Том 337 № 2 (2026)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2026/2/5403
Усовершенствованная модель выбора напряжения для электрической распределительной сети газового месторождения
Актуальность. При разработке газовых месторождений важную функцию выполняет система электроснабжения. Одним из основных критериев, влияющих на надежность системы электроснабжения, является правильно выбранный класс напряжения. В условиях рыночной экономики система электроснабжения, с одной стороны, должна обеспечивать бесперебойное электроснабжение потребителей, с другой стороны, должна быть оптимальной с точки зрения капитальных и эксплуатационных затрат. Существующие математические модели для выбора класса напряжения основаны на жизненном цикле месторождения, но не учитывают период бурения. В настоящее время многие нефтегазовые компании формируют требования к электроснабжению буровых установок по двум воздушным линиям электропередачи. Цель: разработка математической модели рационального выбора напряжения для электрической распределительной сети с учетом периода бурения газовых скважин и всего жизненного цикла разработки газовых месторождений. Объект: схема электроснабжения газового месторождения. Методы: теория планирования эксперимента, расчет дисконтированных затрат, статистический метод. Результаты и выводы. Было выявлено, что характер электрической нагрузки буровых установок имеет резко изменяющийся график нагрузки, в то время как характер электрической нагрузки кустов газоконденсатных скважин является равномерным. Для учета особенности электрической нагрузки в математическую модель предлагается ввести коэффициент одновременности. Таким образом, математические модели учитывают пять факторов: количество кустов газоконденсатных скважин, протяженность линии электропередачи, коэффициент роста нагрузки, коэффициент распределения нагрузки, коэффициент одновременности. Разработана одна математическая модель для выбора рационального напряжения и семь математических моделей для расчета дисконтированных затрат для классов напряжения 3, 6, 10, 20, 35, 110, 220 кВ. Математические модели имеют вид уравнения регрессии полиномиального типа. Значимость коэффициентов полиномов оценивается с использованием t-критерия Стьюдента. Адекватность математических моделей проверяется с помощью критерия Фишера. Погрешность модельного расчета составляет 9,36 %, что считается достаточным для решения технических и экономических задач. Было выбрано рациональное напряжение распределительной электрической сети конкретного месторождения (Uрац=35 кВ). Установлено, что правильно выбранный класс напряжения на этапе проектирования с учетом периода бурения и всего жизненного цикла эксплуатации месторождения позволяет сэкономить до 40 % дисконтированных затрат на развитие распределительной сети.
Ключевые слова:
буровая установка, выбор напряжения, дисконтированные затраты, теория планирования эксперимента, куст газовых скважин, месторождение, коэффициент одновременности, распределительная сеть, электрическая нагрузка
Библиографические ссылки:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Norouzi H., Golchoob Firoozjaee M., Rezaei M. Investigation of distribution system modification using operation voltage unification in order to decrease interruptions in dust climate // Heliyon. – 2024. DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e37335.
2. American National Standard for Electric Power Systems and Equipment – Voltage Ratings (60 Hertz). – USA: National Electrical Manufacturers Association, 2020. – 7 p.
3. IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants. – NY: IEEE, 1993. – 765 p.
4. Technology Selection of High-Voltage Offshore Substations Based on Artificial Intelligence / T. Antunes, R. Castro, P.J. Santos, A.J. Pires // Energies. – 2024. – Vol. 17. DOI: 10.3390/en17174278.
5. Study on the voltage level sequence of future urban DC distribution network in China: a Review / J. Duan, Z. Li, Y. Zhou, Z. Wei // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. – 2020. – Vol. 117. DOI: 10.1016/j.ijepes.2019.105640.
6. Pedrini F., Donadel C.B. Enhancing energy efficiency in medium-voltage distribution networks through voltage level elevation: a technical and economic assessment // Energy Efficiency First. – 2024. DOI: 10.1016/j.eef.2025.100002.
7. Khan A.A., Minai A.F. Different voltage selection criteria and insulation design of a transmission line for HV, EHV & UHV system // International Journal of Advanced Technology & Engineering Research. – 2012. – Vol. 2. – Iss. 2. – P. 73–79.
8. Fatma A. F. Determining the optimum medium voltage level by analysis of different voltage levels // World Journal of Environmental Research. – 2020. – Vol. 10. – Iss. 2. – P. 37–49. DOI: 10.18844/wjer.v10i2.5344.
9. Неклюдова П.А. Выбор номинального напряжения электрической сети // Теория и практика современной науки. – 2017. – № 2 (20). – С. 424–428.
