Проблема внеплановых отключений электроэнергии является актуальной для всех регионов добычи ТНК-ВР. Так, в 2005 году только прямые потери нефти из-за подобных отключений превысили 100 тыс. т (в том числе включая 27 тыс. т. внеплановых потерь по причине возникновения перенапряжений в период грозовой активности). Для решения этого вопроса в прошлом году на Хохряковском месторождении был реализован пилотный проект по разработке и внедрению каскадной системы защиты от перенапряжений (в том числе и грозовых) промысловых электрических сетей 6 и 35 кВ.
Пилотный проект по разработке и внедрению каскадной системы защиты от перенапряжений промысловых электрических сетей 6 и 35 кВ на Хохряковском месторождении проводился в рамках разработки Программы поддержания целостности энергетической инфраструктуры БН «Разведка и Добыча». Его реализацией занимались сотрудники Нижневартовского нефтегазодобывающего предприятия совместно с Экспертной группой по энергетике под руководством Департамента инжиниринга промысловых объектов БН «Технологии». Проект осуществлялся при активном содействии Управления по энергетике с привлечением специализированного подрядчика – ООО «ОПТИМА» (г. Санкт-Петербург).
Повреждения электрооборудования, возникающие в грозовой период
При сроке эксплуатации сети более 15 лет изоляция электрооборудования стареет и требует повышения степени защиты от перенапряжений. В качестве защитных аппаратов на Хохряковском месторождении использовались вентильные разрядники, установленные при монтаже понижающих подстанций 35/6 кВ и комплектных трансформаторных подстанций КТП 6/0,4 кВ. Поставкой подстанций, выключателей нагрузки, а также другого электрооборудования занималась компания "Электрощит-Самара": http://www.electroshield.ru - здесь подробнее или см. видео ниже. Основным недостатком разрядников является их низкое быстродействие. Кроме того, уровень остаточных перенапряжений при грозовых и коммутационных перенапряжениях превышал номинальное напряжение в сети в четыре и более раза, что представляло угрозу для целостности изоляции электрооборудования.
При грозовых разрядах на землю вблизи воздушных линий электропередач (ВЛЭП) наиболее вероятно возникновение опасных для изоляции индуцированных перенапряжений в проводах. ВЛЭП 6-35 кВ конструктивно не защищены от грозовых перенапряжений, поэтому разность потенциалов, возникающая между проводом и траверсой опоры, приводит к перекрытию на траверсу с последующим протеканием разрядного тока по опоре и заземляющему контуру. При малом сопротивлении (5-20 Ом) заземляющего контура переход импульсного перекрытия в устойчивую дугу короткого замыкания, как правило, не происходит. Однако данное перекрытие может привести к повреждению штыревых изоляторов и разрядников по причине физического старения изоляции и полупроводниковых материалов разрядников, защищающих КТП 6/0,4 кВ.
Повреждение данных элементов приводит к появлению однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), после чего обслуживающий персонал отключает линию и переходит к поиску и замене поврежденных элементов. Если же повреждения конструктивных элементов и появления устойчивого ОЗЗ не происходит, импульсное перекрытие не переходит в силовую дугу, так как ток дуги носит емкостный характер и не превышает 2 А (величина емкостного тока ВЛЭП на землю составляет около 0,18 А на 1 км длины ВЛЭП). Малая величина тока не может в достаточной степени ионизировать воздушную среду и вызвать перекрытие на другую фазу. При появлении наведенного перенапряжения вблизи места установки разрядника или нелинейных ограничителей перенапряжения (ОПН) происходит его электрический пробой, и наведенный заряд стекает на землю. ОПН ограничивают перенапряжения до уровня, безопасного для нормальной работы электрооборудования, что позволяет работать без отключений, уменьшить старение изоляции и продлить срок службы электрооборудования.
Основные проблемы использования ОПН
Вместе с тем, необходимо отметить следующий недостаток нелинейных ограничителей напряжения: реагируя на все процессы, протекающие в сети, и успешно справляясь с коммутационными и грозовыми воздействиями, в случае квазистационарных процессов обычный ОПН подвергается существенному риску перегрева. Недостатком этого способа является громоздкость экранов и практическая невозможность определения их параметров для всех возможных способов и мест установки, что, в свою очередь, может свести желаемый эффект к нулю.
