На правах рукописи

КРЮКОВ Олег Викторович

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ

ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ ГАЗОПРОВОДОВ НА БАЗЕ

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И МОНИТОРИНГА

Специальность 05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Нижний Новгород - 2015

Работа выполнена в ОАО «Гипрогазцентр»

Научный консультант: - Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО "Московский государственный машиностроительный университет" ОНИЩЕНКО Георгнй Борисович

Официальные оппоненты: - Доктор технических наук, доцент, начальник лаборатории регулируемого электропривода ДАЭП ОАО «НИПТИЭМ» ВИНОГРАДОВ Анатолий Брониславович- Доктор технических наук, с.н.с., доцент, профессор кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»ЗЮЗЕВ Анатолий Михайлович- Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой электропривода ФГБОУ ВПО "Липецкий государственный технический университет"МЕЩЕРЯКОВ Виктор Николаевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина»

Защита состоится “ 15 ” мая 2015г. на заседании диссертационного совета Д 403.005.01 при ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ», 107078, РФ, г. Москва, Хоромный тупик, дом 4, строение 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 403.005.01 на базе ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ».

Автореферат разослан “ 02 ” марта 2015г.

Ученый секретарьдиссертационного совета, к.в.н., доцент Пинчук А.В.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Природный газ на сегодняшний день является главным топливным элементом энергетического комплекса России и большин­ства экономически развитых стран Европы и всего мира. На его долю прихо­дится более 22% объемов потребления всех видов источников с опережающей динамикой роста до 2050 года. Это обусловлено тем, что из всех ископаемых источников природный газ является самым экономичным, экологически чистым и удобным потребителю видом топлива в длительной перспективе. В 2011 году, согласно статистике, достигнут рекордный прирост объемов запасов'Угаза в ОАО «Газпром» за счет геологоразведочных работ - 719,8 млрд. м , что больше уровня добычи на 40,3 %.

Общеизвестно, что сэкономить тонну условного топлива даже без учета экологической нагрузки в несколько раз дешевле, чем добыть. В этой связи в отрасли принят ряд нормативных документов по обеспечению бережного и максимально эффективного использования природных ресурсов, а также Концепция по энергоэффективности газотранспортных систем (ГТС).

В качестве приводов газоперекачивающих агрегатов (ГПА) на компрессорных станциях (КС) ГТС используются газомотокомпрессоры, газотурбинные и электроприводные ГПА (ЭГПА). Именно ЭГПА являются наиболее перспективными на КС, что обусловлено их преимуществами: низкие капитальные и эксплуатационные затраты, высокие энергетические показатели в совокупности с высокой надёжностью и экологичностью.

Развитие теории и практики ЭГПА, включая частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) прошло большой путь совершенствования аппаратной базы и технологий электромашиностроения, силовой полупроводниковой и микропроцессорной техники, а также вкладом, который внесли ведущие ученые- Белоусенко И.В., Виноградов А.Б., Ершов М.С., Зюзев А.М., Козярук А.Е., Мещеряков В.Н., Онищенко Г.Б., Титов В.Г., Шакарян Ю.Г. и др. из отрас­левых НИИ, НПО и ВУЗов - ВНИИГАЗ, ВНИИЭМ, НИПОМ, НИПТИЭМ, НИУ «МЭИ», НМСУ «Горный» (СПб), РГУНГ им. И.М. Губкина, МАМИ, УрФУ (УПИ), НГТУ и других. Однако, несмотря на полувековую историю, инновационные исследования по энергоэффективности, экологичности и надёжности работы ЭГПА на КС магистральных газопроводов (МГ) продолжаются и сегодня.

Вместе с тем, вопросам системного анализа рациональных систем частотно-регулируемых ЭГПА, систем управления, мониторинга и автоматизации в рамках КС и линейных участков (ЛПУ) МГ уделяется недостаточное внимание. Для ЭГПА в настоящее время в основном еще используются неэкономичные нерегулируемые системы с асинхронными и синхронными машинами. При работе в режимах регулирования газоподачи и - пуска используются морально устаревшие и неэкономичные способы управления, перепускные клапаны и гидромуфты, а также реакторные уст­

3

ройства запуска агрегатов. Данные устройства решают только локальные задачи, не обеспечивая комплекса проблем энергоэффективности и надежности.

Цель диссертационной работы заключается в теоретическом обосновании, разработке и исследовании энергоэффективных систем частотно- регулируемого электропривода газоперекачивающих агрегатов, обеспечивающих реализацию интеллектуальных принципов управления, повышение экономической эффективности транспорта газа, оперативную диагностику и прогнозирование технического состояния на базе применения микропроцессорных средств и отличающихся комплексным подходом к решению задач энергосбережения и автоматизации компрессорных станций.

В связи с поставленной целью решаются следующие задачи работы:1. Анализ технического состояния парка ЭГПА на компрессорных стан­

циях магистральных газопроводов с выработкой основных требований к час­тотно-регулируемому электроприводу и системе автоматизации.

2. Исследование режимов работы и взаимодействия ЭГПА в рамках тех­нологически связанных электроприводов компрессорных станций и матема­тическое моделирование их динамических режимов.

3. Разработка алгоритмов управления ЭГПА, наиболее полно учитываю­щих характер стохастических процессов в магистральных газопроводах и структурно-параметрический синтез оптимизированной архитектуры системы управления электроприводных газоперекачивающих агрегатов.

4. Разработка методологии и аппаратно-программных средств оператив­ного мониторинга и прогнозирования технического состояния электроприводов газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций.

5. Системная оптимизация работы электроприводных компрессорных станций с целью минимизации энергопотребления в рамках линейных участков магистральных газопроводов.

6. Технико-экономический анализ и обоснование проектов модернизации и нового строительства газопроводов с частотно-регулируемыми системами ЭГПА и формирование зон благоприятного внедрения энергоэффективных электроприводных компрессорных станций.

Методы исследования:Для теоретических исследований использовались: теория электрических

машин переменного тока, теория вероятностей и математической статистики, теория планирования эксперимента, теория автоматического управления и ре­гулирования, дискретно-операторный метод моделирования и синтеза регуля­торов, теория технической диагностики, математический аппарат нечеткой ло­гики. Экспериментальные исследования проводились в компрессорных цехах и опытных образцах на КС с помощью современной измерительной аппаратуры и средств автоматизации обработки результатов эксперимента. Исследования ди­намических режимов и анализ регрессионных уравнений проводились мето­дами математического моделирования с привлечением современных компью­терных программных продуктов, в частности, пакетов ПО МаШсаё и Ма1ЫаЬ.

4

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов обеспечены строгими математическими доказательствами, выполнен­ными в ходе исследований или экспериментальной проверкой, подтверждены сопоставлением результатов теоретических исследований с экспериментальны­ми данными, полученными путем моделирования или натурных испытаний с последующим внедрением разработанных методов и методик в практику про­ектирования систем электроприводов, а также при технической экспертизе по существу новизны патентов на изобретения. Полученные результаты согласу­ются с современными научными представлениями и данными, полученными при обзоре отечественных и зарубежных информационных источников, и под­тверждаются оригинальными исследованиями автора и их представительным обсуждением на научных конференциях международного и отраслевого уров­ней, при публикациях в научных изданиях. Основные технические решения внедрены на объектах.

Научная новизна:1. Теоретически обоснованы методы и целесообразность применения вы­

соковольтных частотно-регулируемых электроприводов ЭГПА, обеспечиваю­щих выполнение заданных показателей качества технологического процесса компримирования газа, надежную и энергоэффективную работу КС.

2. Предложен метод математического описания и имитационного моде­лирования стационарных и динамических процессов работы ЭГПА, как объекта технологически связанного частотно-регулируемого электропривода.

3. В рамках теории планирования эксперимента на основе теории вероят­ностей и методов математической статистики разработан метод получения со­вокупности регрессионных уравнений для адекватного задания скорости вра­щения ЭГПА, позволяющий автоматически контролировать влияние основных стохастических возмущений на работу агрегатов КС.

4. Научно обоснован метод структурно-параметрического синтеза замк­нутых комбинированных САР стабилизации давления газа ЭГПА, компен­сирующий воздействия основных метеорологических и технологических сто­хастических возмущений на работу КС.

5. Предложен метод, имитационные модели и алгоритмы описания ЭГПА как объекта диагностирования, основанные на нейро-нечеткой идентификации и позволяющие с единых методологических позиций адекватно и оперативно прогнозировать техническое состояние элементов ЧРП ЭГПА.

6. Теоретически обоснован новый способ оптимизации магистрального транспорта газа, позволяющий минимизировать энергопотребление на его пе­рекачку электроприводными КС в соответствии с факторами режима, энергии и цели.

Авторские права на новизну положений защищены 10 патентами РФ.

Научные положения, выносимые на защиту1. Классификация ГПА и систематизация параметров технического со­

стояния парка ЭГПА, работающих на компрессорных станциях магистральных

5

газопроводов, а также совокупность требований и факторов энергоэф­фективности технических решений при модернизации ЭГПА.

2. Концепция, оптимальный состав оборудования и рациональные струк­туры энергосберегающих систем частотно-регулируемого электропривода ЭГ­ПА, обеспечивающих совместимость с характеристиками нагнетателей, со­гласованную технологически связанную работу агрегатов в рамках компрес­сорных станций в стационарных и динамических режимах.

3. Методы расчета и исследования регрессионных алгоритмов мультипро­цессорного управления ЧРП ЭГПА в условиях действия стохастических воз­мущений, а также принципы построения структур комбинированных (инвари­антных) САР давления газа, обеспечивающих компенсацию этих возмущений и стабилизацию выходных параметров газа.

4. Методы анализа эксплуатационных факторов повреждаемости ЭГПА и синтеза алгоритмов оперативного мониторинга и прогнозирования его техниче­ского состояния на основе нейро-нечеткой идентификации элементов частотно­регулируемого электропривода и интеллектуальных датчиков.

5. Принципы и способы системной оптимизации работы электропривод- ных КС с целью минимизации энергопотребления установок линейных участ­ков магистральных газопроводов в рамках синтезированной модели теплоэнер­гетической системы, включающей ЭГПА, аппараты воздушного охлаждения га­за и ЛПУ газопровода.

6. Результаты технико-экономического анализа и обоснования модерниза­ции и нового строительства газопроводов с ЧРП ЭГПА и рекомендации по зо­нам благоприятного внедрения энергоэффективных электроприводных КС.

Практическая ценность1. Сформулированные и теоретически обоснованные в работе факторы

энергоэффективности инновационных решений при модернизации ЭГПА в ка­честве Программы перспективного развития ЭГПА переданы в рамках НИР для использования в новых проектах ЧРП ЗАО «РЭПХ» в 2012 году.

2. Синтезированная модульная архитектура инвариантной системы ЧРП ЭГПА и отдельные схемные решения обладают высокой степенью универсаль­ности, что позволяет использовать их для различных объектов и агрегатов с решением большого круга задач управления и регулирования.

3. Разработанный комплекс алгоритмов и программ регулирования, управления и мониторинга ЧРП ЭГПА представляет собой законченный про­дукт и может быть тиражирован и интегрирован в ПО АСУ ТП с мощными компрессорными агрегатами.

4. Разработанные структурные схемы и нейро-нечеткие алгоритмы интел­лектуальных датчиков для задач оперативного мониторинга и прогнозирования состояния позволяют расширить функциональные возможности мониторинга и снизить затраты на эксплуатации ЭГПА.

5. Проведенные в работе технико-экономические исследования благопри­ятных зон территории РФ для внедрения ЧРП ЭГПА при реконструкции, мо­дернизации и новом строительстве компрессорных станций магистральных га­

6

зопроводов позволяют определить газотранспортным предприятиям приорите­ты по инвестиционному планированию работ.