10. Узбеков М.О., Неъматжонов А.А.У. Выбор напряжения по известной длине линии и передаваемой мощности // Современные инновации. – 2019. – № 2 (30). – С. 30–34.
11. Черепанов В.В., Суворова И.А. Исследование технико-экономической целесообразности применения напряжения 20 кВ в городских электрических сетях // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2012. – № 5. – C. 12–14.
12. Вахнина В.В., Черненко А.Н. Проектирование систем электроснабжения. – Тольятти: Тольятинский государственный ун-т, 2016. – 78 с.
13. Балашов О.П. Электроснабжение. – Рубцовск: Рубцовский индустриальный институт, 2013. – 53 с.
14. Ершов А.М. Системы электроснабжения. Ч 4: Электроснабжение промышленных предприятий и городов. – Челябинск: ИЦ ЮУрГУ, 2020. – 324 с.
15. Кощук Г.А., Косарев Б.А., Федоров В.К. Выбор оптимального напряжения источника энергии для системы электроснабжения с распределенной генерацией // Омский научный вестник. – 2018. – № 6 (162). – С. 115–118.
16. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 472 с.
17. Богачков И.М. Поддержка принятия решения при выборе рационального напряжения системы электроснабжения газового месторождения с учетом его жизненного цикла: дис. … канд. техн. наук. – Омск, 2021. – 195 c.
18. Богачков И.М., Хамитов Р.Н., Валиев М.К. Пути выбора оптимального класса напряжения системы электроснабжения газовых месторождений // Электротехнические системы и комплексы. – 2020. – № 4 (49). – С. 35–41.
19. Богачков И.М. Математические модели расчета оптимального напряжения системы внешнего электроснабжении газовых месторождений, полученные с применением теории планирования эксперимента // Электротехнические системы и комплексы. – 2021. – № 1 (50). – С. 4–9.
20. Богачков И.М. Оптимизация системы внешнего электроснабжения путем выбора прогрессивного класса напряжения с учетом всего жизненного цикла газового месторождения // Известия Транссиба. – 2020. – № 2 (42). – С. 114–130.
21. Bogachkov I.M., Khamitov R.N., Frayshteter V.P. Estimation of electric loads dynamics in the gas fields of Western Siberia taking into account the life cycle of the fields // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2021. DOI: 10.1088/1757-899X/1118/1/012015.
22. Липатов Е.Ю. Технология бурения нефтяных и газовых скважин. – Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2022. – 191 с.
23. СТО Газпром 2-6.2-1028-2015. Категорийность электроприемников промышленных объектов ПАО «Газпром»: стандарт организации: издание официальное: утвержден и введен в действие Распоряжением ПАО «Газпром» № 366 от 1 февраля 2016 г.: взамен СТО Газпром 2-6.2-149-2007. – М.: АО «Газпром промгаз», 2015. – 65 с.
24. Правила устройства электроустановок: все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. 9-й выпуск. – Новосибирск: Изд-во Сиб. унив., 2008. – 854 с.
25. Bogachkov I.M. The study of the power supply system of the existing gas fields in Western Siberia using the theory of experimental planning // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2021. DOI: 10.1088/1757-899X/1118/1/012030.
26. Богачков И.М., Хамитов Р.Н., Фрайштетер В.П. Оценка динамики электрических нагрузок газовых месторождений Западной Сибири с учетом жизненного цикла месторождения // Современные проблемы машиностроения: материалы XIII Международной научно-практической конференции. – Томск 26–30 октября 2020. –С. 71–72.
27. Bogachkov I.M. Designing power supply systems with account to the entire life cycle of the gas field as exemplified by the existing fields in Western Siberia // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2021. – Vol. 720. – № 1. – P. 012096.
28. Шержуков Е.Р., Охлопков Д.О. Проблемы и риски применения накопителей энергии // Вестник науки. – 2023. – № 7 (64). – С. 353–357.
29. Каманина М.А., Демидова А.М., Охлопков Д.О. Перспективы применения систем накопления энергии // Вестник науки. – 2023. – № 7 (64). – С. 14–22.
30. Полосков С. Накопители электроэнергии для буровых установок. URL: https://www.elec.ru/publications/peredacha-raspredelenie-i-nakoplenie-elektroenergi/7676/?ysclid=mhpwrdv1o4953527238 (дата обращения: 10.11.2025).
31. Bogachkov I.M., Khamitov R.N. Optimizing the power supply system of the gas well clusters by choosing a progressive voltage class considering the total life cycle of a gas field // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. International Science and Technology Conference "Earth Science". – 2021. – P. 012075.
32. Bogachkov I.M. Selecting the voltage class for a system of external power supply system for the entire life cycle of a gas field // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Ser. International Science and Technology Conference "Earth Science". – 2021. – P. 012097.
