Применение ценологической парадигмы для структурно-параметрического анализа комплекса силовых трансформаторов для электроснабжения в нефтедобыче.
Первая часть опубликована в предыдущем номере
То, что комплекс силового трансформаторного оборудования для электроснабжения установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) является техноценозом — не вызывает сомнения, хотя строгое доказательство этого выходит за рамки настоящей статьи.
Авторами впервые использован ценологический подход к определению направлений улучшения энергоэффективности комплекса электроснабжения нефтедобывающего холдинга. Для применения новой методологии выделен техноценоз «Комплекс силовых трансформаторов в нефтедобыче». Результаты проецирования новой парадигмы на новую предметную область — электроснабжение нефтедобычи, — изложены ниже.
Актуальность энергосбережения и энергоэффективности в нефтедобыче определяется высокой энергоемкостью (80... 100 и более кВт*ч на тонну добытой нефти). Традиционные меры по энергосбережению известны — это нормирование энергопотребления и регулярный профилактический контроль состояния оборудования. Главные направления повышения эффективности — радикальное совершенствование технологий, оборудования и повышение их энергоэффективности в первую очередь в системах добычи и поддержки пластового давления, на долю которых приходится до 90% всей потребляемой энергии. В добыче это предусматривает, в частности, переход на скважинные УЭЦН с частотно-регулируемым приводом и меры по обеспечению их работы в номинальных режимах, а также меры по обеспечению требуемого качества электроэнергии в промышленных системах электроснабжения (устранение высокочастотных составляющих).
Ниже представлены общие результаты анализа и оценки энергоэффективности комплекса электроснабжения нефтедобывающего холдинга, включающего более 15 ООО силовых трансформаторов для УЭЦН.
Диаграмма 1. Распределение по мощностям
1. Распределение трансформаторов по мощностям представлено в таблице 1 и на диаграмме 1. Следует отметить, что ~5% оборудования имеет мощности, несоответствующие ГОСТ 9680-77 «Трансформаторы силовые мощностью 0,01 кВА и более. Ряд номинальных мощностей», а именно: более 700 единиц имеет мощности 50, 102, 165, 206, 230, 253, 257, 260, 300, 360, 404, 412, 426, 520, 700, 900, 980 кВА. При этом номинальное напряжение ВН колеблется в очень широком диапазоне от 0,844 кВ до 5,514 кВ (>30 номиналов).
Таблица 1. Распределение по мощностям
| № п/п | Мощность, кВА | Количество, шт. | Доля, % |
|---|---|---|---|
| 1 | 50 | 20 | 0,1% |
| 2 | 63 | 305 | 2,0% |
| 3 | 100 | 6612 | 42,7% |
| 4 | 102 | 253 | 1,6% |
| 5 | 125 | 3 | 0,0% |
| 6 | 160 | 3705 | 23,9% |
| 7 | 165 | 220 | 1,4% |
| 8 | 200 | 4 | 0,0% |
| 9 | 206 | 5 | 0,0% |
| 10 | 230 | 9 | 0,1% |
| 11 | 250 | 1825 | 11,8% |
| 12 | 253 | 15 | 0,1% |
| 13 | 257 | 2 | 0,0% |
| 14 | 260 | 5 | 0,0% |
| 15 | 300 | 19 | 0,1% |
| 16 | 360 | 3 | 0,0% |
| 17 | 400 | 1378 | 8,9% |
| 18 | 404 | 48 | 0,3% |
| 19 | 412 | 8 | 0,1% |
| 20 | 426 | 66 | 0,4% |
| 21 | 520 | 18 | 0,1% |
| 22 | 630 | 505 | 3,3% |
| 23 | 700 | 2 | 0,0% |
| 24 | 900 | 19 | 0,1% |
| 25 | 980 | 12 | 0,1% |
| 26 | 1000 | 242 | 1,6% |
| ВСЕГО | 15 303 | 98,9% |
Вывод ценологического анализа. Данные таблицы 1 позволяют определить параметры Н-распределения, характеризующего инвариантную структуру техноценоза «Комплекс силовых трансформаторов в нефтедобыче». в свою очередь, константы этого распределения позволят сделать вывод об оптимальности структуры и, соответственно, об уровне ее энергоэффективности.
Аппроксимация ранговидового распределения техноценоза «Комплекс силовых трансформаторов в нефтедобыче» определила показатель степени гиперболического распределения, равным 2,83.
В соответствии с фундаментальными работами Б. И. Кудрина и В. И. Гнатюка значение этого показателя для оптимального техноценоза лежит в диапазоне от 0,5 до 1,5. Таким образом, сделан первый существенный вывод: структура техноценоза «Комплекс силовых трансформаторов для электроснабжения в нефтедобыче» не является оптимальной. Однако, если исключить из структуры техноценоза трансформаторы нестандартной мощности, то при анализе мы получаем константу рангового распределения, равную 1,75. Т.е. структура техноценоза приближается к оптимальной.
Основываясь на методах структурной и параметрической оптимизации техноценозов разработанных В. И. Гнатюком, автор в настоящее время определяет оптимальные номенклатурные и технические параметры электроснабжающего комплекса УЭЦН.
Нижеследующие результаты анализа относятся к другим важным параметрам особей техноценоза — силовых трансформаторов, а именно: срок эксплуатации, количество ступеней регулирования, показатели потерь.