6. Опытно-промышленные образцы систем ЭГПА, спроектированные с учетом выводов и результатов работы, могут быть тиражированы на различных дочерних предприятиях ОАО «Газпром» и в профильных учебных лаборатори­ях ВУЗов.

Реализация результатов работы.Результаты работы использованы при проектировании ЭГПА на КС

«Картапинская» (ЛПУМГ «Бухара-Урап» ООО «Г азпром трансгаз Екатеринбург»), КС «Починковская» и КС «Сеченовская» (ЛПУМГ «Уренгой- Ужгород» и «Ямбург-Елец» ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород»), Кроме того, отдельные положения и результаты диссертации использованы при создании новых частотно-регулируемых ЭГПА ЗАО «РЭПХ» (СПб) и ООО "Электротяжмаш-Привод" (г. Лысьва), реализованы в щитовом электрооборудовании ООО «ПРОТОН ЭЛЕКТРО СЕРВИС», а также в учебном процессе НГТУ им. Р.Е. Алексеева и других ВУЗов России.

Апробация работыОсновные положения, результаты, выводы и рекомендации

диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительные отзывы на следующих Международных научно-технических конференциях: I- VI Международных (ХП-ХУШ Всероссийских) конференциях по автоматизиро­ванному электроприводу (СПб-1995, Ульяновск-1998, Н.Новгород-2001, Маг­нитогорск-2004, СПб-2007, Тула-2010, Иваново-2012); УП-ХУ Международных научно-технических конференциях «Электроприводы переменного тока» (Ека­теринбург, УПИ- УрФУ, 1986-2012гг.); У-ХУ1 Международных научно-техни­ческих конференциях “Состояние и перспективы развития электротехнологии” (Бернадосовские чтения), Иваново, ИГЭУ, 1991-2013гг.; УШ-Х1 Междуна­родных симпозиумах “Интеллектуальные системы (ШТЕЬЗ)”, МГТУ им. Н.Э. Баумана (Н.Новгород-2008, Владимир-2010, Вологда-2012, РУДН-Москва- 2014); 1У-У Международных научно-технических конференциях “Газотранс­портные системы: настоящее и будущее (ОТ8)”, ВНИИГАЗ, Москва, 2011­2013гг.; ХШ-ХХ Международных научно-технических конференциях “Информационные системы и технологии”, ИРИТ НГТУ им. Р.Е. Алексеева,Н.Новгород, 2007-2014гг.; XVIII Всероссийской научно-технической конференции “Неразрушающий контроль и техническая диагностика”, РОНКТД, Н.Новгород, НГТУ, 2008г.; XV, Х1Х-ХХ Международных научно­технических конференциях “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”, Украина (Крым, Алушта-2008, Крым, Николаевка-2012, Алушта-2013); ХП-Х1У Международных научно-технических конференциях “Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты”, МЭИ, Алушта, 2008-2012гг.; Х1-ХП “Всемирных электротехни­ческих конгрессах”, ВЭИ, Москва, 2005, 2011гг.; Международных научно­технических конференциях ИПУ РАН им. В.А. Трапезникова (“А1ТА-2011”, “81СРБ10-2012”, “УКИ-2012”, “МКПУ-2013”, XII “ВСПУ-2014”), Москва, 2011-

7

2014 гг.; Секциях НТС «Энергетика», «Транспортировка и ПХГ» и «Охрана окружающей среды. Энергосбережение» ОАО «Газпром» и ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Москва, 2011-2014гг. Региональных научно-технических конференциях “Актуальные проблемы электроэнергетики”, ИНЭЛ НГТУ им. Р.Е. Алексеева, Нижний Новгород, декабрь 1984-2013 гг.

Публикации. По теме и материалам диссертации опубликовано более 200 работ, основное содержание изложено в 34 статьях в периодических журналах, рекомендованных ВАК, 11 статьях в иностранных реферируемых журналах (в системе цитирования 8сори§), 10 патентах и 8 монографиях.

Личное участие автора выражается в разработке принципов построения и применения высоковольтных многоуровневых преобразователей частоты для регулирования скорости электроприводных газоперекачивающих агрегатов магистрального транспорта газа с использованием интеллектуальных систем управления и мониторинга: определение факторов энергоэффективности технических решений, обеспечение совместимости характеристик приводов и нагнетателей, оптимизация по энергетическим показателям в рамках инвариантных САУ, применение методов нейро-нечеткой идентификации для прогнозирования состояния оборудования, синтеза модели линейного участка газопровода и технико-экономический анализ целесообразности внедрения.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 312 страниц, 123 рисунка, 36 таблиц, 162 формулы, а список литературы включает 139 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы, значимость и масштабность

ее для газотранспортных систем России, сформулированы цель и основные задачи работы, научная новизна, основные защищаемые положения и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе «Особенности КС с ЭГПА» рассмотрены современные тенденции и перспективы развития ГТС России и производственных технологий дальнего транспорта газа из районов Крайнего Севера и Сибири в густонаселенные территории РФ, Европы и АТР. Обоснована необходимость перехода газовой отрасли от экстенсивного к интенсивному пути дальнейшего развития с приоритетами повышения энергоэффективности, надежности и экологичности ГТС. Это возможно путем комплексных исследований функциональных возможностей применения новой газоперекачивающей техники и 1Т-технологий управления агрегатами магистрального транспорта газа на основе комплексного анализа работы КС. Для этого необходима единая парадигма разработки с теоретически обоснованными методами формализации, синтеза и анализа основных технологических агрегатов КС.

В настоящее время магистральный транспорт газа в России характеризуется значительными расстояниями (в среднем до 3000-5000 км),

8

разнообразием горно-геологического рельефа трасс, включая активные тектонические разломы и водные преграды рек и морей, а также разнообразные метеорологические условия. Кроме того, сегодня практически для всей Единой системы газоснабжения (ЕСГ) РФ характерны неравномерные режимы перекачивания газа с сезонными, помесячными и посуточными графиками.

Для уменьшения затрат мощности КС на перекачку газа, увеличения пропускной способности МГ и экономии энергоресурсов выгодно поддерживать номинальное давление газа в трубопроводе, снижать температуру перекачиваемого газа до оптимального уровня и использовать МГ большего диаметра с периодической очисткой внутренних полостей. Анализ современных систем дальнего транспорта газа и структур КС МГ показал, что основным каналом оперативного регулирования параметров и обеспечения эффективного воздействия на технологические параметры ГТС являются газоперекачивающие агрегаты (нагнетатели) с приводами различного типа.

На начало 2013 года в состав ЕСГ ОАО «Газпром» входило 17 газотранс­портных предприятий (обществ), обеспечивающих эксплуатацию 168,3 тыс. км МГ и отводов (причем, с трубами 0 1420 мм - 49 тыс. км). В составе 222 КС в эксплуатации сегодня находится 3738 ГПА суммарной мощностью 43,87 млн. кВт. Анализ показателей, характеризующих работу ЕСГ страны сегодня, говорит о значительном износе, снижении технического состояния и производительности основных агрегатов КС. Средний возраст газопроводов ЕСГ России составляет 22 года, большая часть которых (около 80 %) имеет возраст от 15 до 40 лет. Кроме того, статистика отказов ГПА свидетельствуют о необходимости предотвращения дальнейшего снижения технического состояния и производительности основного оборудования объектов ЕСГ, повышения основных эксплуатационных показателей и снижения энергозатрат при транспорте газа. Эти результаты могут быть достигнуты только за счет реконструкции, модернизации и оптимизации режимов эксплуатации основного газоперекачивающего оборудования.

Весь разнообразный парк техники ГПА, сложившийся на предприятиях ОАО «Газпром» на протяжении 60 лет, можно условно классифицировать по 4 признакам: типу нагнетателя природного газа, структуре и количеству ступеней компримирования, номинальному давлению газа на выходе КС, а также типу и параметрам энергопривода (рис.1). Основными типами приводов ГПА являют­ся: газотурбинные и электроприводные на базе электрических машин перемен­ного тока мегаваттного класса. Сегодня в ОАО «Газпром» России общая доля газотурбинных приводов составляет 85,3 %, а электроприводных - 14,1 %.

В диссертации аргументированно доказано, что технические характери­стики современных ЧРП имеют существенные преимущества по сравнению с альтернативными вариантами газотурбинных ГПА, особенно в энергопрофи­цитных регионах страны. Все доводы в пользу газотурбинных или иных видов привода относятся к внешним конъектурным и субъективным факторам, вклю­чая, главным образом, перекосы тарифной политики. Это обусловлено не­оспоримыми достоинствами частотно-регулируемого электропривода ГПА:

9

ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЕ АГРЕГАТЫ КС

По типу нагнетателя

По ступеням По выходномукомпрессора давлению

поршневые

центробежные

нерегулируемые

комбинированные

винтовые

1-ступенчатые

многоступенчатые

5,5 МПа

7,5 МПа

8,3 МПа

9,8 МПа

12 МПа

По типу энергопривода

газотурбинные

авиационны е

судовые

> на базе ДВС

Электроприводные

нерегулируемые

регулируемые

редукторны е

синхронны е

асинхронны е

Рис. 1. Классификация современных ГПА.

1. Точная и быстрая отработка технологических режимов МГ с высокими энергетическими показателями.

2. Предельно высокий и неизменный при регулировании скорости КПД машин переменного тока в ЧРП (до 95-98%) в сравнении с 28-36 % ГТУ.

3. Высокая надежность работы со средней наработкой на отказ до 40000 ч (4,5 года) и практически без необходимости сервисного обслуживания.

4. Первоначальные капитальные затраты на электропривод в 3-9 раз ниже показателей ГТУ и авиационных двигателей при простоте блочного монтажа.

5. Затраты на ТОиР составляют 4 % эксплуатационных затрат (в безмас- ляных, безредукторных - еще ниже), трудоемкость ремонтов ниже в 1,5-2 раза.

6. Компактность новых конструкций ЭГПА и отсутствие маслохозяйства.7. Экологичность работы при полном отсутствии выбросов СОх и ЫОх в

атмосферу и низкий уровень шума и вибраций.ЭГПА эксплуатируется сегодня на 91 КС в 14 обществах ОАО «Газпром».

Существующий парк ЭГПА в ОАО «Газпром» за последние 5-7 лет изменился незначительно (рис.2)

10

■ А З - 4 5 0 0 - 1 5 0 0

■I Э Г П А - Ц - 6 , 3

■ С Т Д - 1 2 5 0 0

• Э Г П А - 2 - 1 2 , 5

Э Г П А - Ц - 6 , 3 14 е д . 2 , 1 %

С Т М - 4 0 0 0 - 2 2 7 е д .

4 %А З - 4 5 0 0 - 1 5 0 0

4 е д .0 ,6 %

Э Г П А - 2 5 Р Ч

Э Г П А - 4 . 0 / 8 2 0 0

Э Г П А - 6 , 3 / 8 2 0 0

Рис. 2. Относительное распределение ЭГПА по моделям.

Э Г П А - б , 3 / 8 2 0 0 1 е д .0 ,2%

■I С Т Д - 4 0 0 0 - 2

■ С Т М - 4 0 0 0 - 2

Э Г П А - 2 - 1 2 , 5 14 е д . 2 , 1%

Э Г П А - 2 5 Р Ч 6 е д . 0 , 9 %

Э Г П А - 4 . 0 / 8 2 0 0 12 е д .

