Автореферат диссертации на соискание ученой степени

На правах рукописи

ГЕНИН Валерий Семенович

методы и технические средства управления, контроля и испытаний электротехнического и технологического оборудования нефтегазодобывающих предприятий

Специальность 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Московском энергетическом институте (Техническом университете)

Научный консультант

доктор технических наук, профессор

Валерий Алексеевич Нестерин

Официальные оппоненты

доктор технических наук

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Ведущая организация:

Защита диссертации состоится "___" _______ 2008 г. в аудитории
М-611 в ___ час. __ мин. на заседании диссертационного совета
Д 212.157.02 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: ул. Красноказарменная, д. 13.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим присылать по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московского энергетического института (Технического университета).

Автореферат диссертации разослан "___" _______ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.02

канд. техн. наук, доцент Цырук С.А.

Общая характеристика работы

В диссертации представлены результаты исследований и разработок, выполненных под руководством и при непосредственном участии автора в области создания, исследования и совершенствования комплекса аппаратуры для автоматизированного контроля, регулирования и испытаний электрооборудования нефтегазодобывающих предприятий (НГДП).

Актуальность темы

Одной из основных для экономики России является нефтегазодобывающая отрасль. С учетом того, что себестоимость нефти в нашей стране относительно высока, и в ней до 50% составляют затраты на электроэнергию и обслуживание энергетического комплекса, весьма важной задачей является разработка мероприятий и технических средств для повышения эффективности использования технологического электрооборудования НГДП. Существенно повысить эффективность использования электрооборудования НГДП позволяет телеуправление путем контроля электроснабжения и регулирования электропотребления и производительности насосов скважин, установок электронагрева скважин, насосов кустовых и дожимных насосных станций.

Учитывая, что оборудование нефтедобывающих предприятий распределено на огромных территориях, а энергоснабжение промыслов организовано по линиям электропередачи (ЛЭП), целесообразно использовать ЛЭП 6(10) кВ в качестве физических линий связи для контроля и телеуправления оборудования скважин и других технологических установок НГДП. Вместе с тем, для обеспечения бесперебойного электроснабжения и устойчивой ВЧ связи по ЛЭП и эффективности системы телеуправления необходимо, чтобы в исправном состоянии находились элементы и аппаратура распределительных сетей: силовые трансформаторы, воздушные и кабельные линии, электродвигатели высокого и низкого напряжений, коммутационная аппаратура и аппаратура релейной защиты. С этой целью необходимо внедрить новые эффективные методы контроля состояния электрооборудования и его элементов.

Актуальность исследований, связанных с темой диссертации, подтверждается работами известных ученых: Веникова В.А., Таева И.С., Микуцкого Г.В., Шкарина Ю.П., Костенко М.В., Кузнецова В.А., Розанова Ю.К., Белкина Г.С., Кудрина Б.И., Гамазина С.И., Ершова М.С., Абрамовича Б.Н., Афанасьева А.А., Лямеца Ю.Я., Иванова А.Г. и многих других, на труды которых опирался автор в своей работе.

Диссертация подготовлена автором на кафедре электроснабжения промышленных предприятий МЭИ (ТУ), разработки выполнялись в ОАО "ВНИИР", отдельные задачи решались совместно с кафедрой электрических и электронных аппаратов МЭИ (ТУ) и кафедрой электрических и электронных аппаратов ЧГУ им. И.Н.Ульянова (г. Чебоксары) в соответствии с планами научно – исследовательских работ Государственного комитета РФ по высшему образованию и по грантам 26-Гр – 94, 77-Гр - 98, также с ОАО Татнефть в соответствии с планами Республиканского фонда НИОКР при кабинете министров Республики Татарстан.

Цель работы состоит в разработке и исследовании методов и технических средств управления, контроля и испытаний установленного электротехнического и технологического оборудования, позволяющих повысить бесперебойность электроснабжения потребителей и эффективность использования электрооборудования нефтегазодобывающих предприятий, а также реализовать современные энергосберегающие технологии.

Для достижения указанной цели в диссертации поставлены и решены следующие вопросы и задачи:

  1. Анализ специфики систем электроснабжения нефтегазодобывающих предприятий и управления режимами технологического электрооборудования, обзор современных методов и средств реализации энергосберегающих технологий.

  2. Методика проектирования технических средств связи по нефтепромысловым ЛЭП 6(10) кВ без высокочастотной обработки в условиях реальной системы электроснабжения узла питания 35/6(10) кВ с определением оптимальных параметров аппаратуры передачи данных (частота несущей, вид модуляции, мощность передающего и чувствительность приемного устройств).

  3. Методика и технические средства контроля штанговых глубинных насосных установок на основе циклических ваттметрограмм с целью исключения необходимости контроля нагрузки на полированный шток и его положения, а также разработка средств контроля и управления регулируемыми приводами станков – качалок нефти, установками электронагрева скважин, электроприводами кустовых насосных станций.