Использование МОПН в рамках пилотного проекта
В ходе пилотного проекта по разработке и внедрению каскадной системы защиты от перенапряжений промысловых электрических сетей был выполнен анализ статистических данных по отключениям электроэнергии в электрических сетях Хохряковского месторождения по причине грозовой активности, включая данные по недобору нефти и недоотпуску электрической энергии, дана оценка параметров подстанций, отходящих присоединений и электрооборудования системы электроснабжения, выявлены критические импульсные параметры и параметры временных перенапряжений, которые должны быть учтены при обеспечении электромагнитной совместимости электрооборудования электрических сетей 6-35 кВ. На основе результатов обследования и установленных параметров, характеризующих перенапряжения в электрических сетях Хохряковского месторождения, даны рекомендации по обеспечению грозозащиты с использованием ОПН.
При этом впервые в промысловых электрических сетях ТНК-ВР был использован наиболее надежный тип ОПН – мультиградиентные ограничители перенапряжений (МОПН) производства ЗАО «Завод Энергозащитных Устройств» (г. Санкт-Петербург), в которых обеспечивается равномерное распределение температуры внутри герметизированного корпуса аппарата за счет программируемого подбора вольт-амперных характеристик варисторов. Также МОПН имеют более длительный срок эксплуатации, они не требуют оснащения экранами и поэтому имеют уменьшенные установочные габариты.
Выравнивание нагрева внутри МОПН существенно повышает надежность и универсальность защитного аппарата. Получение такого эффекта за счет программируемого выстраивания свойств полупроводникового материала стало возможным благодаря многолетним экспериментам и накоплению опыта производства силовых варисторов, а также испытаний в ОАО «НИИ «Электрокерамических изделий». Особенно актуально применение МОПН в сетях до 35 кВ, в которых ОПН не снабжаются экранами по экономическим соображениям, а иногда и из-за ограничений на установочные габариты.
Перспективы применения каскадной системы защиты от перенапряжений в ТНК-ВР
В итоге, по завершении пилотного проекта и в ходе последующей эксплуатации в 2006 и 2007 году полученные результаты превзошли расчетные ожидания. Количество грозовых отключений сократилось на 60% по сравнению с аналогичным периодом 2005 года (в 2000-2005 годах на Хохряковском месторождении происходило в среднем 14 внеплановых отключений из-за грозовых перенапряжений в год). За 2006 год в ПЕ «ННП» не произошло ни одного пожара (взрыва) по причине отказа электрооборудования. Кроме того, по сравнению с 2005 годом потери нефти по причине грозовых перенапряжений снизились на 1 127 т.
Технические решения пилотного проекта приняты в качестве оснащения для аналогичных систем защиты от перенапряжений на трех других месторождениях ПЕ «ННП» (Пермяковском, Кошильском и Ермаковском). Благодаря поддержке руководства БЕ «Оренбург», БЕ «Самотлор», БЕ «Тюмень» и БЕ «Энергетика» в 2007 году разработка подобных систем началась на Сорочинско-Никольском, Курманаевском и Верх-Тарском месторождениях, а так же на Усть-Вахской площади Самотлорского месторождения, где Экспертная группа по энергетике планирует провести тестирование новой конструкции автоматического отключения ОПН на напряжение 6 и 35кВ, предотвращающей возникновение длительных однофазных замыканий на землю в аварийных ситуациях. Также будут оценены способы компенсации влияния на сеть высших гармоник тока и напряжения.
По предварительным расчетам, применение каскадной системы защиты от перенапряжений на основе мультиградиентных ограничителей перенапряжений, увеличение электрической прочности и уменьшение сопротивления заземления элементов электрических сетей на месторождениях, подверженных влиянию перенапряжений, позволят сократить количество отключений из-за перенапряжений до 50%, что приведет к ощутимому (до 40%) сокращению вызванных этими отключениями потерь продукции.