Основу парка составляют синхронные машины мощностью 4 и 12,5 МВт, общее количество которых составляет около 94 % всех ЭГПА. Установки типа ЭГПА-4,0/8200 и ЭГПА-6,3/8200 представляют новое поколение частотно­регулируемой электроприводной газоперекачивающей техники, внедренной в двух ДО ОАО «Газпром». Безусловными лидерами в этом отношении являются ООО «ГПТГ Москва» (144 ЭГПА, / \ ст =1365,5 МВт или 24 % общей / \ ст) и ООО «ГПТГ Н.Новгород» (128 ЭГПА, Руст =1537,5 МВт или 27 % общей Руст). Причем, в ООО «ГПТГ Н.Новгород» количество ЭГПА составляет более 50 % всех ГПА КС или 17,6 % всех ЭГПА ГТС ОАО «Газпром» (рис. 3).

□ ООО Т П ПХГ" ■ ООО "ГПТГ В олгоград"□ ООО "ГПТГ Махачкала" □ ООО "ГПТГ Н иж ний Н овгород"■ ООО 'ТП ТГ Ставрополь" □ ООО 'ГПТГ Санкт-Петербург"□ О ОО "ГПТГ М осква" □ ООО Г Д Оренбург"■ О ОО "ГПТГ Самара" Н О О О 'ГПТГ Ухта"□ ООО "ГПТГ Сургут" □ ООО 'I П ТГ Томск"■ ООО 'ТП ТГ Екатеринбург" ■ ООО "ГПТГ Саратов"

Рис.З. Относительное распределение ЭГПА по обществам.

11

Представлены современные требования к ЧРП ЭГПА, системам автоматического управления и диагностики технического состояния привода и выработаны 12 факторов энергоэффективности технико-технологических решений при модернизации ЭГПА.

Вместе с тем, даже в этих вариантах ЭГПА не решен комплекс актуальных проблем реализации теоретических разработок, обеспечивающих надежную и оптимальную работу ЭГПА в условиях КС:

• по внедрению новой техники:1. устройств плавного запуска под нагрузкой или из горячего состояния в

режимах скалярного, векторного частотного или квазичастотного пуска;2. ЧРП с инвариантными САР скорости высоковольтного двигателя для ста­

билизации давления газа на выходе в условиях действия внешних возмущений;3. средства обеспечения устойчивой работы двигателя с контролем угла на­

грузки машины в бездатчиковой САР с векторным управлением;4. магнитный подвес валов и роторов высокоскоростных двигателей и на­

гнетателей в едином конструктиве в безмасляных и безредукторных системах;5. системы “оп-Нпе” мониторинга и прогнозирования состояния ЭГПА сред­

ствами Еиооу-1о§1с с переходом к ТОиР по фактическому состоянию техники;6. средства обеспечения электромеханической и электромагнитной совмес­

тимости двигателей с ГПА и питающей сетью при параллельной работе;7. реконструкция систем электроснабжения с применением инновационных

ЗРУ-ЮкВ, микропроцессорных РЗиА и комбинированных энергоисточников;• по внедрению новых технологий:

1. реализация новых методик расчета оптимальных параметров давления, температуры и расхода газа для новых и модернизируемых ЭГПА на базе ана­лиза реальной работы нагнетателей как объектов частотно-регулируемого элек­тропривода;

2. согласование рабочих параметров основного и вспомогательного техно­логического оборудования КС (нагнетателей, аппаратов воздушного охлажде­ния газа, масла и т.п.) с целью минимизации энергопотребления в рамках каж­дого компрессорного цеха;

3. согласование режимов работы соседних компрессорных цехов с целью оптимизации энергопотребления в рамках газотранспортного предприятия или ЛПУ при различных параметрах газоподачи и газопотребления;

4. переход к малолюдным технологиям КС путем реализации автоматизиро­ванных систем оперативно-диспетчерского управления, систем контроля при­нятия решений и т.п.;

5. снижение экологической нагрузки на природу путем уменьшения выбро­сов парниковых газов, отработанных масел, вибро- и шумовых характеристик, а также нагрузки противопожарных систем из-за исключения маслохозяйства.

Во второй главе рассматриваются «Режимы работы и математическое моделирование ЭГПА».

Все магистральные газопроводы проектируются исходя из 3 расчетных режимов: зимний, летний и межсезонный, которые априори считаются

12

стационарными с номинальными параметрами производительности, давления и температуры перекачиваемого газа на каждой компрессорной станции. Однако с течением времени в результате развития структуры ЕСГ РФ, появления новых крупных источников и потребителей газа, изменения объемов добычи и по­требления величина и даже направление газопотоков могут значительно из­меняться. Поэтому режимы работы МГ и особенно производительность его нагнетателей на отдельных участках могут существенно отличаться от расчетных. Это приводит в росту энергоемкости транспорта газа, которая существенно влияет на его себестоимость у потребителей.

Кроме того, причиной возникновения нерасчетных режимов является непроектное давление и температура газа на входе в систему и изменение расходов у потребителей, которые изменяются случайным образом. Как правило, снижение начального давления МГ служит причиной снижения его производительности и увеличения удельной энергоемкости. К этому следует добавить изменения по составу и характеристикам производственных мощностей, неудовлетворительное состояние оборудования КС, значительные колебания за последние годы метеорологических факторов по сравнению с расчетными и неоптимальное управление, включая нештатное распределение нагрузки между соседними КС.

Г азодинамические исследования, проведенные на четырех из 94 аналогичных нагнетателей 235-21-1, имеющих суммарную установленную мощность 1,175 млн. кВт (19,5% всего парка ЭГПА ОАО “Газпром”), показали, что их реальные газодинамические характеристики приводит к перерасходу электроэнергии на 8-^15% по сравнению с штатной работой в номинальном режиме. Это объясняется, в частности, начальным несогласованием характеристик компрессоров и гидравлических характеристик сети МГ, а также снижением производительности ГТС по сравнению с проектом.

При анализе характеристик нагнетателей и их влияние на привод (зависимости степени сжатия в, политропического КПД (г|п<ш) и удельной приведенной мощности / рн )пр от приведенного объемного расхода газа

в соответствии с уравнениями Клапейрона-Менделеева определены по- литропический КПД г |ПОл и приведенная внутренняя мощность нагнетателя

которые, несмотря на различие характеристик, условий работы и особенностей режимов отдельных МГ, определяют нагрузочные свойства для приводных электродвигателей ЭГПА.

При разработке и модернизации систем электропривода ГПА следует также учитывать, что каждой скорости вращения соответствует определенная критическая производительность компрессора, ниже которой возникает не­устойчивый помпажный режим. Однако частотное регулирование скорости электропривода вниз от номинальной приводит к сокращению зоны помпажа.

( 1)

13

Как свидетельствуют результаты комплексных испытаний и сопостав­ление характеристик нагнетателей 235-21-1 и 235 СПЧ 1,32/76 - 5000 ЭГПА по температуре и по потребляемой мощности, эффект от установки новой низконапорной проточной части для одного компрессора обеспечивает: повышение КПД более 8-15%; рост производительности ЭГПА на 6-8%; снижение потребляемой мощности на 500-700 кВт.

Поскольку режим работы КС МГ практически определяется производи­тельностью газопровода, главной задачей ЭГПА является необходимость при заданной газоподаче постоянно поддерживать номинальное давление газа на выходе КС независимо от влияния всех внешних возмущений де­терминированной или стохастической природы. Системное решение этой за­дачи позволяет обеспечить оптимальную загрузку ЭГПА, минимальное энер­гопотребление и максимальную энергоэффективность линейных участков и КС МГ. Все это обуславливает необходимость внедрения комплекса современных инновационных энергосберегающих технологий и средств при реконструкции и модернизации, а также при новом строительстве электроприводных КС.

Центральным элементом любого ЭГПА является высоковольтная элек­трическая машина переменного тока мегаваттного класса. Именно ее энергети­ческие и динамические характеристики, функциональные возможности, надеж­ность и ресурс эксплуатации определяют технико-экономические показатели ЭГПА в целом, а все современные электродвигатели являются частными слу­чаями реализации “обобщенной машины переменного тока” или “двигателя двойного питания”. Сопоставлены преимущества и недостатки ЭГПА на базе асинхронных и синхронных машин мегаваттного класса при работе на ком­прессорную нагрузку по критериям энергоэффективности, надежности, спосо­бов регулирования скорости вращения и реактивной мощности, динамическим характеристикам и способам их реализации, а также массогабаритным, конст­руктивным и экономическим показателям. Таким образом, выбор типа привод­ного электродвигателя для ЭГПА носит итеративный характер и его следует выполнять в несколько этапов, исходя из особенностей конкретной КС.

При математической формализации ЧРП ЭГПА и записи в векторной форме системы уравнений Парка-Горева предполагалось, что приводной элек­тродвигатель имеет вид идеализированной машины переменного тока на основе двухполюсной асинхронной машины, которая симметрична в электрическом и магнитном отношениях с синусоидальным распределением магнитного поля по периметру расточки статора. При этом энергия к машине в общем виде может подводиться (отводиться) через статорные и роторные цепи, образуя классиче­ские асинхронные (устойчивые по скольжению) и синхронные (устойчивые по углу нагрузки) машины.

Представлены результаты имитационного моделирования пусковых характеристик ЭГПА при использовании способов реакторного, мягкого и частотного пуска (рис. 4). При этом частотный пуск (в) осуществляется от высоковольтного преобразователя частоты (ПЧ) путем плавного увеличения частоты и напряжения в статорной обмотке от начального до номинального

14

значения по установленному закону 11//=сот(, I / /5 сот! за определенный интервал времени. В течение всего времени пуска ток поддерживается в пределах 0,54-^1,5 /ном. При этом недостатки прямого и реакторного пусков отсутствуют. После завершения пуска ПЧ шунтируется контактным аппаратом, и ЭГПА продолжает работу напрямую от сети.

а) 15 б)

0 8

06 0 4

02

0 -02

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

'-5 в)Рис. 4. Переходные характеристики скорости (у), моментов (М и Мс) способов

запуска ЭГПА: а) реакторный, б) мягкий, в) частотный.

Кроме того, по сравнению с вариантами (а) и (б) частотный пуск обеспечивает меньшее искажение напряжения. Форма первичного тока мало отличается от синусоидальной. Максимальное значение провала и искажений напряжения в 5 раз меньше, чем при прямом или мягком пуске. Для рассмотренного примера с током КЗ в узле нагрузки 8 кА максимальное отклонение мгновенного напряжения составит лишь 0.07, что заведомо приемлемо для любых смежных электроприёмников.

Неидентичность характеристик отдельных компрессоров и двигателей ЭГПА в рамках компрессорного цеха (рис. 5) вызывает соответствующую неравномерность распределения нагрузок между ними. В случае параллельного включения технологически связанных электроприводов ЭГПА неравномерно нагруженных двигателей, они потребляют различные токи и, как следствие, развивают различные электромагнитные моменты (вплоть до перехода в зону помпажа или генераторный режим). Согласование нагрузок взаимосвязанного электропривода на оптимальном по энергетическим критериям уровне (при уменьшении их производительности) возможно двумя способами:

15

пропорциональным снижением скорости всех ЭГПА; снижением, но более значительным, скорости одного.

На примере двухцеховой электроприводной КС с 3 ЭГПА показано, что при снижении производительности МГ на 5% от номинала с помощью частотного регулирования скорости экономится до 1,05 МВт потребляемой мощности, а при 10% - уже более 1,74 МВт.

Оптимизации в общем случае подлежит суммарный расход электроэнергии на перекачку природного газа за счет правильного перераспределения нагрузки и расходов по отдельным трубопроводам при заданном давлении на входе и выходе ЦБН и заданном суммарном расходе. Формально критерий оптимальности можно записать в виде функционала:

к.У = 1пах0Х ЬИ, (<2, (щ ), р, (щ I д.); (2)

при условии, что X 0/(0,) = (2 (̂с°1 > со2 , •••, р, - давление на выходе /-го на­гнетателя; В, - вектор параметров /-го трубопровода; АМ1((21(со„р„В1) - зави­симость экономии электроэнергии в /-ом трубопроводе в функции расхода, давления и параметров трубопровода.

