Оценка надежности и эффективности резервирования источников питания систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Горюнов, Олег Алексеевич

• Горюнов, Олег Алексеевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Горюнов, Олег Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ.

1.1. Техническая и энергетическая характеристики газоперерабатывающих комплексов.

1.2. Особенности построения систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов.

1.3. Анализ эксплуатационной надежности и влияния перерывов электроснабжения на работу газоперерабатывающих комплексов.

1.4. Задачи исследования надежности и эффективности резервирования источников питания систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГАЗОПЕРЕРАБАТ-ВАЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ.

2.1. Общие вопросы и выбор метода моделирования.

2.2. Разработка математической модели резервированных систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов.

2.2.1. Постановка задачи моделирования.

2.2.2. Граф состояний и переходов.

2.2.3. Математическая модель надежности системы.

2.2.4. Определение показателей надежности.

2.3. Оценка достоверности расчетных показателей надежности.

2.4. Программное обеспечение расчета надежности.

2.5. Результаты исследований.

ГЛАВА 3.ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗЕРВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ.

3.1. Планирование численных экспериментов.

3.2. Результаты выполнения численных экспериментов.

3.3. Анализ результатов численного моделирования

3.4. Методика расчета показателей надежности и оценки эффективности резервных источников питания систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов.

3.5. Результаты исследований и выводы.

ГЛАВА 4. УПРАВЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТЬЮ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ.

4.1. Разработка методических рекомендаций для повышения надежности систем электроснабжения.

4.2. Выбор представительного режима для расчета и выбора параметров защит узлов электрической нагрузки.

4.3. Номенклатура автономных источников, рекомендуемая для использования в системах электроснабжения газоперерабатывающих комплексов.

4.4. Результаты исследований.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка надежности и эффективности резервирования источников питания систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов»

Актуальность проблемы. На современном этапе развития газовой промышленности остро стоит проблема обеспечения надежной и эффективной работы систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов. На крупных предприятиях со сложными непрерывными технологическими процессами, к которым относятся газоперерабатывающие комплексы, нарушения электроснабжения нарушают ритмичность производства, вызывают снижение объемов выпускаемой продукции, увеличивают непроизводительные расходы электроэнергии, материальных и трудовых ресурсов, осложняют экологическую обстановку. Проблемы, связанные с перерывами электроснабжения предприятий отрасли, особенно обострились в связи с вводом новых интенсивных и энергоемких производств по переработке газа с высокой концентрацией токсичных компонентов.

Особенностью электропотребителей газоперерабатывающих комплексов является то, что они чувствительны не только к длительным, но и кратковременным нарушениям электроснабжения, проявляющимся в основных узлах нагрузки предприятий в виде провалов напряжения различной глубины и длительности. Не смотря на кратковременность (доли секунд - секунды) такие возмущения в системе электроснабжения приводят к массовым отключениям электродвигательной нагрузки, к частым остановкам и длительным простоям технологических процессов. Кратковременные нарушения электроснабжения обусловлены аварийными возмущениями (короткими замыканиями и другими повреждениями) прежде всего в источниках внешнего электроснабжения, неизбежными при эксплуатации протяженных электрических сетей энергосистем. Частота кратковременных нарушений электроснабжения более, чем на порядок выше частоты длительных отказов. Проблема кратковременных нарушений электроснабжения осложняется тем, что возмущения в сетях питающей энергосистемы часто сопровождаются одновременными критическими провалами напряжения в основных узлах электрической нагрузки предприятия, вследствие чего внешние источники питания по сути не являются независимыми.

Для повышения надежности электроснабжения газоперерабатывающих комплексов проектными и эксплуатационными организациями проводятся различные мероприятия. Одним из наиболее эффективных мероприятий можно считать использование автономных источников питания -электростанций собственных нужд предприятий. Это позволяет практически избавиться от возмущений в узлах нагрузки, работающих от автономных источников и добиться высокой независимости источников. Однако применение достаточно мощных собственных электростанций сопряжено с большими капитальными вложениями, что требует исследования условий, при которых дополнительные расходы на установку и эксплуатацию автономных источников становятся оправданными. В этой связи назрела необходимость системного решения проблемы надежности электроснабжения и количественной оценки влияния сочетания числа и вида источников питания на показатели надежности, исследования на теоретическом уровне влияния различного рода факторов и сопутствующих условий, определяющих надежность и эффективность систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов.