  4. Математические модели температурного режима и дуговой эрозии контактов и методики обработки результатов тепловизионного контроля контактных соединений и коммутационной аппаратуры эксплуатируемого электрооборудования.

  5. Методики и технические средства контроля коммутационной аппаратуры управления в режимах эксплуатации, а также определения статистических показателей надежности при коммутации малых уровней токов и напряжений.

Методы исследования

При выполнении работы применялись:

  • методы сглаживания и интерполяции экспериментальных данных с использованием теории сплайнов;

  • численные методы решения нелинейных уравнений нестационарной теплопроводности с разрывными коэффициентами;

  • компьютерное моделирование распространения сигналов тональной частоты по нефтепромысловым ЛЭП 6(10) кВ;

  • методы теории планирования эксперимента для разработки математических моделей, описывающих температурный режим контактов;

  • статистические методы при исследовании надежности контактирования вспомогательных контактов;

  • экспериментальные исследования с использованием технических средств контроля и управления технологическим оборудованием, а также с применением современных тепловизионных приборов.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Результаты исследования и разработки системы телекоммуникаций нефтяных качалок с передачей данных по нефтепромысловым линиям электропередачи напряжением 6(10) кВ без высокочастотной обработки.

  2. Метод и средства автоматизированного контроля и регулирования штанговых глубинных насосных установок с применением циклических ваттметрограмм.

  3. Метод диагностики коммутационных аппаратов управления и контактных соединений на базе математического моделирования температурного режима и дуговой эрозии контактов с использованием уравнений нестационарной теплопроводности, описывающих процессы с учетом фазовых переходов вещества в зоне опорного пятна дуги.

  4. Методика и средства определения показателей надежности аппаратов управления в условиях коммутаций пусковых и номинальных токов применительно к условиям эксплуатации, а также при коммутации малых уровней токов и напряжений.

  5. Результаты экспериментальных исследований работы погружного оборудования станков – качалок с использованием ваттметрограмм, а также исследований тепловых режимов электрооборудования НГДП с применением тепловизионных приборов и методика обработки данных с использованием сплайнов.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях:

  1. обоснована теоретически и подтверждена экспериментально эффективность системы телекоммуникаций работы нефтяных качалок с передачей данных по нефтепромысловым линиям электропередачи напряжением 6(10) кВ без высокочастотной обработки, определены параметры каналообразующей аппаратуры;

  2. предложена методика и средства для контроля работы штанговых глубинных насосных установок, имеющих динамограммы параллелограммного типа, с использованием циклических ваттметрограмм;

  3. проведены исследования теплового режима контактных соединений и дуговой эрозии контактов коммутационных аппаратов управления в условиях эксплуатации с учетом подвижности границы плавления и зависимости от температуры теплофизических характеристик вещества и теплоты фазовых переходов;

  4. разработаны математические модели в виде функций параметров режима коммутаций для диагностики работоспособности аппаратов в условиях коммутаций; предложена методика и технические средства для получения статистической оценки надежности контактирования слаботочных контактов;

  5. предложена методика обработки результатов тепловизионных обследований низковольтного электрооборудования с использованием сплайнов;

  6. предложены новые схемотехнические решения и алгоритмы функционирования технических средств, защищенные авторскими свидетельствами и патентами РФ.

Практическая ценность работы

Исследования по теме диссертации проводились с одновременным решением практических задач по созданию электротехнических систем для нефтяной отрасли, электротехнической промышленности, а также в интересах повышения обороноспособности страны. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных соискателем, явились основой:

  1. создания системы телекоммуникаций работы нефтяных качалок с использованием линий электропередачи напряжением 6(10) кВ в качестве физических линий связи;

  2. выработки практических рекомендаций и средств контроля работы штанговых глубинных насосных установок типа СКН, имеющих динамограммы параллелограммного типа, с использованием циклических ваттметрограмм;

  3. разработки средств дистанционного управления и контроля регулируемого электропривода станка – качалки, установок депарафинизации скважин, групповых замерных установок и системы возбуждения и защиты кустовых насосных станций;

  4. разработки типовой методики контроля работоспособности аппаратов управления при проведении испытаний в условиях эксплуатации и методика получения оценок надежности контактирования в производственных условиях;

  5. создания автоматизированного комплекса для исследований и испытаний аппаратов управления в условиях эксплуатации типа АЭК КИ, испытательного оборудования для автоматизации испытаний пускателей типа СКИ и комплекса для исследований и испытаний на надежность контактирования типа АЭК НК;

  6. создания технических средств аппаратуры регулирования и контроля и релейной защиты электрооборудования систем электроснабжения с использованием защищенных патентами РФ технических решений.

Реализация результатов:

  1. Система телекоммуникаций работы нефтяных качалок с использованием линий электропередачи напряжением 6(10) кВ в качестве физических линий связи внедрена в эксплуатацию в ОАО « Татнефть».