В общем случае зависимости являются существеннонелинейными, обладают экстремумами и являются оригинальными для каждой нитки газопроводов. Поэтому поиск оптимальных экстремумов производится методом наискорейшего спуска с определением оптимальных частот вращения ЭГПА и соответствующим им расходам газа. Полученные скорости вращения ЭГПА задаются программно в зависимости от суммарного расхода <2 и давления р в трубопроводах.

16

В общем случае диапазон регулирования скорости вращения электро­привода, в котором обеспечиваются оптимальные режимы согласования работы ЭГПА, невелик и составляет 1,4-1,45, что обеспечивается, например, серийными электродвигателями типа СТД-12500 с модифицированным ротором при его питании от высоковольтных преобразователей частоты.

Предложена концепция анализа работы ЭГПА при воздействиях стохастических возмущений 2 типов. Показано, что коэффициент вариации для большинства процессов случайного нагружения ЭГПА велик и составляет 0,4­0,9; а энергетический частотный спектр их обычно заключен в диапазоне низких частот 0,01-4Гц. В этих условиях для автоматического задания параметров компримирования газа на оптимальном уровне предложен аппарат теории планирования эксперимента с получением регрессионных алгоритмов управления в зависимости от величин различных возмущений стохастического характера, распределенных по закону Райса (распределение Релея с д=2 и Гаусса с д=5).

В третьей главе «Структурно-параметрический синтез инвариант­ных ЭГПА» разработаны теоретические основы принципов построения САР ЭГПА со стабилизацией давления газа на выходе КС при учете стохастических возмущающих воздействий.

Предложен и запатентован новый способ оптимизации магистрального транспорта газа, обеспечивающий наивысшую энергоэффективность при лю­бых режимах МГ (рис. 6). Это достигается тем, что температура и давление компримированного газа на выходе всех КС в начале каждого линейного участ­ка МГ измеряются и автоматически регулируются из условия поддержания их на оптимальном уровне в соответствии с заданием и автоматической компенса­цией внешних возмущений, действующих на параметры потока газа в газопро­водах. При этом достигается минимум целевой функции, которая имеет сле­дующий трехфакторный вид:

С = а х К + р х \ у + у хС, (3)где а, Р и у - весовые коэффициенты, К - фактор «режима», т.е. минимизации (максимизации) давления в определенных точках ГТС, таких как любые точки, расположенные выше и ниже КС или регулирующего вентиля, а также устройства потребления газа, \У - фактор «энергии» или минимизации по­требления электроэнергии на компримирование газа и его охлаждение в АВО газа перед подачей в газопровод, С - фактор «цели», т.е. максимизации (минимизации) расхода газа на участке системы, расположенном между двумя точками МГ, или давления в определенной точке соединения.

17

Возмущающиевоздействия

Рис. 6. Структура энергоэффективного транспорта газа через электроприводную компрессорную станцию с датчиками измерения внешних воздействий (влажности воздуха р, температуры воздуха 0, перепада температур \ ( или давлений Ар на КС, производительности 0) и датчиками реальных значений температуры газа (7Вых) и

давления (рВых)? измеряемых соответственно в 5-ДТ и 6-ДД на выходе КС.

Оптимальная конфигурация активных объектов КС моделируется в виде программы Р оптимизации следующего вида:

тш ,лл,; / { х , з ) = С ( х ) + «• Ц̂Ц;

Р= ^ Ст(х) + / 3 - е < з т; (4 )СЕ(х) — $Е,

где <е Я р ,зЕ <ЕКс\е<Е {ОД}, л- - совокупность переменных расходагаза <2 и давления р, С(л;) - целевая функция, представляющая собой экономи­ческий критерий оптимизации, С/.х) - совокупность р линейных и нелинейных ограничений неравенства для активных объектов, /? - вектор, коэффициенты ко­торого равны нулю или максимальным значениям ограничений, е - вектор дво­ичных переменных, С/,;(х) - совокупность ц линейных и нелинейных ограниче­ний равенства, я - переменная отклонения, ненулевое значение которой обозна­чает нарушение ограничения, а - коэффициент, соответствующий допустимой степени нарушения ограничений.

Для реализации данной энергоэффективной технологической схемы система ЭГПА должна быть частотно-регулируемой и инвариантной ко всем параметрам возмущениям детерминированного и стохастического характера и отрицательной обратной связью по давлению газа на выходе КС (рис. 7).

Данная комбинированная система, состоящая из САР по отклонению (давления газа) и САР по возмущению (стохастических возмущений), обес­печивает автоматизацию процесса компримирования газа до оптимального

18

стабильного давления в условиях случайных воздействий средствами инвариантной системы управления частотно-регулируемого ЭГПА. При этом решается искомая задача повышения точности отработки требуемой величины давления газа на выходе КС и стабилизации процесса компримирования газа средствами ЭГПА. Этому способствует строгое соблюдение параметров основного технологического процесса компримирования газа, что позволяет повысить производительность и надежность газопровода.

1

Рис. 7. Структура инвариантной системы ЧРП ЭГПА: 1 - внешние возмущения, 2 - датчики внешних возмущений, 3 - блок расчета скорости 4, 5 - задание, 6 - датчик скорости, 7 - регулятор, 8 - управление скоростью, 9 - ЧРП, 10 - ГПА,

11 - датчик давления газа на выходе КС 12, 13 - сумматор.

Для обработки экспериментальных данных используется модель линейной регрессии в матричном виде

У = Х - а + С , (5)

где У - матрица выходных параметров системы (величины скорости вращения АЭП или технологических параметров); X - матрица входных воздействий (па­раметров задания и внешних возмущающих воздействий); а - параметры меха­низма преобразований в системе; С, - матрица помех (неучтенных факторов).

Для определения математической модели САУ ЭГПА в виде линейной регрессии используется один из трех способов преобразований системы в соответствии с методом наименьших квадратов с получением искомых выражений в виде

кУ =а„+ X а, Л) , (6)

7=1

19

которые можно использовать для расчета заданной скорости вращения приводного электродвигателя ЭГПА и обеспечения требуемого уровня компримирования природного газа на данной КС.

В соответствии с разработанным методом расчета регрессионных моделей, с использованием средств МаЙ1\уогк МАТЬАВ 7/11 и МаШСАГ) 15.0.0.436 путём обработки исходных массивов данных получены алгоритмы задания текущей скорости вращения частотно-регулируемого ЭГПА. В результате численное уравнение линейной регрессии 4-го порядка имеет вид:

Юд4 = 17,102 Др + 55,048- 0 - 35,026 -0 - 55,94- /, + 9,602. (7) Аналогично найдены линейные регрессионные уравнения для двухфак­

торной модели, учитывающей влияние на процесс компримирования газа на КС со стабильными объемами перекачиваемого газа ((? ~ сош!, Ар ~ сош!) только оставшихся параметров (температура воздуха 0 и газа Р):

юл2 = 20,38-?г + 28,55-0-50,23 . (8)Кроме того, получены соответствующие регрессионные модели ЭГПА в

нелинейной форме:<*»4= А ^ р т ш х 'З ) ’ , (9)

где А - коэффициент пропорциональности; а, Ъ, с, с! - показатели интенсив­ности каждого из возмущающих воздействий.

Результаты расчетов алгоритмов регрессий (7)-(9) сопоставлены путем моделирования на гистограммах (рис.8).

Рис. 8. Результаты сопоставления результатов моделирования 4-факторных регрессий (п - номер замера).

Анализ гистограмм показал, что линейная регрессия приводит к более точным результатам. Наибольшее отклонение соответствует 7-ой точке (25 %), для остальных точек относительное отклонение не превышает 20%.

Анализ полученных регрессионных алгоритмов с использованием средств и методов статистической обработки пакета МаШсаё показал:

• график взаимокорреляционной функции подтверждает связь со, с внеш­ними стохастическими возмущениями;

20

• нормальный закон распределения входных параметров, действующих на ЭГПА электроприводных КС без взаимовлияния;

• стохастические процессы являются стационарными и эргодичными;• парный коэффициент корреляции Пирсона 2-факторных уравнений соста­

вил:согг(ш ,б ) = 0.932 согг(ш , б) = -0.147 со гг (в .в ) = -0.32 •9 9 4

• дисперсии уровней каждого фактора подтверждают точность линейной регрессионной модели;

• при уровне значимости а=0.05 значение критерия Фишера для степеней свободы/1=/2=26 составляет менее 1.95, доказывая адекватность моделей. Для проверки адекватности разработанных выше регрессионных алго­

ритмов управления и стабилизации компримирования газа ЭГПА производи­лось моделирование технологических процессов в пакете ЗшшНпк (рис. 3.11).

Параметры каналов управления ЧРП ЭГПА и обратной связи по вы­ходному давлению газа задаются индивидуально под конкретные реализации КС газотранспортных систем и МГ.

:«Р«15

Рис. 9. Структурная схема имитационной модели САР ЭГПА с учетом действия стохастических возмущений.

Исходя из полученных результатов анализа устойчивости в контурах регулирования скорости ЭГПА, можно констатировать, что регуляторы микропроцессорных систем управления, синтезированные на основе регрессионных уравнений обеспечивают адекватное задание и точность поддержания регулируемых величин. Показано, что для реализации управления ЭГПА целесообразно использовать быстрое преобразование Фурье и Уолша в спектральной области с временем их расчета порядка (60-85)% всего времени

21

обработки. Открытость структуры и алгоритмов современных САУ ЭГПА позволяют реализовать их мультипроцессорными, с векторным принципом ориентации по вектору потокосцепления и с перенастройкой САР в зависимости от режимов работы и адаптивными алгоритмами САУ ЧРП, а также иметь ресурсы для функций мониторинга и автоматизации.

В четвертой главе «Встроенная система и лингвистические алгоритмы оперативного мониторинга и прогнозирования состояния ЭГПА» на основе анализа приводных электродвигателей ЭГПА как объектов диагностики и прогнозирования технического состояния разработаны методы нейро-нечеткой идентификации эксплуатационных факторов, алгоритмы и аппаратные средства их мониторинга.

Как показали данные статистики и нормативной документации, ЭГПА относится к опасным производственным объектам, и поэтому разработка систем мониторинга их состояния относится к задачам первого приоритета при проектировании КС МГ. Показано, что современный ЭГПА как объект диагностики представляет собой сложную и пространственно-распределенную техническую систему, которая состоит из элементов, отличающихся принципами действия, типоразмерами и уровнями надежности. При этом выход из строя любого узла приводит к возникновению аварийной ситуации и выходу из строя ЭГПА в целом со значительным экономическим ущербом.

В таблице 1 приведена классификация основных причин отказов электроприводных ГПА в процессе эксплуатации по результатам статистических исследований по 131 ЭГПА на 6 КС ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» за 1987-2010 гг.

Таблица 1_____________Основные причины выхода из эксплуатации ЭГПА________Электрооборудование 40% САУ и КИП

30%Механические

узлы, 25%Действия

персонала, 5%

о

КК XО)К юей X о Оан .X гп О) ТЗ5 о- Г-1(МXаXга

о ^1?,<*>Ж ®

ы ™^ жч га

V ) 1Л

чк 3

4«О

X <Т) * СО оа> и тго _ г

> , и5 к оя X ° л Xл и ж ч

ю ч к нн осо <р к л ЮО Ь ей е; кю 2 я о Оней о 2- ю X2ино

о ^ м О о °

оиоо

ОноЙК

О га о 3га

нО

<ией3Ю§XнX<и2и4 П

икXиСоиюоиоX5гейОн|-чОО нС

кикI

кикXскачос

С[оОноноДн

ккX<0Xночс>>ей2иноко

о1-4оXюXёОнисо

о1-4оXнXо2иРч

При этом тяжесть последствий определялась по экспертному ком­плексному показателю, зависящему от опасности обслуживающему персоналу, последствиям для технологического процесса и экономического ущерба. Выявлено, что наиболее тяжелым по своим последствиям является повреждение изоляции статора приводного двигателя, а стоимость ремонта может достигать 50-80% от стоимости нового электродвигателя.