Работа выполнялась в соответствии с отраслевыми и государственными программами и постановлениями, включая постановление головного совета газовой промышленности №39-4/5364 - "Разработать и внедрить мероприятия по повышению надежности и бесперебойности работы электроприводов компрессорных станций и предприятий по переработке газа и конденсата"; решение комиссии ТЭК № 158 - "Рекомендации по повышению надежности электроснабжения Астраханского ГПЗ, по созданию надежных схем электроснабжения крупных газонефтехимических предприятий", решение бюро научно-технического совета РАО'Тазпром" №9-94 по перспективам развития электростанций собственных нужд и "малой" энергетики.

Целью работы является разработка методического обеспечения оценки и анализа надежности систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов для повышения устойчивости их работы и эффективности использования автономных источников питания.

Идея работы заключается в разработке методического и программного обеспечения, базирующегося на математическом моделировании надежности и эффективности систем электроснабжения предприятий с непрерывными технологическими процессами, чувствительных не только к длительным, но и кратковременным нарушениям электроснабжения.

Объекты и методы исследований. Объектами исследования явились системы электроснабжения газоперерабатывающих комплексов. Для их исследования использовались положения теории электроснабжения промышленных предприятий, методы математического моделирования, основанные на теории вероятностей и математической статистики, включая аппарат изучения случайных событий и Марковских случайных процессов, теорию планирования эксперимента.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Концепция моделирования надежности и эффективности систем электроснабжения предприятий с непрерывными технологическими процессами, основанная на результатах анализа статистических данных об отказах систем электроснабжения действующих газоперерабатывающих комплексов и заключающаяся в том, что модели должны учитывать возможность отказов системы электроснабжения и отключения электроприемников не только при длительных, но и при кратковременных нарушениях электроснабжения, отражать состояния технологического объекта на множестве состояний системы его электроснабжения и учитывать наличие не только структурного, но и временного резервирования, которое используется для автоматического восстановления питания узлов нагрузки при сохранении их устойчивости.

2. Математическая модель надежности систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов, построенная с использованием аппарата Марковских случайных процессов, учитывающая наличие структурного и временного резервирования, чувствительность электроприемников и узлов электрической нагрузки к кратковременным нарушениям электроснабжения, включая одновременные нарушения электроснабжения по основным узлам, и связывающая состояния технологических объектов с состояниями системы электроснабжения.

3. Результаты проведения и анализа вычислительных экспериментов по выявлению влияния различных факторов на надежность исследуемых систем электроснабжения, включая полученные регрессионные зависимости и ранжирование факторов и установленные в результате анализа требования, обеспечивающие повышение надежности и эффективности систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов.

4. Положение по определению представительных режимов для расчета характеристик устойчивости и выбора параметров защит от потери питания узлов электрической нагрузки газоперерабатывающих комплексов, основанное на учете характеристик электропотребления и обеспечивающее сокращение числа отказов из-за возмущений в системе внешнего электроснабжения.

Обоснованность и достоверность научных положений и рекомендаций обеспечиваются корректным применением апробированных методов исследований, представительным объемом собранного и обработанного статистического материала об эксплуатационной надежности систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов и подтверждаются достаточной сходимостью результатов вычислительных экспериментов и статистических данных.

Научная новизна результатов исследований состоит в следующем:

- на основе анализа эксплуатационных отказов в системах электроснабжения действующих газоперерабатывающих комплексов установлены основные взаимосвязи и закономерности возникновения и развития отказов систем электроснабжения предприятий, чувствительных к кратковременным нарушениям электроснабжения;

- разработана обобщенная математическая модель надежности системы электроснабжения газоперерабатывающих комплексов, которую можно распространить на другие системы электроснабжения предприятий, чувствительных к кратковременным нарушениям электроснабжения;

- получены регрессионные зависимости, связывающие функцию потерь из-за нарушений электроснабжения и ряд факторов, влияющих на надежность систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов и выполнено ранжирование факторов, включая: интенсивность возмущений, коэффициент зависимости источников, вероятность безотказной работы систем электрической защиты и автоматики, параметры защит минимального напряжения узлов электрической нагрузки предприятия;

- разработано положение по определению представительных режимов для расчета характеристик устойчивости и выбора параметров защит минимального напряжения узлов электрической нагрузки газоперерабатывающих комплексов, основанное на использовании графиков электрической нагрузки предприятия;

- определены необходимые условия и установлены требования, обеспечивающие повышение надежности систем электроснабжения и эффективность использования автономных источников для газоперерабатывающих комплексов.