33. Сидняев Н.И. Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных. – М.: Юрайт, 2026. – 495 c.
34. Богачков И.М., Хамитов Р.Н. Коэффициент распределения нагрузки по линии электропередачи, как фактор выбора класса напряжения // Динамика систем, механизмов и машин: материалы XIV Международной IEEE научно-технической конференции. – Омск, 10–12 ноября 2020. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2020. – Т. 8. – № 3. – С. 30–36.
35. Bogachkov I.M., Khamitov R.N. The algorithm for selecting the optimal voltage class of the gas field power supply system, taking into account the entire life cycle // Journal of Physics: Conference Series. 5. Ser. "V International Scientific and Technical Conference "Mechanical Science and Technology Update". – Omsk, 2021. – P. 012068.
36. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов (вторая редакция, исправленная и дополненная) / Утв. Министерством экономики РФ, Министерством финансов РФ, Государственным комитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике от 21.06.1999 № ВК 477. URL: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=1&documentId=8730 (дата обращения: 10.11.2025).
REFERENCES
1. Norouzi H., Golchoob Firoozjaee M., Rezaei M. Investigation of distribution system modification using operation voltage unification in order to decrease interruptions in dust climate. Heliyon, 2024. DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e37335.
2. American National Standard for Electric Power Systems and Equipment – Voltage Ratings (60 Hertz). USA, National Electrical Manufacturers Association, 2020. 7 p.
3. IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants. NY, IEEE, 1993. 765 p.
4. Antunes T., Castro R., Santos P.J., Pires A.J. Technology selection of high-voltage offshore substations based on artificial intelligence. Energies, 2024, vol. 17. DOI: 10.3390/en17174278.
5. Duan J., Li Z., Zhou Y., Wei Z. Study on the voltage level sequence of future urban DC distribution network in China: A Review. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2020, vol. 117. DOI: 10.1016/j.ijepes.2019.105640.
6. Pedrini F., Donadel C.B. Enhancing energy efficiency in medium-voltage distribution networks through voltage level elevation: a technical and economic assessment. Energy Efficiency First, 2024. DOI: 10.1016/j.eef.2025.100002.
7. Khan A.A., Minai A.F. Different voltage selection criteria and insulation design of a transmission line for HV, EHV & UHV system. International Journal of Advanced Technology & Engineering Research, 2012, vol. 2, Iss. 2, pp. 73–79.
8. Fatma A. F. Determining the optimum medium voltage level by analysis of different voltage levels. World Journal of Environmental Research, 2020, vol. 10, Iss. 2, pp. 37–49. DOI: 10.18844/wjer.v10i2.5344.
9. Neklyudova P.A. Selection of the nominal voltage of an electrical network. Theory and practice of modern science, 2017, no. 2 (20), pp. 424–428. (In Russ.)
10. Uzbekov M.O., Nematzhonov A.A.U. Selecting voltage based on known line length and transmitted power. Modern innovations, 2019, no. 2 (30), pp. 30–34. (In Russ.)
11. Cherepanov V.V., Suvorova I.A. Researching of technical and economic expediency of applicability 20 kV voltage in urban power networks. Energy security and energy saving, 2012, no. 5 (47), pp. 12–14. (In Russ.)
12. Vakhnina V.V., Chernenko A.N. Design of power supply systems: electronic teaching aid. Tolyatti, Tolyatti State University Publ., 2016. 78 p. (In Russ.)
13. Balashov O.P. Electricity supply. Rubtsovsk, Rubtsovsk Industrial Institute Publ., 2013. 53 p. (In Russ.)
14. Ershov A.M. Power supply systems. P. 4: Power supply of industrial enterprises and cities. Chelyabinsk, South Ural State University Publ., 2020. 324 p. (In Russ.)
15. Koshchuk G.A., Kosarev B.A., Fedorov V.K. Optimized voltage of energy source definition for power system with dispersed generation. Omsk Scientific Bulletin, 2018, no. 6 (62), pp. 115–118. (In Russ.)
16. Fedorov A.A., Kameneva V.V. Basics of power supply to industrial enterprises. 4th ed., revised and expanded. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1984. 472 p. (In Russ.)
17. Bogachkov I.M. Decision support for selecting a rational voltage for a gas field's power supply system, taking into account its life cycle. Cand. Diss. Omsk, 2021. 195 p. (In Russ.)
18. Bogachkov I.M., Khamitov R.N., Valiev M.K. The choice of the optimal voltage class of gas field electricity supply system. Electrotechnical Systems and Complexes, 2020, no. 4 (49), pp. 35–41. (In Russ.)