22

Результаты распределения повреждений показывают, что наибольшее количество выходов из строя ЭГПА связано с электрическим пробоем изоляции в пазовой части обмотки с кривой изменения параметра потока отказов, близкой к параболе вида у = 0,0002х~-0,0075х+0,1434.

Наибольшее влияние на надежность изоляции высоковольтных СД ЭГПА оказывают четыре эксплуатационных факторов:

1. Старение органических составляющих изоляции статора под воздей­ствием высоких температур.

2. Воздействие на изоляцию рабочих напряжений и перенапряжений при режимных возмущениях сети.

3. Механические нагрузки на изоляцию (вибрация, электродинамические и термомеханические нагрузки).

4. Частичные разряды (ЧР) между витками, секциями и частями статор­ной обмотки различной амплитуды и интенсивности.

Для контроля технического состояния статора двигателя в режиме “оп- Ипе” необходимо непрерывно получать и анализировать: величину фазных и линейных напряжений на обмотках; значения фазных токов в статических и динамических режимах; температуру секций обмотки и сердечника статора; интенсивность и амплитуду ЧР на поверхности изоляции статора.

Электродвигатель СТД 12500 2 Н «гн * г«т*ль Н-235

Рис. 10. Подсистема мониторинга технического состояния ЭГПА.

На рис. 10 представлена встроенная система мониторинга и оценки влияния эксплуатационных факторов на ресурс изоляции двигателя ЭГПА. Основные среднесуточные параметры агрегатов приведены в таблице 2, а на рис. 11а) - одна из термограмм секции обмотки статора ЭГПА. Большинство ЭГПА работают при средней температуре меди и стали не более 70-80 С°, но

23

на отдельных агрегатах температура обмоток и сердечника СД увеличивалась до 100-120 С°. При этом нагрев обмоток в средней части двигателя на 23 °С выше, чем лобовых частей, а частота пробоев изоляции здесь составляет более 86 %. Кроме того, при внезапном останове машины температура растет еще на 15-20 °С, вызывая опасность теплового удара и перегрева обмоток.

Таблица 2______ Основные среднесуточные параметры работы СД агрегатов______

Температура а) ЭГПА4 КЦ Елец2

б) ЭГПА 3 КЦ Елец 2

в) ЭГПА1 КЦ Елец1

г) ЭГПА6 КЦ Елец2

Меди Гм, Си 46,9 52,9 104,4 89,2Стали, 4, Си 51,0 75,3 75,3 87,0Горячего воздуха, /, в, С° 62,0 65,0 79,0 76,0Медь-сталь, Д ^м-с, С° 4Д 22,4 29,1 2,2Ток статора 1ст, А 642 621 650 618

г и .

-70 1090

-68-66

ЮЛ'

-64 СО* !060 аX-62

-60 X

-58 8, л « ос-56 1 Ю Х

-54 ш о

-52 1010

-50 Ю.Х

-48990

-45,г

10.911>с

10,94 . М л -

Л лк -V V*

1 / % шЖ щ Г ш к ^

и . V Л К 11 О п т и м а л ь н ы й

110.37 и м 1ПЯ7

м М С 111* Г1 И И

п и т а ю щ е г о

н а п р я ж е н и я

1 .

Время, часы —имР ис. 11. Термограмма статора СД работающего ЭГПА 7 КЦ МГ «Ямбург-

Западная граница» (а) и график изменения линейных напряжений на шинах ЗРУ-ЮкВ КЦМГ «Ямбург-Елец1» КС «Починковская» (б).

На рис. 116) приведены результаты измерения линейных напряжений на секции шин ЗРУ-10 кВ с интервалом 1 час в течение 82 часов, которые могут составлять 10,37-^10,91 кВ, превосходя стандартные значения и имея значительные искажения по форме. В результате анализа схем электро­снабжения и теоретических расчетов определены параметры перенапряжений, возникающих в различных переходных режимах работы ЭГПА. При этом отключение одной фазы вызывает перенапряжение кратностью 4,5, а второй и третьей - до 2,3-2,5 о.е. При отключениях выпавших из синхронизма СД возможны перенапряжения в статорных обмотках высокой кратности.

Показано, что в установившихся режимах витковая и корпусная изоляция обмоток подвергается действию относительно незначительных электродинами­ческих усилий. В пазовой части действуют также тангенциальные пульсирующие усилия, прижимающие стержни к стенке паза.

24

На рис. 12 приведен пример диаграммы ЧР фазы “С” ЭГПА 7 КЦ МГ «Ямбург-Елец-1» КС «Починковская» с большим количеством ЧР, возникающих до достижения максимума амплитуды испытательного напряжения подаваемого на обмотку. ЧР имеют большую амплитуду до 3000 пКл и интенсивность 36,2 Р01 (пКл В/с). В этом случае обмотка имеет дефекты в пазовой части изоляции и возможен ее пробой.

2500

^ 2000

Р 1500

5 1 ООО

500

ОО 60 1 20 1 80 240 300 3&

Фазе| РСХ . пКп'В/с - 36.2 |

Рис. 12. Результаты измерения ЧР статорной обмотке двигателя ЭГПА-12,5.

Получены математические модели процессов для всех эксплуатационных факторов, влияющих на остаточных ресурс изоляции высоковольтных привод­ных электродвигателей ЭГПА. Разработаны методы построения диагностиче­ских процедур на основе традиционной булевой алгебры и 1и22у-1о§1С с приме­нением унифицированных интеллектуальных датчиков и лингвистические ал­горитмов мониторинга, а также с применением методов искусственных нейрон­ных сетей.

Результаты исследований эффективности прогностических процедур на основе методов нечёткой логики (Бокса-Дженкинса) и искусственных нейрон­ных сетей (сети Ворда) при прогнозе технического состояния СТД-12500 в слу­чае развития постепенных отказов показали, что они дают более точные ре­зультаты по сравнению с традиционными методами экстраполирования и по­зволяет принимать более адекватные и своевременные решения. При многоша­говом прогнозировании быстрых процессов изменения токов в условиях отсут­ствия дополнительной информации на этапе идентификации модели при­менение метода прогнозирования на основе временных рядов дает более точ­ный результат. Однако рациональный выбор метода прогнозирования техниче­ского состояния конкретного ЭГПА определяется совокупностью условий, ре­жимов работы газопроводов и системными особенностями функционирования газоперекачивающей техники на КС.

Реализация их позволяет получать достоверную информацию о техниче­ском состоянии приводного двигателя в режиме «оп-Нпе», планировать капи­тальные и текущие ремонты двигателя на основе фактического состояния, со­

И м п уль сы НЧ (07 0 1 ОО 23 33 24)

25

кратив время простоя в ремонте с 12 до 2-3 тыс.час, за счет предотвращения повреждений снизить стоимость капремонтов в 3 раза, контролировать работу системы охлаждения СД и поддерживать оптимальные режимы, позволяющие увеличить ресурс изоляции, при совместном использовании данных вибраци­онного анализа и РРТ-анализа потребления мощности точно выявлять причины вибрации, повысить уровень эксплуатации ЭГПА и в итоге снизить общие экс­плуатационные расходы.

В пятой главе «Оптимизация энергопотребления электроприводны- ми КС в рамках магистральных газопроводов» приведены пути повышения системной энергоэффективности ЭГПА путем оптимизации всех технологиче­ских звеньев и агрегатов электроприводных КС и ЛПУ в рамках участков МГ.

Предложена методика выбора оптимальных термодинамических пара­метров (давления и температуры) природного газа на выходе КС при его пере­даче по МГ, которая основана на синтезе 3 научно-методологических подходов:

• Системный анализ статистических данных КС по параметрам и объе­мам газа и энергетическим показателям технологических установок.

• Имитационное моделирование процессов сжатия-охлаждения-передачи газа по МГ в соответствующих установках КС и ЛПУ МГ.

• Структурно-параметрическая оптимизация по различным критериям качества единой теплоэнергетической системы.

В соответствии с рассмотренным способом оптимального управления агрегатами КС МГ разработана методика и имитационные модели определения оптимальных термодинамических параметров компримируемого газа для каждой из нескольких последовательных КС (рис. 13).

К/, Кч# К,у Пт К|, К/, Гм* П$ Г*, А* Кт

Рис. 13. Математическая модель взаимодействия агрегатов КС: и, р, - значения температуры и давления газа на входе/выходе агрегатов, V,- - коммерческий расход газа, пн - частота вращения вала ЦБН, Ке, /(,, - коэффициенты приведения характери­стик степени сжатия и политропного КПД к реальным условиям, Е Ыэд, ЪЫв- соответственно

суммарные мощности приводов ЦБН и вентиляторов АВО, /11в, 1гр - соответственно температуры наружного воздуха и грунта, пв - число включенных вентиляторов, К& Ку, К к -

коэффициенты степени загрязнения АВО с оребренной, с внутренней поверхности и со­стояние уплотнений, Кгидр - коэффициент гидравлического эффекта трубопровода,Т - коэффициент теплопередачи, X - шероховатость внутренней поверхности труб.Наибольший экономический эффект от внедрения мероприятий по оп­

тимизации режимов работы МГ можно получить при системном анализе ра­боты участков МГ, состоящих из трех и более последовательно расположенных КС по результатам энергетических обследований объектов ОАО «Газпром».

26

Разработаны и запатентованы каскадно-групповая схема ЧРП вентиляторов АВО газа и комбинированная (инвариантная) САУ, обеспечивающие стабилизацию температуры газа на оптимальном уровне при автоматическом отслеживании всех возмущающих воздействий. Синтезирована обобщенная математическая модель технологических процессов компримирования, охлаждения и передачи газа по МГ, на основе которой разработан процедурный алгоритм выбора оптимальных параметров энергопотребления с учетом взаимодействия агрегатов КС (рис. 14).

Рис. 14. Блок-схема процедурного алгоритма выбора оптимальных параметров энергопотребления МГ с учетом взаимодействия агрегатов КС.

Комплексные испытания на участке с тремя электроприводными КС-2 5 «Петровская», КС-26 «Екатериновка» и КС-27 «Балашовская», преследовали:

27

• оценку эффективности применения АВО газа для повышения пропускной способности МГ и снижения затрат на транспорт газ;

• определение возможности работы КС-27 «Бапашовская» с 3 ЭГПА вместо 4 с обеспечением аналогичной производительности и давления газа на выходе.

Основные результаты испытаний приведены в таблице 3.Таблица 3.

Результаты испытаний на ООО «Газпром трансгаз Саратов»________П арам етры Режим №1 -

до испытанийРежим №2 - до

отключения ЭГПА

Режим №3 - работа трех

ЭГПА КС-27Число работающих АВО на КС-25 0 20 20Число работающих ЭГПА на КС-27 4 4 3Температура газа на выходе КС-25, °С 32,7 15,5 15,0Давление газа, МПа- на выходе КС-27 до 20-го крана- на выходе КС-27 выходе КЦ

5,11 5,39 5,567,16 7,49 7,32

Степень сжатия на КС-2 7 1,41 1,41 1,36Объем газа, млн. м 7час 3,59 3,75 3,59Электрическая мощность- на АВО КС-25, кВт- на ЭГПА КС-27, кВт

0 734 73043 866 45 704 39 214

Повышение коммерческой производительности МГ позволило добиться существенного увеличения давления на входе в КС-27 - с 5,11 до 5,39 МПа (на0,28 МПа), что создало предпосылку для отключения одного ЭГПА. В результате этого после некоторого снижения производительности наступилпериод стабильной работы с тремя агрегатами в течение 2 часов при

-2 _

перекачивании такого же количество газа (3,59 млн. м /час). При этом потребляемая мощность всех работающих ЭГПА на КС-27 снизилась с традиционных 43,9 до 39,2 МВт, т.е. на 4,7 МВт, в то время как затраты на электропривод вентиляторов АВО газа на КС-25 составили лишь 0,7 МВт.

