30 декабря 2017г.
Аннотация: приведены результаты исследования пропускной способности вдольтрассовых высоковольтных воздушных линий электропередачи магистральных нефтепроводов с учетом особенностей их эксплуатации в условиях большой протяженности.
Ключевые слова: вдольтрассовые высоковольтные воздушные линии электропередачи, пропускная способность, потери напряжения.
Вдольтрассовые высоковольтные воздушные линии электропередачи (ВЛ) напряжением 6(10) кВ являются составной частью линейных сооружений магистральных нефтепроводов (МН) и предназначены для обеспечения электрической энергией трассовых объектов МН, устройств дистанционного управления запорной арматурой, установок электрохимической защиты [1, 2].
В сложных климатических и грунтовых условиях вдольтрассовые воздушные линии электропередачи располагаются справа от вдольтрассовых проездов на стальных опорах из гнутых
профилей
для
ВЛ с неизолированными
проводами
и антикоррозионной обработкой (Рисунок 1).
Специфика функционирования линейной части МН заключается в наличии протяженной инфраструктуры. А поскольку в состав системы электроснабжения трассовых объектов входят вдольтрассовые высоковольтные воздушные линии электропередачи, то и их эксплуатация также проходит
в условиях большой
протяженности.
Для передачи и распределения электроэнергии электрическим нагрузкам вдольтрассовых ВЛ
применяется магистральная схема питания (Рисунок 2). Причем, в качестве источников питания
вдольтрассовых ВЛ могут использоваться секции шин закрытых распределительных устройств ЗРУ-6(10)кВ понижающих трансформаторных подстанций
нефтеперекачивающих станций [3].
Электроснабжение потребителей 0,4кВ линейной части МН выполняется от блок-контейнеров пунктов контроля и управления, в которых устанавливаются (Рисунок 2) два двухобмоточных
трансформатора 10/0,4 кВ сухого исполнения.
В
соответствии с [5]
установка запорной арматуры
на магистральных нефтепроводах предусматривается на
расстояниях, определяемых расчетом.
Основным
критерием расчета является
минимум приведенных затрат на сооружение, техническое обслуживание, ремонт и ликвидацию разливов
нефти
в случае возможных аварий [1].
Причем,
расстояние между узлами запорной
арматуры, обозначенное
как
LУЗА на Рисунке 2, не должно
превышать
30 км [5].
Состав электрических нагрузок узлов запорной арматуры (УЗА) и долевое соотношение потребляемых ими
мощностей
приведены на Рисунке 3.
Автоматизированное управление запорной арматурой линейных участков МН осуществляется взрывозащищенными электроприводами
[4].
Современное состояние и развитие нефтегазовой отрасли Российской Федерации связано с освоением новых нефтяных месторождений. Например, для транспортировки нефти, поступающей с
Юрубчено-Тохомского и Куюбинского меторождений, расположенных на территории Красноярского края,
на
период 2016г.-2020г. предусмотрено строительство нефтепровода «Куюмба-Тайшет», протяженность трасс ряда линейных участков которого составляет от 113,4 км до
273,9
км. Таким образом, следует учитывать изменение пропускной способности вдольтрассовых воздушных линий электропередачи в
условиях увеличения их протяженности.
Пропускная способность электрической сети представляет собой технологически максимально
допустимое значение мощности, передаваемое с учетом режимно-технических ограничений (условий
эксплуатации и параметров надежности функционирования системы электроснабжения). Для вдольтрассовых воздушных линий электропередачи классов напряжений 6(10) кВ ограничение передаваемой мощности может быть вызвано как максимальным значением тока по условиям предельно допустимого нагрева проводов (требования ПУЭ), так и уровнем напряжения у потребителей [6], когда максимально допустимое значение мощности по условию регулирования напряжения ограничивается допустимой потерей
напряжения в ВЛ.
Для обеспечения надежности электроснабжения потребителей линейной части МН вдольтрассовые ВЛ 6(10) кВ имеют двухстроннее питание, но работают в режиме разомкнутых электрических сетей. Известно [7], что для относительно коротких ВЛ предельная мощность нагрузки будет ограничиваться допустимым током нагрева проводов, а для ВЛ большой протяженности – допустимой потерей
напряжения (условиями
регулирования напряжения).