Методика контроля штанговых глубинных насосных установок станков – качалок на основе циклических ваттметрограмм, а также технические средства для контроля и управления регулируемыми электроприводами станков – качалок, установок депарафинизации скважин, групповых замерных установок и системы возбуждения и защиты кустовых насосных станций использованы в составе системы телекоммуникаций.

  1. Рекомендации по обработке и анализе материалов тепловизионных обследований использованы при проведении ревизий объектов электроснабжения предприятий ОАО «Татнефть».

  2. Методики и оборудование для испытаний аппаратов управления в условиях коммутаций пусковых и номинальных токов внедрены в эксплуатацию в ОАО «ВНИИР», г. Чебоксары, на Кемеровском электротехническом заводе, Кашинском заводе электроаппаратуры, на Александрийском электромеханическом заводе. Методика экспериментального определения статистической оценки надежности контактирования вспомогательных контактов при коммутации низких уровней токов и напряжений предложена для включения в нормы МЭК 17В(631) CDV: МС МЭК 947-5-4, внедрена совместно с техническими средствами для ее реализации на Кинешемском заводе "Электроконтакт".

  3. Материалы диссертационной работы использованы:

    • в АГНИ, г. Альметьевск, при чтении курсов «Энергоресурсоэффективность», «Энергетический аудит предприятий», «Элементы систем автоматики», «Математическое моделирование в технике», при курсовом и дипломном проектировании по специальности 140604.65, а также в научно – исследовательской работе;

    • в учебном процессе ЧГУ, г. Чебоксары, при чтении курсов «Электрические и электронные аппараты», «Испытания и исследования низковольтных коммутационных электрических аппаратов», «Надежность электрических аппаратов», а также при курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы в период с 1994 по 2008 г.г. докладывались на 27 международных, всероссийских и 21 республиканской научно – технических конференциях, в т.ч.

  • международные и всероссийские симпозиумы и конференции в городах:
    С.-Петербург – Хельсинки – 1994 г., С.-Петербург - май 1996 г., Крым - октябрь 1996 г., Клязьма - сентябрь 1998 г., Ульяновск - 1998 г., Клязьма (МКЭЭ – ICEE - 2000) – сентябрь 2000 г., Киев 2000 г., ЭК-2002,
    С.-Петербург - май 2002 г., "Morintex", С. – Петербург - 2003 г., Чебоксары - 2005 - 2007 г.г., Мариуполь – 2008 г.;

  • межрегиональные и республиканские семинары и конференции в городах: Новоуральск - май 1996 г., Чебоксары - 1997 г., Альметьевск - май 1998 г., Москва - 2000 г., Чебоксары - 2001 г., Москва - 2001 г., Альметьевск - 2001 г., Саратов – сентябрь 2004 г., Чебоксары – 2004 г.

Разработки экспонировались на всероссийских и республиканских выставках в Москве, Казани, Чебоксарах, Альметьевске и др.

  1. Автореферат диссертации на соискание ученой степени (57)

    Автореферат диссертации
    Защита состоится "__ " 2008 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 502.006.17 в Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российская академия государственной
  2. Автореферат диссертации на соискание ученой степени (35)

    Автореферат диссертации
    Защита состоится 28 мая 2007 года в 15 часов 15 минут на заседании диссертационного совета Д.210.018.01 в Санкт-Петербургской государственной консерватории имени Н.
  3. Автореферат диссертации на соискание ученой степени (123)

    Автореферат диссертации
    Защита состоится 16 сентября 2010 г. в часов минут на заседании Совета Д.212.199.06 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата исторических наук при Российском государственном педагогическом университете им.
  4. Автореферат диссертации на соискание ученой степени (172)

    Автореферат диссертации
    Диссертация выполнена на кафедре национальных, федеративных и международных отношений Российской академии государственной службы при Президенте Российской Федерации.
  5. Автореферат диссертации на соискание ученой степени (459)

    Автореферат диссертации
    Актуальность темы исследования определяется необходимостью глубокого научного анализа причин и характера эмиграции россиян в страны Северной Америки в ХХ веке, в результате которой страна потеряла значительную часть своих наиболее активных сограждан.
  6. Автореферат диссертации на соискание ученой степени (34)

    Автореферат диссертации
    Актуальность диссертации связана с возросшим интересом исследователей к проблемам социального развития российских регионов. К числу наиболее значимых проблем относится модернизация образования - необходимое условие эффективного общественного развития.
  7. Автореферат диссертации на соискание ученой степени (157)

    Автореферат диссертации
    Диссертация выполнена в Российской академии государственной службы при Президенте Российской Федерации на кафедре правового обеспечения рыночной экономики
  8. Автореферат диссертации на соискание ученой степени (200)

    Автореферат диссертации
    Защита диссертации состоится «16» октября 2007г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 022.001.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора филологических наук в Институте языка, литературы и искусства им.
  9. Автореферат диссертации на соискание ученой степени (277)

    Автореферат диссертации
    Защита состоится « » 2006 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 002.026.01 при Всероссийском институте научной и технической информации РАН по адресу: 125190, Москва, ул.

Другие похожие документы..