Проведенные испытания доказали, что применение АВО газа в зимний период является новым и перспективным направлением энергосбережения в трубопроводном транспорте газа. Таким образом, реконструкция основного энерготехнологического оборудования КС-25 и КС-27 позволяет снизить потребление электроэнергии на транспорт газа в системе на 8,4 МВт или 36,6 млн. кВтч/год. Использование автоматизированные системы на базе ЧРП ЭГПА и вентиляторов АВО газа позволяет дополнительно повысить точность поддержания оптимальных термодинамических параметров газа.

Рассмотрены основные принципы по организации обслуживания КС на принципах малолюдных технологий. Системность и глобальность рассматриваемых вопросов предусматривает потребность в значительных объемах исходной информации по эксплуатации электроприводных КС:• функциональных возможностей ЭГПА, АВО и другого оборудования;• технических условий на ПО и математическое обеспечение средств АСУ;• нормативов обслуживания на принципах малолюдных технологий;

28

• принципов организации ТОиР оборудования КС;• экономических аспектов, требующих дополнительных расчетов.

Показано, что принципы малолюдных технологий охватывают и структурированы в соответствии с техническими, организационными, экономическими и системными составляющими.

В шестой главе «Вопросы практической реализации ЧРП ЭГПА на КС МГ» представлены экспериментальные результаты работы новых энергоэффективных ЭГПА (рис. 15).__________________________

об/мин с

/|.~ч_

/\

//

//

' - - -044)5/07 04/05/07 04/05/07 04/06/07 04/05/07 04/0643712 44:00 12:46 ОС 1 2 -4 0 1 2 1 2 5 0 1 0 1 2 5 2 2 4 12 54 30

Скорость двигателя

м>.ма

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------60 О

---------------------------------------------------------------------------------------------------- -100004/05/07 04/05/07 04/05/07 04/05/07 04У05Ю7 04/05/0712:44 00 12 46 06 12 40:12 12 50 18 12 5 2 24 1 2 5 4 30

Виброаи. 1 Ви<5рсхм, Э

Вибросм . 2 Вибросм , И Нва1-Т«пм*_

МКМП

1 0 0 0

СО.О

20.0

-2 0.0■ « . ...

-

-ЯП П

• 100 004/05/07 04/05/07 04435/07 04/05/07 04435/07 04/05/0712 44 00 12 46 06 12 48 12 12:50 18 12:5 2 24 12 5 4 3 0

В»1броа-1. 1 ВмСрОО-1, Э

В|-1*гроа.1 2 Ви*5роо-1, й .........

Р г г * С 1 о *е 1

I

Рис. 15. Тренды частоты вращения и виброперемещений при пуске и аварийном останове агрегата ЭГПА-6,3/8200-56/1,44-Р на стенде.

Партия из 16-и агрегатов ЭГПА-4,0/8200-56/1,26Р внедрена на КС «Володино», КС «Парабель», КС «Чажемто» и на других КС ООО «Газпром трансгаз Томск», где в настоящее время эксплуатируются. Кроме того, ЭГПА- 6,3/8200-56/1,44Р запущены в работу на КС «Смоленская» в 2011г. и находятся в промышленной эксплуатации более 11000 час, непрерывная безотказная работа более 8000 час. ЭГПА12,5/6500-76/1,5 с номинальным КПД двигателя

29

97,7 % и коэффициентом мощности 0,82 разработан и находится в стадии испы­таний. Эксплуатационные характеристики новых частотно-регулируемых ЭГПА прошли проверку по результатам испытаний.

Однако получить наибольший синергетический эффект от внедрения ЭГПА, повысить их конкурентоспособность и получить экономию топливно­энергетических ресурсов на КС можно только при системном учете всех факторов энергоэффективности технико-технологических решений, рассмотренных выше. Приведены примеры реализации некоторых направлений реализации малолюдных технологий с интеллектуальными системами управления и мониторинга на электроприводных КС:• оперативного прогнозирования состояния ЭГПА “оп-Нпе” на семи КС ООО

«Газпром трансгаз Нижний Новгород» с использованием разработанных ме­тодов нечеткой логики и искусственных нейронных систем;

• ЕШете!-технологий с интеграцией всех контроллеров, устройств сопряже­ния, САУ электроприводами, интеллектуальными датчиками и измеритель­ными приборами в информационно-управляющие сети;

• устойчивых систем активного электромагнитного подвеса роторов и валов ЭГПА на основе изделий фирмы 82М и других.

На основе анализ перспектив развития энергосистем РФ для возможного применения ЭГПА на КС предложены новые технические решения по повышению надежности систем электроснабжения ЭГПА, включая применение микропроцессорных систем РЗиА, реклоузеров и устройств на базе 8ерат 1000+, а также микропроцессорных идентификаторов угла нагрузки синхронных машин ЭГПА.

Доказаны преимущества практического использования для передачи данных АСУ ГТС волоконно-оптических каналов связи на многомодовых оптических кабелях, с использованием преобразователей ЫРог1-6110 к сети передачи данных с помощью портов ЕШете! 10/100 МЬ (Ю-45) и микропроцессорных устройств релейной защиты 8ЕРАМ 1000+ линий 6/10 кВ на КС, обеспечивая реализацию безлюдных технологий электроснабжения.

Газодинамические испытания, проведенные на электроприводных КС «Володино», КС «Парабель», КС «Чажемто» ООО «Газпром трансгаз Томск» и ряде других, доказали заявленные преимущества ЭМП ЭГПА, включая использование компрессоров с частотой вращения до 20.000 об/мин и высокий ресурс оборудования 82М. Технико-экономические расчеты по 4 вариантам ЭМП в ЭГПА показали перспективы дальнейшего внедрения ЭМП, а при снижении эксплуатационных затрат из-за отсутствия маслосистем это ведет к быстрой окупаемости ЭМП ЭГПА в течении 2-3 лет.

Проведенный технико-экономический анализ зонирования территорий прохождения МГ (благоприятная, умеренно-благоприятная и неблагоприятная) в соответствии с возможностями энергосистем РФ, подтвердил, что большая часть регионов является благоприятной для внедрения ЧРП ЭГПА (рис. 16). Проведенный анализ динамики возможных изменений показателей эффективности модернизации и нового строительства КС с ЭГПА (расчеты

30

чувствительности к внутренним и внешним параметрам с наивысшей степенью риска) показал высокую степень устойчивости проектов к изменениям параметров. Программа модернизации парка ЭГПА обосновывает внедрение 104 новых ЭГПА-6,3 и 169 новых ЭГПА-12,5 на объектах ОАО «Газпром».

Рис. 15. Наиболее благоприятные для применения ЭГПА регионы РФ(выделены цветом).

С целью определения величины капитальных затрат для каждого кон­кретного объекта рассчитаны удельные капитальные затраты для ЭГПА еди­ничной мощностью 4,0; 6,3 и 12,5 МВт. Исходные данные для расчетов приняты на основании технической документации на ЭГПА и информации о перспективах развития ГТС ОАО «Газпром» до 2020г. Количество и мощность ЭГПА, устанавливаемых при реконструкции, выбраны исходя из оценочных гидравлических расчетов с учетом перспективной нагрузки МГ.

Для оценки экономической эффективности использования ЭГПА при реконструкции КС рассмотрены 3 КЦ, расположенные в различных регионах России и коридорах МГ:

• КЦ-4 КС «Починки» МГ «Ямбург-Елец-1»,• КС-16 «Теренсай» МГ «Бухара-Урал-1»,• КС-22а «Тольятти» МГ «Уренгой-Новопсков».

Для анализа динамики возможных изменений основных показателей экономической эффективности данных проектов приведены результаты расчета чувствительности к внутренним (капитальные затраты) и внешним (тариф на электроэнергию) параметрам с наибольшей степенью риска. Получены также оптимистичные результаты оценка экономической эффективности ЭГПА при новом строительстве компрессорных станций на ряде проектируемых МГ.

31

На основании анализа объектов капитального строительства ОАО «Газ­пром» выбрано 3 вновь строящихся КС, для которых, в качестве примера, вы­полнен расчет базовых экономических показателей, а именно:

• КС-7 МГ «Якутия-Хабаровск-Владивосток»;• КС-1 МГ «Иркутск-Новосибирск»;• КС «Мурманская» МГ «Мурманск-Волхов».

В соответствии с полученными данными для КС «Мурманская»: ВНД = 12 %, ЧДД = 1202,05 млн. руб., ДСО = 15,5 лет, составляющая инвестицион­ного тарифа - 34 руб./тыс. м -100км. Аналогичные оптимистичные результаты получены при расчетах показателей экономической эффективности строительства электроприводных КС-1 МГ «Иркутск-Новосибирск» и КС-7 МГ «Якутия-Хабаровск-Владивосток». Анализ чувствительности показателей экономической эффективности к изменению внешних параметров показал высокую устойчивость рассматриваемых проектов. Это говорит о целесообразности их осуществления и позволяет распространить результаты произведенных расчетов на аналогичные проекты.

На основании проведенного анализа предлагаются рекомендации по установке частотно-регулируемых ЭГПА на перспективных газопроводах. Выполненные технико-экономические расчеты показывают, что наиболее значимым критерием при принятии решения об использовании ЭГПА является развитие энергосистемы региона и уровень тарифов на электрическую энергию. В ряде случаев, например, при прохождении МГ по территории или вблизи заповедных зон, где необходимо свести к минимуму воздействие на окружающую среду, использование электропривода является единственно возможным вариантом организации транспорта газа.

В результате анализа составлены рекомендации по применению ЭГПА на объектах нового строительства ОАО «Газпром». В расчетах рассмотрено четыре перспективных МГ: «Мурманск - Волхов», «Алтай», «Иркутск - Про- скоково» и «Якутия-Хабаровск-Владивосток» на которых рекомендовано разместить 114 новых ЭГПА единичной мощностью 12,5 МВт.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ1. На основе анализа мирового и отечественного опыта внедрения газо­

перекачивающей техники на магистральных газопроводах разработана класси­фикация приводов центробежных нагнетателей, обеспечивающих технологиче­ские режимы работы компрессорных станций. Проведена систематизация и анализ технического состояния парка ЭГПА, работающих на магистральных га­зопроводах ЕСГ РФ по типам моделей, газотранспортным предприятиям, нара­ботке и срокам службы. Определены современные требования к ЧРП ЭГПА, системе автоматического управления и диагностики технического состояния привода. Предложены новые 12 факторов повышения надежности, энергоэф­фективности и экологичности газоперекачивающей техники при модернизации и создании новых систем ЭГПА.

32

2. По результатам анализа функциональных возможностей и энергетиче­ских характеристик автоматизированных электроприводов переменного тока определены тенденции внедрения современных ЭГПА на компрессорных стан­циях МГ с учетом особенностей технологически связанной параллельной рабо­ты агрегатов на компрессорную нагрузку. Предложены критерии выбора ра­циональных структур высоковольтного ЧРП ЭГПА на базе синхронных и асин­хронных машин мегаваттного класса и методики координации их характери­стик с нагнетателями в рамках КС с учетом стохастических воздействий. По ре­зультатам математического моделирования сопоставлены динамические харак­теристики ЭГПА и выработаны рекомендации по рациональным схемным ре­шениям силовой части электропривода.