Для определения пропускной способности по условию допустимых потерь напряжения
выполнены расчеты потерь напряжения во вдольтрассовых линиях электропередачи большой
протяженности при расстояниях от центра питания (секции шин ЗРУ-10кВ нефтеперекачивающих станций) до наиболее удаленных узлов электрических нагрузок 240км÷250км и расположениях узлов запорной арматуры относительно друг друга на расстояниях 30км и 25км. Мощность электрических нагрузок УЗА
составляет 10 кВт. Учитывались расчетные данные проводов [7] марок АС-50/8, АС-70/11, АС-95/16, АС- 120/19 и использовалась методика расчета
потерь напряжения,
основанная на применении теории многополюсников [8].
Результаты расчетов потерь напряжения (в %) представлены на Рисунке 4.
Анализ результатов расчетов выявил, что при применении марки провода АС-50 (с минимально
допустимым для вдольтрассовых ВЛ сечением) и при LУЗА=30км максимальные потери напряжения до
наиболее удаленных узлов электрических нагрузок (240км) составляют более 9 %, а при LУЗА=25км максимальные потери напряжения до наиболее удаленных узлов электрических нагрузок (250км) достигают 12 %. При применении марки провода АС-120 при LУЗА=30км максимальные потери напряжения до
наиболее удаленных узлов электрических нагрузок (240км) соответствуют 5%, а при LУЗА=25км максимальные потери напряжения до наиболее удаленных узлов электрических нагрузок
(250км)
составляют 6,5 %.
На Рисунке 5 представлены результаты расчетов распределения потерь мощности во вдольтрассовых линиях электропередачи большой протяженности при LУЗА=30км (наиболее удаленные узлы электрических нагрузок находятся на расстоянии 240км) и при LУЗА=25км (наиболее удаленные узлы
электрических нагрузок находятся на расстоянии
250км).
Сопоставление изменений
напряжений в узлах
электрических нагрузок вдольтрассовых линий электропередачи большой протяженности, показанные на Рисунке 6, приводят к следующему выводу. Увеличение LУЗА с 25км до 30км позволяет использовать во вдольтрассовых линиях электропередачи
большой протяженности провода
марки
АС меньшего сечения.
За
счет этого технического решения
с увеличением протяженности линейных участков магистральных
нефтепроводов могут быть уменьшены
инвестиционные вложения в сооружения и последующую эксплуатацию вдольтрассовых воздушных линий электропередачи.
На Рисунке 7 представлены результаты расчетов пропускной
способности - значений наибольших расстояний от источника питания до наиболее удаленных узлов электрических нагрузок вдольтрассовых ВЛ
по
условию допустимой потери напряжения (5%) в зависимости от сечений проводов марки АС и расстояний
между узлами запорной арматуры.
Для увеличения пропускной способности вдольтрассовых воздушных линий электропередачи
магистральных нефтепроводов по условиям регулирования напряжения наряду с применением марки
провода с большего сечения (например, АС-120) целесообразна установка вольтодобавочных
трансформаторов.
Список
литературы
1. РД 153-39.4-113-01. Нормы технологического проектирования магистральных нефтепроводов.
2. РД 153-39.4-056-00. Правила технической эксплуатации магистральных нефтепроводов.
3.
Меньшов Б.Г. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности / Б.Г. Меньшов, М.С. Ершов,
А.Д. Яризов – М.: ОАО «Издательство «Недра», 2000. – 487 с.
4.
Ершов М.С. Энергосберегающий электропривод технологических установок трубопроводного
транспорта газа, нефти и нефтепродуктов / М.С. Ершов, А.Д. Яризов - М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2011. – 246 с.
5.
СП 36.13330.2012. Свод правил. Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция
СНиП 2.05.06-85*
6.
ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств
электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
7.
Справочник по проектированию электрических сетей / Под ред. Д.Л. Файбисовича. –
М.:
ЭНАС, 2012. –376 с.
8.
Петухова С.Ю.
Усиление тяговых сетей переменного тока использованием распределенного питания и
провода повышенного напряжения /
Диссертация канд.техн.наук . - М., 1994, 159 с.