Научное значение работы состоит в развитии методов исследования надежности систем промышленного электроснабжения и эффективности мероприятий по ее повышению в направлении разработки моделей и средств расчета надежности и эффективности систем электроснабжения предприятий с непрерывными технологическими процессами, чувствительных к кратковременным нарушениям электроснабжения, более полного использования структурного и временного резервирования исследуемых систем.

Практическое значение работы состоит в разработке методического и программного обеспечения расчетов, разработке требований и условий повышения надежности и эффективности систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов.

Реализация результатов работы. Полученные в работе результаты реализованы в виде рекомендаций, принятых для действующих газоперерабатывающих комплексах и рекомендованных к включению в отраслевые руководящие материалы.

Разработанная математическая модель реализована в виде алгоритмов и программы для расчета показателей надежности с учетом конкретных исходных данных и условий для систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов. Наличие программных средств расчета надежности позволяет более обосновано выбирать решения по повышению эффективности систем.

Результаты работы используются в учебном процессе РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина: в курсах специальных дисциплин, на занятиях по повышению квалификации инженеров-энергетиков газовой промышленности.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на

Всероссийской научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" (г. Москва, 1997, 1999г.), на совещаниях энергетиков газовой промышленности (1998-99 г.), на занятиях повышения квалификации инженеров-энергетиков отрасли и на заседаниях научного семинара кафедры ТЭЭП РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина (1997-99г.).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в четырех научных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы из 45 наименований, заключения и приложения. Объем работы составляет 131 машинописных страниц, в том числе 102 страниц основного текста и приложений.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Горюнов, Олег Алексеевич

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработана концепция моделирования надежности и эффективности систем электроснабжения предприятий с непрерывными технологическими процессами, чувствительных к кратковременным нарушениям электроснабжения.

2. В классе Марковских случайных процессов разработана математическая модель надежности и эффективности систем электроснабжения ГК.

3. Разработаны алгоритмы и прикладная программа расчета показателей надежности и эффективности систем электроснабжения газоперерабатывающих комплексов.

4. Выполнены планирование и проведены вычислительные эксперименты, направленные на выявление влияния различных факторов на надежность систем электроснабжения ГК. Получены регрессионные зависимости и выполнено ранжирование факторов по их влиянию на надежность исследуемых систем электроснабжения.

5. На основе созданного математического и программного обеспечения разработана методика оценки показателей надежности и эффективности применения резервных источников питания в системах электроснабжения ГК.

6. Для включения в отраслевые материалы разработаны и предложены новые положения и рекомендации, направленные на повышение надежности систем электроснабжения ГК и эффективности применения автономных источников: установлено требование к независимости внешних источников; уточнены требования к показателям устойчивости узлов нагрузки; уточнены требования к предварительному выбору мощности автономных источников, используемых в качестве основных.

7. Разработано положение по определению представительных режимов для расчета характеристик устойчивости и выбора параметров защит минимального напряжения узлов электрической нагрузки ГК, основанный на учете характеристик электропотребления и позволяющий сократить число отказов из-за возмущений в источниках внешнего электроснабжения.

8. Выполнен анализ номенклатуры автономных источников для использования в системах электроснабжения ГК.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований решена задача, имеющая существенное значение для обеспечения надежной и эффективной работы электротехнических систем газоперерабатывающих комплексов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Горюнов, Олег Алексеевич, 1999 год

1. Меньшов Б.Г., Доброжанов В.И., Ершов М.С. Теоретические основы управления электропотреблением промышленных предприятий. - М.: Нефть и газ, 1995,- 264 с.

2. Ершов М.С., Егоров A.B., Федоров В.А. Некоторые вопросы повышения устойчивости электроприводов многомашинного комплекса с непрерывным технологическим процессом при возмущениях в системе электроснабжения// Промышленная энергетика, 1992, №7.

3. Правила устройства электроустановок/ 7-е изд., перераб. и доп.-М.: Энергоатомиздат, 1986.

4. Руководящие технические материалы по проектированию электрической части газоперерабатывающих заводов// М.: Газпром, 1990.

5. Ершов М.С., Егоров A.B., Яценко Д.Е. Методы определения показателей качества электроснабжения промышленных комплексов // Электричество, 1997, №12.

6. Алексеев В.В., Шевырев Ю.В., Акимов В.Д. Основы автоматики и автоматизация горных и геологоразведочных работ,- М.: Недра, 1998.