3. Предложен новый теоретически обоснованный подход к синтезу ин­вариантных систем ЭГПА и запатентован способ, позволяющий минимизиро­вать энергопотребление магистрального транспорта газа в соответствии с фак­торами режима, энергии и цели при автоматическом отслеживании всех возму­щений детерминированного и стохастического характера. Разработаны методо­логические основы формализации возмущений, базирующиеся на теории пла­нирования эксперимента и предложены три прикладные методики расчета ал­горитмов регрессионного анализа и интеллектуальных САУ ЭГПА с исследо­ваниями результатов методами корреляционного, ковариационного, факторного и дисперсионного анализа. Изучены многофакторные регрессионные модели для мультипроцессорного управления ЭГПА на базе СТД-12500, а также для реализации для САУ ЭГПА с асинхронными двигателями.

4. Создана база данных и выполнен статистический анализ 131 случаев отказов 60 электродвигателей типа СТД-12500 и СДГ-12500 по результатам эксплуатации на КС с 1987 по 2014 год. Выявлены наиболее характерные виды повреждений, установлены и смоделированы 4 группы эксплуатационных фак­торов, влияющих на ресурс электродвигателей ЭГПА. Предложена и запатенто­вана рациональная структура системы оперативного мониторинга ЧРП ЭГПА с интеллектуальными датчиками, а также нейро-нечеткие алгоритмы “оп-Нпе” прогнозирования их состояния, реализация которых позволяет эффективно проводить ремонты по фактическому состоянию с экономией времени и средств в 3 раза, исключить аварии оборудования, контролировать режимы ра­боты и значительно снизить эксплуатационные расходы на КС.

5. С целью минимизации энергопотребления участков магистрального газопровода с электроприводными КС предложена методика системной опти­мизации ЧРП ЭГПА и вентиляторов АВО газа. Разработаны и запатентованы каскадно-групповая схема ЧРП вентиляторов АВО газа и инвариантные САУ агрегатов, обеспечивающие стабилизацию температуры газа с автоматической компенсацией возмущений. Получены математические модели агрегатов КС и ЛПУ, а также алгоритмы координации их работы в рамках синтезированной модели участка газопровода для трех компрессорных станций. Проведенные натурные испытания на МГ «Уренгой-Новопсков» подтвердили, что дополни­тельное охлаждение газа позволяет снизить суммарное энергопотребление на

33

транспорт газа при сохранении производительности и давления газа на выходе участка.

6. Экспериментальные исследования, проведенные на объектах магист­рального транспорта газа, доказали, что новые технологии транспорта газа с использованием высоковольтных ЧРП ЭГПА с интеллектуальными системами управления и мониторинга, обеспечивают снижение энергоемкости агрегатов КС и повышают надежность и экологичность в целом ЕСГ РФ. Представленные результаты технико-экономического анализа и обоснования целесообразности и окупаемости проектов реконструкции, модернизации и нового строительства электроприводных КЦ с ЧРП ЭГПА позволили сформировать концепцию при­менения, программу реализации и карты зонирования благоприятного внедре­ния энергоэффективных электроприводных КС. Пятилетний опыт эксплуатации пилотных проектов внедрения ЧРП ЭГПА на магистральных газопроводах под­твердил высокий потенциал применения новых технико-технологических ре­шений при реализации всех факторов энергоэффективности электроприводов газоперекачивающих агрегатов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные публикации е изданиях из перечня ВАК1. Крюков О.В. Алгоритмы быстрого преобразования Уолша в микропро­цессорных системах управления электроприводом // Изв. ВУЗов. Электромеха­ника. 2005, №4. - С.39-44.2. Крюков О.В. Встроенная система диагностирования и прогнозирования ра­боты электроприводов // Изв. ВУЗов. Электромеханика. 2005, №6. - С.43-47.3. Крюков О.В. Интеллектуальные электроприводы с ГГ- алгоритмами // Автоматизация в промышленности, 2008, №6. - С.36-39.4. Крюков О.В. Регрессионные алгоритмы инвариантного управления электроприводами при стохастических возмущениях // Электричество, 2008, №9. - С.44-50.5. Захаров П.А., Крюков О.В. Принципы инвариантного управления электроприводами газотранспортных систем при случайных возмущениях// Вестник ИГЭУ, 2008. Вып. 2. - С. 98-104.6. Аникин Д.А., Рубцова И.Е., Крюков О.В. Опыт проектирования систем управления ЭГПА //Газовая промышленность, 2009, №2. - С.44-47.7. Захаров П.А., Крюков О.В. Методология инвариантного управления аг­регатами компрессорных станций при случайных воздействиях // Изв.ВУЗов. Электромеханика, 2009, №5. - С.64-70.8. Бабичев С.А., Захаров П.А., Крюков О.В. Автоматизированная система оперативного мониторинга приводных двигателей газоперекачивающих агрега­тов // Автоматизация в промышленности, 2009, №6. - С.3-6.9. Бабичев С.А., Захаров П.А., Крюков О.В. Мониторинг технического со­стояния приводных электродвигателей газоперекачивающих агрегатов // Контроль. Диагностика, 2009, №7. - С.33-39.

34

10.Милов В.Р., Суслов Б.А., Крюков О.В. Интеллектуализация поддержки управленческих решений в газовой отрасли // Автоматизация в про­мышленности, 2009, №12. - С. 16-20.11.Степанов С.Е., Крюков О.В., Плехов А.С. Принципы автоматического управления возбуждением синхронных машин газокомпрессорных станций // Автоматизация в промышленности, 2010, №6 (84). - С. 29-32.12.Милов В.Р., Шалашов И.В., Крюков О.В. Способ управления техническим состоянием на основе прогнозирования // Автоматизация в промышленности, 2010, №8. - С.47-49.13.Крюков О.В. Сравнительный анализ приводной техники газоперекачи­вающих агрегатов // Приводная техника, 2010, №5. - С.20-27.14.Бабичев С.А., Бычков Е.В., Крюков О.В. Анализ технического состояния и безопасности ЭГПА // Электротехника, 2010, №9. - С.30-37.15.Крюков О.В. Анализ и техническая реализация факторов энергоэффек­тивности инновационных решений в электроприводных турбокомпрессорах // Автоматизация в промышленности, 2010, №10. - С.50-53.16.Бабичев С.А., Крюков О.В., Титов В.Г. Автоматизированная система безопасности ЭГПА // Электротехника, 2010, №12. - С.24-31.17.Крюков О.В., Титов В.Г. Автоматическая стабилизация систем элек­тромагнитного подвеса роторов газоперекачивающих агрегатов // Автома­тизация в промышленности, 2011, №6. - С.50-54.18.Спиридович Е.А., Воронков В.И., Крюков О.В. Системная оптимизация энергопотребления агрегатов КС // Наука и техника в газовой промышленности, 2012, №1. - С.58-70.19.Пужайло А.Ф., Крюков О.В., Рубцова И.Е. Энергосбережение в агрегатах компрессорных станций средствами частотно-регулируемого электропривода // Наука и техника в газовой промышленности, 2012, №2. - С.98-106.20.Крюков О.В., Степанов С.Е., Титов В.Г. Встроенные системы мониторинга технического состояния электроприводов для энергетической безопасности транспорта газа // Энергобезопасность и энергосбережение, 2012, №2. - С. 5-10.21.Крюков О.В., Титов В.Г. Моделирование пусковых режимов электро­приводных ГПА // Изв.ВУЗов. Электромеханика, 2012, №3. - С. 29-35.22.Крюков О.В. Методология и средства нейро-нечеткого прогнозирования состояния ЭГПА // Электротехника, 2012, №9. - С.52-57.23.Крюков О.В. Синтез и анализ электроприводных агрегатов компрессорных станций при стохастических возмущениях//Электротехника, 2013, №3.-С.22-28.24.Крюков О.В. Регулирование производительности газоперекачивающих агрегатов с помощью преобразователей частоты // Компрессорная техника и пневматика, 2013, №3. - С.21-24.25.Крюков О.В. Комплексный анализ условий эксплуатации ЭГПА // Компрессорная техника и пневматика, 2013, №4. - С. 14-20.26.Крюков О.В. Система и алгоритмы мониторинга приводных ЭГПА // Компрессорная техника и пневматика, 2013, №6. - С. 8-17.

35

27.Крюков О.В. Стабилизация систем электромагнитного подвеса роторов двигателей ГПА // Компрессорная техника и пневматика, 2013, №7. - С.27-32.28.Крюков О.В. Интеллектуальные датчики прогнозирования технического состояния высоковольтных электродвигателей // Автоматизация в промышленности, 2013, №10. - С.38-41.29.Захаров П.А., Крюков О.В. Мониторинг и прогнозирование технического состояния ЭГПА компрессорных станций ПХГ// Газовая промышленность, 2013, Спецвыпуск №700. - С. 113-119.30.Крюков О.В. Проектирование инвариантных САУ электроприводами ГТС // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт, 2013, №12. - С. 22-25.31.Крюков О.В. Взаимосвязанный электропривод ГПА // Компрессорная техника и пневматика, 2014, №3 - С. 12-15.32.Крюков О.В. Принципы малолюдных технологий в организации работы электроприводных компрессорных станций // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт, 2014, №4. - С. 12-16.33.Крюков О.В., Краснов Д.В. Перспективы применения ПЧ для регулирования производительности ЭГПА //Газовая промышленность, 2014, №6 - С.86-89.34.Крюков О.В. Частотное регулирование производительности ГПА // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт, 2014, №6. - С.39-44.

Научные публикации в изданиях, входящих в систему цитирования 8сорш35.К1уапоу N. V., Кгуикоу О.У., РпЪуИсоу О.Ы., ОогЬаШвЬкоу А.У. А Сопсер!: Гог Ше Оеуе1ортеп1: о!" 1пуапап1: Аи{ота1:ес1 Е1ес{пс Опуез Гог \Уа{ег Кесус1т§ Зу§1:ет§ шШ Гап Соо1т§ То\уег§// К из §1 ап Е1ес1:пса1 Еп§теепп§, 2007, Уо1. 78, N0. 11, рр. 621-627.© АПейоп Рг姧,1пс., 2007.36. ВаЫсЬеу 8.А., ВусЬкоу Е.У., Кгуикоу О.У. Апа1у§18 оГ ТесЪшса1 СопсЙюп апё ЗаГе1у оГ О аз-Ритрт^ Ш йз // К из §1 ап Е1ес1:пса1 Еп§теепп§, 2010, Уо1. 81, N0. 9, рр. 489-494.© АПейоп Рг姧,1пс., 2010.37. ВаЫсЬеу 8.А., Кгуикоу О.У., Тйоу У.О. Аи{ота1:ес1 8аГе1:у 8у§1:ет Гог Е1ес1:пс О пут§ Оа8-Ритрт§ Ш йз // Ки§81ап Е1ес1:пса1 Еп§теепп§, 2010, Уо1. 81, N0. 12, рр. 649-655.© АПейоп Рге§8,1пс., 2010.38. ВаЫсЬеу 8.А., 2акЬагоу Р.А., Кгуикоу О.У. ТЬе аи{ота1:ес1 §у§1:ет оГорегайуе тош!:опп§ оГ §а§ сотргеззог ипйз шШ е1ес{пс ёпуе // АиЮтаПоп апё Кето1:е Соп1го1, 2011, Уо1ите 72, №1, рр. 175-180.39.МИоу У.К., 8и§1оу В.А., Кгуикоу О.У. ЬйеПесйю! тапа§етеп1: ёеслзюп зиррог! т §а§ тёизйу // АиШтайоп апё Кето1:е Соп1го1, 2011, У.72, №5, рр. 1095-1101.40.Крюков О.В., Степанов С.Е. Пути модернизации ЭГПА // IX МНТК «Проблеми автоматизованого електроприводу. Теор1я 1 практика (ПАЭП-12)», ХП1, Николаевка, 17-23 сентября 2012 / Електромехашчш I енергозбер1гаюч1 системи, 2012, №3. - С.209-212.41.Крюков О.В. Нейро-нечеткое прогнозирование состояния электроприводов турбокомпрессоров //IX МНТК «Проблеми автоматизованого електроприводу. Теор1я 1 практика (ПАЭП-12)», ХП1, Николаевка, 17-23 сентября 2012 / Електромехашчш I енергозбершаюч! системи, - С.512-515.

