф. молодых ученых (г. Новосибирск, 9-12 июня, 2015 г.). Новосибирск, 2015. С. 71-74.

13. Зырянов В.М., Митрофанов Н.А. Гармонический состав напряжения преобразователя частоты MITSUBISHI FR-A540ECR // Эффективное и качественное снабжение и использование электроэнергии: сб. докладов 4-й Междунар. науч.-практ. конференции (г. Екатеринбург, 26-28 мая 2015 г.). Екатеринбург, 2015. С. 168-171.

14. Митрофанов Н.А. Использование силовых фильтров для ограничения высших гармоник в сети // Наука. Технологии. Инновации: сборник научных трудов (г. Новосибирск, 1-5 декабря, 2015 г.). Новосибирск, 2015. С. 35-37.

References

1. Boyarskaya N.P., Dovgun V.P., Shevchenko E.S., Egorov D.E. Wideband harmonic power filters. Polzunovskij vestnik [Polzunovsky Vestnik], 2013, no. 42, pp. 34-38.

2. Dobrusin L.A. Optimal filter-compensating devices for power semi-conductor transducers. Sovremennaya el-ektronika [Modern Electronics], 2005, no. 6, pp. 56-59.

3. Zhezhelenko I.V. Vysshie garmoniki v sistemakh promyshlennogo elektrosnabzheniya prompredpriyatii [Higher harmonics in commercial power supply systems of industrial enterprises]. Moscow: Energoatomizdat Publ., 2000, 331 p.

4. Zyryanov V.M., Mitrofanov N.A., Sokolovsky Yu.B. Analysis of current and voltage harmonic composition on 0.4 kV KTPN buses and use of devices for limiting higher

harmonics. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2016, no. 2, pp. 63-63.

5. Arrillag J., Bradley D., Bodger P. Garmoniki v el-ektricheskih sistemah [Harmonics in electrical systems]. Moscow: Energoatomizdat Publ., 1990, 320 p.

6. Boyarskaya NP, Kungs Ya.A., Temerbaev SA, Dov-gun V.P., Sinyagovsky A.F. Problems of ensuring the electrical power quality in urban distribution networks of 0.4 kV. Polzunovskij vestnik [Polzunovsky Vestnik], 2012, no. 4, pp. 89-94.

7. Dovgun V.P., Temerbaev S.A., Barybin P.A. Steady-state analysis of networks with switched elements. Zhur-nal Sibirskogo federal'nogo universiteta: Seriya tekhnika i tekhnologii [Journal of the Siberian Federal University. Engineering and Technologies], 2011, no. 6, pp. 661-669.

8. Skakunov D.A. Methods and means of quality assurance in electricity distribution network of 0.4-6 kV of Achinsk refinery. Mir nefteproduktov. Vestnik neftyanyh kompanij [World of Oil Products. The Oil Companies' Bulletin], 2012, no. 7, pp. 37-42.

9. Zhezhelenko I.V., Saenko Yu.L. Pokazateli kachestva elektroenergii i ikh kontrol' na promyshlennykh predpri-yatiyakh [Indicators of electrical energy quality and their monitoring at industrial enterprises]. Moscow: Energoatomizdat Publ., 2000, 252 p.

10. Zyryanov V.M., Mitrofanov N.A., Sokolovsky Yu.B. Research of voltage harmonic contain in frequency converter. Vestnik Ivanovskogo gosudarstvennogo energet-icheskogo universiteta [Vestnik of Ivanovo State Power

Engineering University], 2015, no. 1, pp. 24-29.

11. Zyryanov V.M., Mitrofanov N.A., Sokolovsky Yu.B. Research of voltage harmonic contain in frequency converter. Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka [Scientific Problems of Transport in Siberia and the Far East], 2015, no. 1, pp. 154-159.

12. Mitrofanov N.A. Analysis of the harmonic composition of voltage of the MITSUBISHI FR-A540ECR frequency converter. Sbornik nauchnyh trudov VII Mezhdu-narodnoj nauchnoj konferencii molodyh uchenyh "El-ektrotekhnika. Elektrotekhnologiya. Energetika". [Collection of scientific papers of VII International Scientific Conference of Young Scientists "Electrical Engineering. Electrotechnology. Energy Sector", Novosibirsk, June 912, 2015]. Novosibirsk, 2015.

13. Zyryanov V.M., Mitrofanov N.A. Harmonic composition of voltage of the MITSUBISHI FR-A540ECR frequency converter. Sbornik dokladov 4-i Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii "Effektivnoye i kachestvennoye snabzheniye i ispol'zovaniye elektroenergii" [Collection of reports of the 4th International scientific and practical conference "Efficient and High-Quality Supply and Use of Electricity", Ekaterinburg, May 26-28, 2015]. Ekaterinburg, 2015, pp. 168-171.

14. Mitrofanov N.A. Use of power filters to limit higher harmonics in networks. Sbornik nauchnyh trudov "Nauka. Tekhnologii. Innovacii" [Collection of scientific papers "Science. Technology. Innovations", Novosibirsk, 1-5 December, 2015]. Novosibirsk, 2015, pp. 35-37.

Критерии авторства

Алфёров И.В., Зырянов В.М., Митрофанов Н.А. заявляют о равном участии в получении и оформлении научных результатов и в равной мере несут ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ Алферов Игорь Владимирович, директор, e-mail: alferov.igor@inbox.ru

Зырянов Вячеслав Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных электроэнергетических систем, e-mail: zvmov@ngs.ru Митрофанов Николай Александрович, аспирант, e-mail: n.a.mitrofanov27@gmail.com

Authorship criteria

Alferov I.V., Zyryanov V.M., Mitrofanov N.A. declare

equal participation in obtaining and formalization

of scientific results and bear equal responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS Igor V. Alferov, Director, e-mail: alferov.igor@inbox.ru Vyacheslav M. Zyryanov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Automated Electric Power System, e-mail: zvmov@ngs.ru Nikolay A. Mitrofanov, Postgraduate student, e-mail: n.a.mitrofanov27@gmail.com