7. Ершов М.С., Егоров A.B., Алексеев В.В., Прокопьев Н.В. Астраханский ГПЗ: повышение надежности и устойчивости электроэнергетической системы и технологических процессов // Газовая промышленность, 1992, №11.

8. Гуревич Ю.Е., Файбисович Д.Л., Хвощинская З.Г. Особенности электроснабжения промышленных предприятий с непрерывными технологическими процессами// Электричество, 1990, №1.

9. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е., Окин A.A. Расчеты устойчивости и противо-аварийной автоматики в энергосистемах,- М.: Энергоатомиздат, 1990.

10. Методика определения границ устойчивости и выбора параметров защит узлов электрической нагрузки систем электроснабжения газоперерабатывающих заводов// М.: Газпром, 1998.

11. Меньшов Б.Г., Ершов М.С. Надежность электроснабжения газотурбинных компрессорных станций.-М.: Недра, 1995.

12. Моцохейн Б.И. Электротехнические комплексы буровых установок,-М.: Недра, 1991.

13. Надежность систем энергетики. Терминология.-М.: Наука, 1990.

14. Надежность технических систем: справочник // Под ред. И.А. Ушакова,-М.: Радио и связь, 1985.

15. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. Надежность систем энергетики,- М.: Наука, 1986.

16. Черкесов Г.Н. Надежность технических систем с временной избыточностью,- М.: Сов. радио, 1974.

17. Креденцер Б.П. Прогнозирование надежности систем с временной избыточностью. Киев: Наукова думка, 1978.

18. Ставровский Е.Р., Сухарев М.Г., Карасевич A.M. Методы расчета надежности магистральных газопроводов,- Новосибирск: Наука, 1982.

19. Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем,- М.: Мир, 1984.

20. Endreyi J. Reliability modelling in electric power systems // Research Division Ontario Hydro, Toronto / New York, Toronto: John Wiley and Sons, 1993.

21. Billinton R., Allan R. Reliability evalution of power systems // Plenum Press, 1987.

22. Клемин А.И., Емельянов B.C., Морозов В.Б. Расчет надежности ядерных энергетических установок . М.: Энергоиздат, 1982.

23. Травин С.Я., Промыслов J1.A. Оценка и обеспечение надежности судового оборудования.- Л.: Судостроение, 1988.

24. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания,- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Наука, 1987.

25. Тихонов В.И., Миронов М.А. Марковские процессы.М.:Сов. радио, 1977.

26. Сухарев М.Г., Ершов М.С. Модель надежности дублированной системы с ограничениями резервного элемента // Надежность и контроль качества, 1985, №3.

27. Курош А.Г. Курс высшей алгебры.- М.: Наука, 1968.

28. Бахвалов Н.С. Численные методы,- М.: Наука, 1975.

29. Морозов В.Б., Шиверский Е.А. Оценка погрешности расчетных показателей надежности сложных систем методом статистической линеаризации// В кн.: Вопросы атомной науки и техники. -М.: ЦНИИатоминформ, 1981, вып.2(15).

30. Белоусенко И.В., Горюнов O.A. Моделирование надежности систем электроснабжение с применением автономных источников и эффективность их применения// Промышленная энергетика. 1999г. №6. С 12-16.

31. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование экспериментов при поиске оптимальных условий,- М.: Наука, 1971.

32. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента.- М.: Наука, 1976.

33. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы планирования эксперимента. М.: Мир, 1981.

34. Барабащук В.И., Креденцер Б.П., Мирошниченко В.И. Планирование эксперимента в технике // Под ред. Б.П.Креденцера,- К.: Технжа, 1984.

35. Веников В.И., Веников Г.В., Федосеев A.A. Планирование эксперимента в электроэнергетике,- М.: Энергоатомиздат, 1990.

36. Белоусенко И.В., Ершов М.С., Горюнов O.A., Резервирование источников питания газовых комплексов. // Газовая промышленность,- 1999.- №2. С34-35.

37. Гук Ю.Б. Анализ надежности электроэнергетических установок,- Л.: Энергоатомиздат, 1988.

38. Фишман B.C. Повышение бесперебойности электроснабжения производств с непрерывным технологическим процессом// Промышленная энергетика, 1990, №8.

39. Руководство по эксплуатации электростанций собственных нужд // Трегубое И.А., Савенко Н.И., Фомин В.П., Овчаров В.П./ М.: ВНИИгаз, 1989.