36

42.Кгуикоу О.У. МеЙюс1о1о§у апё 1оо1§ Гог пеиго-Шггу ргесЦсйоп оГ Ше зШиз оГ е1ес{пс ёпуез оГ §а§-С0трге§80г ипйз // К觧1ап Е1ес1:пса1 Еп§теепп§, 8ер1:етЬег 2012, Уо1. 83 ,1§§ие 9, рр. 516-520.© АПейоп Рге§8,1пс., 2012.43.Крюков О.В. Научное обоснование путей модернизации электроприводных ГПА // Вюник НТУ «ХП1» Сер1я «Проблеми автоматизованого електроприводу. Теор1я 1 практика» №36, (XX МНТК ПАЭП-2013), Харыав, 2013. - С. 133-134.44.Кгуикоу О.У. Е1ес{пс ёпуе §у§1:ет§ т сотргеззог зШюш шШ зЮсЬаз^с рейигЪайош // К из §1 ап Е1ес1:пса1 Еп§теепп§, МагсЪ 2013, Уо1. 84, 1§§ие 3, рр. 135-140.© АПейоп Рг姧, 1пс., 2013.45.Кгуикоу О.У. 1п1:еШ§еп1: е1ес1:пс ёпуез м !Ь 1Т а1§ог11:1ш18 // АиШтайоп апё Кето1:е Соп1го1, 2013, Уо1ите 74 ,1§§ие 6, рр. 1043-1048.

Патенты и свидетельства о регистрации программ46.Хватов О.В., Грязнов В.И., Крюков О.В. и др. Электропривод переменного тока // АС №1246326 (СССР), МПК Н02Р 7/42. - ГПИ им. А.А. Жданова. - Опубл. 22.03.1986.47.Хватов О.В., Крюков О.В., Марков В.В. и др. Микропроцессорная система управления асинхронным электроприводом // Патент на полезную модель РФ №7260, МПК Н02Р 7/42. - НГТУ. - Опубл. 16.07.1998.48.Крюков О.В., Гребнев А.А. Стенд для исследований асинхронных электро­приводов // Патент на полезную модель РФ №31079, МПК Н02Р 9/46. - НГТУ, Госреестр полезных моделей РФ от 10.07.03г.49.Воронков В.И., Рубцова И.Е., Степанов С.Е., Крюков О.В., Титов В.Г. Авто­матизированная система плавного пуска синхронного электропривода ме­ханизмов с высокомоментной нагрузкой // Патент на полезную модель РФ №101598, МПК Н02Р 1/46 - ОАО “Гипрогазцентр”. - Опубл. 20.01.2011.50.Крюков О.В. Система управления аппаратами воздушного охлаждения // Па­тент на полезную модель РФ №106310, МПК Г04Б 27/00. - ОАО “Гипрогаз- центр”. - Опубл. БИ 2011, №7, 10.07.2011.51.Крюков О.В., Репин Д.Г. Система управления аппаратами воздушного охла­ждения // Патент на полезную модель РФ №108511, МПК Г04Б 27/00. - ОАО “Гипрогазцентр”.- Опубл. БИ №9, 20.09.2011.52.Крюков О.В., Степанов С.Е. Электропривод газоперекачивающего агрегата //Патент на полезную модель РФ №107427, МПК Н02Р 27/04, 25/02. - ОАО “Гипрогазцентр”. - Опубл. БИ№8 10.08.2011.53.Крюков О.В. Устройство для контроля изоляции электродвигателя // Патент на полезную модель РФ №121939, МПК 001К 31/12. - ОАО «Гипрогазцентр». -Опубл. 10.11.2012г.54.Серебряков А.В., Крюков О.В. Устройство лингвистического диагностиро­вания отказов двигателя / Патент №127494 полезную модель РФ, МПК 005В 23/02, рег.№2012131448 от 20.07.2012. - ОАО «Гипрогазцентр». Опубл. 27.04.13, Бюл. №12.55.Пужайло А.Ф., Крюков О.В., Репин Д.Г. Способ магистрального транспорта газа // Патент РФ на изобретение №2502914, МКИ П 7 0 1/02, заявка

37

№2012113091, приор. 03.04.12. - ОАО «Гипрогазцентр». - Опубл. 27.12.2013, Бюл. №36.

Монографии56.Асинхронные вентильные каскады с микропроцессорным управлением / Хватов С.В., Титов В.Г., Крюков О.В. и др. //Электротехническая промышлен­ность. Сер. 08. Электропривод: Обзор. - Вып.31, 1990. - 52с.57.Энергосбережение и автоматизация электрооборудования компрессорных станций МГ: монография // Пужайло А.Ф., Спиридович Е.А., Крюков О.В. и др. / Под ред. О.В. Крюкова. - Н.Новгород: Вектор ТиС, т.1, 2010. 18ВМ 978-5­93126-158-4. - 560с.58.Энергосбережение и автоматизация электрооборудования компрессорных станций МГ: монография // Пужайло А.Ф., Савченков С.В., Крюков О.В. и др. / Под ред. О.В. Крюкова. - Н.Новгород: Вектор ТиС, т.2, 2011. 18ВМ 978-5­93126-170-6. -664с.59.Энергосбережение и автоматизация электрооборудования компрессорных станций МГ: монография // Пужайло А.Ф., Савченков С.В., Крюков О.В. и др. / Под ред. О.В. Крюкова. - Н.Новгород, Вектор ТиС, т.З, 2012. 18ВМ 978-5­93126-151-5. - 572с.60.Диагностика оборудования компрессорных станций: Монография серии «Научные труды к 45-летию ОАО «Гипрогазцентр» / Пужайло А.Ф., Савченков С.В., Крюков О.В. и др. // Под ред. О.В. Крюкова. - Н.Новгород: Исток, т. 2, 2013.18ВМ 978-5-906546-03-6. - 300с.61. Энергетические установки и электроснабжение объектов транспорта газа: Монография серии «Научные труды к 45-летию ОАО «Гипрогазцентр» / Пу­жайло А.Ф., Савченков С.В., Крюков О.В. и др. // Под ред. О.В. Крюкова. - Н.Н.: Исток, т. 3, 2013.18ВМ 978-5-906546-05-0. - 300с.62.Электроприводы объектов газотранспортных систем: Монография серии «Научные труды к 45-летию ОАО «Гипрогазцентр» / Пужайло А.Ф., Савченков С.В., Крюков О.В. и др. // Под ред. О.В. Крюкова. - Н.Новгород: Исток, в 6 тт., том 4, 2013.18ВМ 978-5-906546-02-9. - 300с.63.Автоматизированные системы управления и диспетчеризации магистраль­ных газопроводов: Монография серии «Научные труды к 45-летию ОАО «Ги- прогазцентр»/Пужайло А.Ф., Савченков С.В., Крюков О.В. и др.// Под ред. О.В. Крюкова,- Н.Новгород: Исток, в 6 тт., т.5, 2013.18ВМ 978-5-906546-07-4 - 300с.

Работы, опубликованные в других изданиях64. Крюков О.В. Основные положения дискретно-операторного метода про­ектирования микропроцессорных систем управления асинхронным электропри­водом // Тез. докл. III Международной конференции по проблемам автоматизи­рованного электропривода (АЭП-2001) / Н.Новгород: НГТУ, 2001. - С.56-57.65. Аникин Д.А., Зуйков А.В., Крюков О.В. Энергосбережение в электропри­воде турбокомпрессора газоперекачивающего агрегата // Труды IV Между­

38

народной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электро­приводу/ МГТУ им. Г.И. Носова, Магнитогорск, 2004, ч.П. - С. 241-243.66. Крюков О.В., Захаров П.А. Лингвистические алгоритмы прогнозирования неисправностей электрооборудования компрессорных станций// Тез. докл. XVIII ВНТК “Неразрушающий контроль и техническая диагностика” - Н.Новгород: Машиностроение, 2008. - С. 121-123.67. Крюков О.В., Захаров П.А. Приложения теории вероятностей и теории планирования эксперимента в задачах управления газотранспортными объек­тами // Труды XII МНТК “Электромеханика, электротехнологии, электротехни­ческие материалы и компоненты” - Алушта, 2008. - С.342.68. Захаров П.А., Бабичев С.А., Крюков О.В. и др. Оптимизация системы мониторинга ЭГПА// Труды МНТК «XV Бенардосовские чтения», Иваново: ИГЭУ, 27 мая 2009. Т.1. - С. 156.69. Кгуикоу О. V., КиЫзоуа 1.Е., 81:ерапоу 8.Е. “Орйгтга^юп о!" Оаз-Сотргеззог ШЙ8 8упс1штои8 Е1ес1пс Опуез Оупагшс Моёез” // Ргосеес1т§8 о!" 13Ш Шета1:кта1 Соп1егепсе оп Е1ес1готес11атс8, Е1ес1го1:ес1то1о§у, Е1ес1гота1:епа18 апё Сотропеп1:8 (1СЕЕЕ-2010), АЫзМа, 8ер{етЪег 2010. - р. 105.70. Рубцова И.Е., Крюков О.В., Степанов С.Е. Нейро-нечеткие модели и алго­ритмы управления и мониторинга синхронных машин большой мощности // VI научная конференция «Управление и информационные технологии» / ИПУ им. В. А. Трапезникова РАН, Санкт-Петербург, 12-14 октября 2010. - С. 160-163.71. Крюков О.В. Комплексная система мониторинга и управления ЭГПА // Материалы XXXIV МНПК «Передовые информационные технологии, средства и системы автоматизации и их внедрение на российских предприятиях» (А1ТА- 2011). - М.: ИПУ РАН, 4-8 апреля 2011. - С.329-350.72. Крюков О.В. Прикладные задачи теории планирования эксперимента для инвариантных объектов газотранспортных систем // Материалы IX МНТК «Идентификация систем и задачи управления» (81СРКО, 12). - М.: ИПУ им. В.А. Трапезникова РАН, 30 января - 2 февраля 2012. - С.222-236.73. Васенин А.Б., Крюков О.В., Степанов С.Е. Результаты компьютерного моделирования синхронных машин при работе на вентиляторную нагрузку// Труды XV МНТК «Электроприводы переменного тока», (ЭППТ-2012), УрФУ, Екатеринбург, 12-16 марта 2012. - С. 139-142.74. Крюков О.В., Рубцова И.Е., Титов В.Г. Опыт проектирования и реализации электроприводов газотранспортных систем// Труды XV МНТК «Электропри­воды переменного тока» (ЭППТ-2012), УрФУ, Екатеринбург, 12-16 марта 2012.- С.239-242.75. Крюков О.В. Расширение возможностей газоперекачивающей техники средствами интеллектуального электропривода // Материалы XVIII Международного Симпозиума «Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования», СПб, СПбГПУ, 5-7 июня 2013. - С.90-99.76. Крюков О.В., Степанов С.Е. Научное обоснование и энергосберегающие средства повышения эффективности ЭГПА // Тезисы V МНТК

39

«Газотранспортные системы: настоящее и будущее (ОТ8-2013)», М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 29-31 октября 2013. - С.71.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета в типографии НГТУ им. Р.Е. Алексеева.

40