19. Bogachkov I.M. Mathematical models for calculating the optimal voltage of the external electricity supply system for gas fields obtained using the experiment planning theory. Electrotechnical Systems and Complexes, 2021, no. 1 (50), pp. 4–9. (In Russ.)
20. Bogachkov I.M. External power supply system optimization by choosing a progressive voltage class considering the total life cycle of a gas field. Journal of Transsib Railway Studies, 2020, no. 2 (42), pp. 114–130. (In Russ.)
21. Bogachkov I.M., Khamitov R.N., Frayshteter V.P. Estimation of electric loads dynamics in the gas fields of Western Siberia taking into account the life cycle of the fields. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. DOI: 10.1088/1757-899X/1118/1/012015.
22. Lipatov E.Yu. Technology of drilling oil and gas wells. Tyumen, Industrial University of Tyumen Publ., 2022. 191 p. (In Russ.)
23. STO Gazprom 2-6.2-1028-2015. Categorization of electrical receivers of industrial facilities of PJSC Gazprom: organization standard: official publication: approved and put into effect by Order of PJSC Gazprom No. 366 dated February 1, 2016: replacing STO Gazprom 2-6.2-149-2007. Moscow, House Poligrafiya LLC Publ., 2015. 65 p. (In Russ.)
24. Electrical Installation Rules: all current sections of PUE-6 and PUE-7. 9th ed. – Novosibirsk, Sib. Univ. Publ., 2008. 854 p. (In Russ.)
25. Bogachkov I.M. The study of the power supply system of the existing gas fields in Western Siberia using the theory of experimental planning. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2021. DOI: 10.1088/1757-899X/1118/1/012030
26. Bogachkov I.M., Khamitov R.N., Freishteter V.P. Assessment of the dynamics of electrical loads of gas fields in Western Siberia taking into account the life cycle of the field. Modern problems of mechanical engineering. Materials of the XIII International scientific and practical conference. Tomsk, 2020. pp. 71–72. (In Russ.)
27. Bogachkov I.M. Designing power supply systems with account to the entire life cycle of the gas field as exemplified by the existing fields in Western Siberia. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, vol. 720, no. 1, pp. 012096.
28. Sherzhukov E.R., Okhlopkov D.O. Problems and risks of using energy storage devices. Bulletin of Science, 2023, no. 7 (64), pp. 353–357. (In Russ.)
29. Kamanina M.A., Demidova A.M., Okhlopkov D.O. Prospects for the application of energy storage systems. Bulletin of Science, 2023, no. 7 (64), pp. 14–22. (In Russ.)
30. Poloskov S. Electric energy storage devices for drilling rigs. (In Russ.) Available at: https://www.elec.ru/publications/peredacha-raspredelenie-i-nakoplenie-elektroenergi/7676/?ysclid=mhpwrdv1o4953527238 (accessed 10 October 2025).
31. Bogachkov I.M., Khamitov R.N. Optimizing the power supply system of the gas well clusters by choosing a progressive voltage class considering the total life cycle of a gas field. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. International Science and Technology Conference "Earth Science", 2021, pp. 012075.
32. Bogachkov I.M. Selecting the voltage class for a system of external power supply system for the entire life cycle of a gas field. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Ser. International Science and Technology Conference "Earth Science", 2021, pp. 012097.
33. Sidnyaev N.I. Theory of experiment planning and statistical data analysis. Moscow, Yurayt Publ., 2026. 495 p. (In Russ.)
34. Bogachkov I.M., Khamitov R.N. The coefficient of load distribution along the power transmission line as a factor in selecting the voltage class. Dynamics of systems, mechanisms and machines. Proc. of the XIV International IEEE Scientific and Technical Conference. Omsk, November 10–12, 2020. Omsk, OmskGTU Publ., 2020. Vol. 8, no. 3, pp. 30–36. (In Russ.)
35. Bogachkov I.M., Khamitov R.N. The algorithm for selecting the optimal voltage class of the gas field power supply system, taking into account the entire life cycle. Journal of Physics: Conference Series. 5. Ser. "V International Scientific and Technical Conference "Mechanical Science and Technology Update". Omsk, 2021. pp. 012068.
36. Guidelines for assessing the effectiveness of investment projects (second edition, revised and supplemented). Approved by Ministry of Economy of the Russian Federation, Ministry of Finance of the Russian Federation, State Committee of the Russian Federation for Construction, Architectural and Housing Policy of 21.06.1999 No. VK 477. (In Russ.) Available at: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=1&documentId=8730 (accessed 10 October 2025).
