Предприятия нефтегазовой отрасли характеризуются разнообразием технологических процессов с пожаровзрывоопасными производствами, которые являются крупными потребителями электроэнергии. Порядка 35% всего оборудования, используемого для ведения технологического процесса, составляют машинные агрегаты с электрическим приводом, а доля потребления ими электрической энергии превышает 70% всей потребляемой предприятием электроэнергии, их работоспособность во многом определяет надежность всего технологического комплекса. Отказ машинных агрегатов приводит к нарушению технологического режима, а в отдельных случаях может привести к пожарам или взрывам. Отличительной особенностью машинных агрегатов с электрическим приводом является то, что их безотказность определяется безотказностью совокупности элементов механической части и электрического привода.
Машинные агрегаты, с одной стороны, через электропривод взаимодействуют с системой электроснабжения промышленного предприятия, с другой стороны, через механическую часть, с технологическим процессом. Для определения технического состояния механической части разработаны и успешно применяются многочисленные методы, такие как вибрационный, тепловизионный, акустический, магнитный и вихретоковый. Методы диагностики, применяемые для обеспечения необходимого уровня безопасной эксплуатации элементов электрической части машинных агрегатов — аппаратов управления электроприводом, кабелей, электродвигателей, в основном ориентированы на использование в системе планово-предупредительных ремонтов и испытаний. Они основаны, на измерении отклонений номинальных значений токов и напряжений, изменений составляющих этих величин по амплитуде, фазе, частоте, на измерении сопротивлений и проводимостей. диэлектриков и проводников, параметров шума, испытании повышенным напряжением. Эти методы не позволяют отслеживать протекание деградационных процессов в изоляции элементов электропривода машинных агрегатов в процессе эксплуатации.
Из всех элементов электропривода машинных агрегатов в наиболее тяжелых условиях эксплуатируются силовые кабели, соединяющие устройства управления с электрическими двигателями. Устройства управления и электродвигатели, как правило, располагаются соответственно в распределительных пунктах и машинных залах, в которых созданы благоприятные для данного вида оборудования условия эксплуатации, уже на стадии их проектирования закладывается стойкость к возможным перегрузкам в различных режимах работы. Кабели машинных агрегатов выбираются исходя из номинальных токов электродвигателей, при пусках и регулировании технологических параметров они подвергаются перегрузкам токами, превышающими номинальные токи в 5 — 7 раз. Помимо электрических нагрузок на изоляцию кабелей машинных агрегатов нефтегазовых производств оказывают воздействие пожаровзрывоопасные и агрессивные среды, высокие перепады температур, вибрации, а также механические воздействия при проведении работ по ремонту и профилактическому обслуживанию агрегатов. Перечисленные факторы способствуют развитию деградационных процессов в изоляции, снижают уровень надежности машинных агрегатов в целом и делают неэффективными распространенные методы оценки технического состояния и прогнозирования ресурса изоляции, ориентированные на стабильные эксплуатационные параметры. В настоящее время закономерности протекания деградационных процессов в изоляции кабелей машинных агрегатов нефтегазовых производств исследованы недостаточно полно, результатом чего является отсутствие методов и средств, позволяющих определить фактический уровень деградации диэлектрических свойств и оценить остаточный ресурс безопасной эксплуатации изоляции кабелей машинных агрегатов. Одной из особенностей кабелей машинных агрегатов является то, что их длина обычно не превышает нескольких десятков метров, что позволяет применять для оценки состояния их изоляции специфические методы, малопригодные для диагностирования обычных силовых кабельных линий электрических сетей.
Согласно Федеральному закону № 116 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» предприятия и организации, осуществляющие эксплуатацию опасных производственных объектов, обязаны обеспечивать безопасность технологических процессов, защиту личности и общества от аварий и их последствий. В связи с этим проблема повышении эксплуатационной надежности машинных агрегатов нефтегазовых производств путем определения фактического уровня деградации диэлектрических свойств изоляции является актуальной.
Целью работы является разработка частотного метода оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции элементов электропривода машинных агрегатов нефтегазовых производств, позволяющего повысить безопасность их эксплуатации.
Для реализации цели диссертационной работы поставлены и решены следующие основные задачи:
1) анализ влияния состояния изоляции электропривода машинных агрегатов на безопасность технологических процессов предприятий нефтегазовой отрасли;
2) исследование влияния условий эксплуатации и режимов работы машинных агрегатов на развитие процессов деградации диэлектрических свойств изоляции и выявление диагностических параметров, позволяющих идентифицировать состояние изоляции;
3) исследование динамики изменения диагностических параметров в. процессе деградации диэлектрических свойств изоляции электропривода машинных агрегатов, определение значений диагностических параметров, соответствующих предельному состоянию изоляции;
4) разработка метода количественной оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции элементов электропривода машинных агрегатов нефтегазовых производств.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) предложен частотный метод оценки состояния изоляции, с помощью которого установлены критические пределы эксплуатации кабеля электропривода машинного агрегата;
2) получена математическая модель в операторной форме, позволяющая определить уровень деградации диэлектрических свойств изоляции элементов электропривода, на основании полученных данных определены значения параметров модели в пределах 20% от критического состоянию изоляции.
Разработанный частотный метод диагностики технического состояния изоляции кабелей машинных агрегатов, позволяющий количественно определить уровень её деградации, передан в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» для дальнейшего использования при оценке текущего состояния изоляции и проведения неразрушающего контроля, а также используется в учебном процессе в Уфимском государственном нефтяном техническом университете.
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 14 работах [8, 9, 10, 12, 13, 15, 17, 18, 53−58].
Автор выражает благодарность своему научному руководителю, д.т.н. М. Г. Баширову за оказанную помощь при постановке задачи и анализе результатов исследований.
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
1 Разработан частотный метод оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции элементов электропривода машинных агрегатов нефтегазовых производств, с помощью которого определены критические пределы, позволяющие повысить безопасность их эксплуатации.
2 Установлено, что состояние изоляции электропривода машинных агрегатов влияет на безопасность технологических процессов предприятий нефтегазовой отрасли, и уровень деградации диэлектрических свойств изоляции может быть определен по совокупности параметров частотных характеристик.
3 На основе анализа системы дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы в силовом кабеле электропривода машинного агрегата, его динамических и частотных характеристик, получена математическая модель в операторной форме, описывающая процесс деградации диэлектрических свойств изоляции кабеля в зависимости от условий эксплуатации и режимов работы.
4 На основе анализа математической модели и экспериментальных исследований ее корневых годографов определены области расположения корней характеристического уравнения на комплексной плоскости, соответствующие исправному состоянию изоляции кабеля. Для конкретных марок кабелей определены значения корней характеристического уравнения в пределах 20% от критического состояния изоляции.
5 Разработанный метод оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции силовых кабелей машинных агрегатов принят к внедрению в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», используется в учебном процессе в филиале ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате.