2. Распределение оборудования по срокам эксплуатации представлено в таблице 2 и на диаграмме 2. Доля гарантийного оборудования составляет чуть более 25%. Более 4% от всего трансформаторного парка эксплуатируется 25 и более лет.
Диаграмма 2. Распределение оборудования по срокам эксплуатации
Вывод ценологического анализа. Возрастная структура парка трансформаторов практически идеальна и будет сохраняться в течение 10-15 лет при условии ввода новых трансформаторов, взамен выводимых из эксплуатации.
Таблица 2. Распределение оборудования по срокам эксплуатации
| № п/п | Срок эксплуапации, лет | Количество, шт. 1 |
|---|---|---|
| 1 | 25 лет и свыше | 651 |
| 2 | от 20 до 24 лет | 642 |
| 3 | от 10 до 19 лет | 566 |
| 4 | от 5 до 9 лет | 6367 |
| 5 | до 5 лет (гарантийное обслуживание) | 4001 |
| ВСЕГО | 12 227 |
3. В следующей таблице 3 и на диаграмме 3 представлена доля трансформаторов с различным количеством ступеней регулирования.
Диаграмма 3. Количество ступеней регулирования
Таблица 3. Доля трансформаторов с различным количеством ступеней регулирования
| № п/п | Срок эксплуапации, лет | Количество, шт. 1 |
|---|---|---|
| 1 | 25 лет и свыше | 651 |
| 2 | от 20 до 24 лет | 642 |
| 3 | от 10 до 19 лет | 566 |
| 4 | от 5 до 9 лет | 6367 |
| 5 | до 5 лет (гарантийное обслуживание) | 4001 |
| ВСЕГО | 14 476 |
Вывод ценологического анализа. 65% трансформаторов выполнено с количеством ступеней регулирования, равным 25. Выражаясь языком технетики, налицо чрезмерная унификация, т.е. недостаточное разнообразие видов, что делает техноценоз неоптимальным по структуре и, соответственно, по энергоэффективности. Требуется параметрическая оптимизация техноценоза «Комплекс силовых трансформаторов в нефтедобыче».
4. Сравнительные значения характеристик потерь в трансформаторах разных заводов-производите- лей представлены в таблицах 4 и 5. Последней строкой в данных таблицах указаны нормы потерь силовых распределительных трансформаторов по европейским документам гармонизации HD428.1 и HD538.1.
Таблица 4. Мощность потерь нагрузки (короткого замыкания), Вт
| № п/п | Завод | 100 кВА | 160 кВА | 250 кВА | 400 кВА |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | ЗАО ГК «ЭЛЕКТРОЩИТ-ТМ-САМАРА», г. Самара | 2400 | 2900 | 4100 | 6100 |
| 2 | МЭТЗ им. В.И. Козлова, г. Минск | 1970 | 2650 | 3700 | 5800 |
| 3 | ОАО «ЭТК «БирЗСТ», г. Биробиджан | 1950 | 2650 | 3900 | 5900 |
| 4 | «Укрэлектроаппарат», г. Хмельницкий | 1970 | 2650 | 3700 | 5500 |
| 5 | ОАО «Апттранс», г. Барнаул | 2000 | 2800 | 3900 | 5900 |
| 6 | ОАО «Электрощит», г. Чехов, МО | 1780 | 2410 | 3590 | 5500 |
| 7 | Требования европейских стандартов энергоэффективности | 1475 | 2000 | 2750 | 3850 |
Таблица 5. Мощность потерь холостого хода, Вт
| № п/п | Завод | 100 кВА | 160 кВА | 250 кВА | 400 кВА |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | ЗАО ГК «ЭЛЕКТРОЩИТ-ТМ-САМАРА», г. Самара | 310 | 480 | 700 | 900 |
| 2 | МЭТЗ им. В.И. Козлова, г. Минск | 290 | 440 | 650 | 900 |
| 3 | ОАО «ЭТК «БирЗСТ», г. Биробиджан | 290 | 420 | 580 | 900 |
| 4 | «Укрэлектроаппарат», г. Хмельницкий | 300 | 420 | 500 | 740 |
| 5 | ОАО «Апттранс», г. Барнаул | 270 | 420 | 530 | 740 |
| 6 | ОАО «Электрощит», г. Чехов, МО | 280 | 391 | 563 | 820 |
| 7 | Требования европейских стандартов энергоэффективности | 210 | 300 | 425 | 610 |
По итогам даже краткого изложения анализа техноценоза «Комплекс силовых трансформаторов в нефтедобыче» очевидно, что существующая на сегодняшний день структура техноценоза как по номенклатуре, так и по параметрическим характеристикам не позволяет повышать энергоэффективность нефтедобычи.
Необходима разработка новых технических требований к трансформаторному оборудованию для нефтедобычи, которые максимально полно будут отражать структуру и параметры оптимального техноценоза «Комплекс силовых трансформаторов электроснабжения нефтедобычи».
Таким образом, результаты применения ценологической парадигмы свидетельствуют об огромных возможностях данной методологии по кардинальной оптимизации энергоэффективности комплекса силовых трансформаторов для электроснабжения в нефтедобыче.
Ю. М. САВИНЦЕВ,
кандидат технических наук,
генеральный директор
ООО «ЭТК «Русский трансформатор»
А. В. СТУЛОВ,
заместитель исполнительного директора
ООО «Подольский трансформаторный завод»
Заключительная часть в следующем номере (№3, 2015) «Электротехнического рынка»