Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
https://wos-scopus.com
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Электроника
Размещена 02.06.2017. Последняя правка: 01.06.2017.

Проблемы эффективной реализации технических средств и решений по резервированию электроснабжения ответственных потребителей

Бубнова Мария Александровна

магистр

Горный университет

студент

Сунцова Е.М., магистр. Сычев Ю.А., доцент кафедры электроэнергетики и электротехники, Санкт-Петербургский Горный университет


Аннотация:
Статья посвящена проблеме резервирования электроснабжения предприятий нефтегазового комплекса. Показана целесообразность использования источников бесперебойного питания, функционирующих в режиме on-line, совместно с микротурбинными установками, работающими на природном и попутном нефтяном газе, дизельными электростанциями, ветроэнергетическими установками и солнечными батареями. Даны рекомендации по выбору основных параметров резервных источников электроснабжения.


Abstract:
The article is devoted to problem of power supply reserve in oil and gas production enterprises. The reasonability of usage of the uninterruptible power supply units, functioning online together with the micro turbine installations, working on the natural and following oil gas, diesel power stations, wind power installations and solar batteries, is shown. Recommendations about a selection of key parameters of reserve sources of electrical power supply are given.


Ключевые слова:
электроснабжение; резервирование; надежность; бесперебойный; сеть.

Keywords:
power supply; reserve; reliability; uninterruptable; network.


УДК 621.398

Введение. Среди потребителей минерально-сырьевого комплекса существуют электроприемники различной мощности, категории надежности электроснабжения, режима работы и степени участия в технологическом процессе [1]. Эти факторы оказывают непосредственное влияние на способ реализации технических средств и решений по резервированию электроснабжения.

Актуальность. Большая часть потребителей объектов минерально-сырьевого комплекса относится к I и II категории надежности электроснабжения. Также в ряде случаев присутствуют потребители особой группы I категории, что обуславливает необходимость наличия местной генерации. Также для потребителей минерально-сырьевого комплекса характерной особенностью является территориальная рассредоточенность, а также частичное или полное отсутствие централизованных систем электроснабжения в удаленных районах Российской Федерации, где разрабатываются наиболее перспективные запасы углеводородов. Указанные факторы делают задачу эффективной реализации технических средств и решений по резервированию электроснабжения наиболее важных с точки зрения непрерывности технологического процесса потребителей минерально-сырьевого комплекса [2]. Также в Энергетической стратегии Российской Федерации до 2030 года много внимания уделяется повышению надежности электроснабжения централизованных энергосистем и внедрению альтернативных и возобновляемых источников энергии.

В настоящее время большинство автономных энергосистем реализовано на основе дизель-генераторных установок, газопоршневых и газотурбинных электростанций, работающих на природном, а в ряде случаев на попутном нефтяном газе. Также параллельно с данными генераторными установками могут работать солнечные электростанции и ветрогенераторы в качестве дополнительного резервирования электроснабжения [3].

Цели и задачи работы. Целью данной работы является разработка методов эффективной реализации технических средств и решений по резервированию энергообеспечения наиболее ответственных с точки зрения непрерывности технологического процесса потребителей минерально-сырьевого комплекса [4].

Локальные системы резервного электроснабжения могут функционировать в двух основных режимах: автономном и параллельном. В первом случае такая система работает без участия централизованной электрической сети для электроснабжения наиболее ответственных потребителей малой и средней мощности. Во втором случае система работает параллельно с централизованной электрической сетью и служит для устранения провалов и прерываний напряжения при отказах и аварийных режимах централизованных энергосистем.

В условиях минерально-сырьевого комплекса применение локальных систем резервного электроснабжения наиболее актуально и оправдано, особенно на линейных объектах транспорта нефти и газа. В этом случае основными потребителями резервирования электроснабжения будут технологические задвижки, системы телемеханики и телеуправления, станции катодной защиты магистральных трубопроводов, а также в ряде случаев – греющие кабели. Подобная схема должна обеспечивать гарантированное и бесперебойное электроснабжение подключенной нагрузки при отключении основного источника питания в течение не менее 24 ч.

Результаты. Разработана структура локальной системы резервного электроснабжения на основе распределенной генерации с использованием альтернативных и возобновляемых источников, источников бесперебойного питания и накопительных элементов на основе суперконденсаторов.

Техническая реализация системы резервного электроснабжения в условиях линейных объектов транспорта нефти и газа должна предусматривать наличие следующих элементов:

- силовой трансформатор;

- источник бесперебойного питания (ИБП);

- ручной и автоматический байпас;

- накопители электрической энергии;

- система быстродействующего автоматического ввода резерва (АВР);

- комбинированная автономная электрическая станция;

- система управления.

С точки зрения минимизации габаритов системы резервного электроснабжения, а также снижения риска взрыво- и пожароопасности, силовой трансформатор 6(10)/0,4 кВ предпочтительнее выбирать с сухой изоляцией общепромышленного исполнения. Данное решение также обуславливается тем, что расчетная мощность подключаемого электрооборудования по сравнению с питающей энергосистемой достаточно мала и может обеспечиваться серийными сухими трансформаторами мощностью от 25 до 250 кВА.

Источник бесперебойного питания (ИБП) в составе системы резервного электроснабжения должен работать в режиме «on-line» для обеспечения непрерывного заряда и подзаряда накопительных элементов, иметь двойное преобразование энергии, устройства автоматического и ручного байпасирования и поддерживать необходимые протоколы для интеграции в системы оперативного диспетчерского управления [5]. В составе ИПБ необходимо предусматривать дополнительные модули, находящихся в резерве до выхода из строя рабочих модулей [6].

В настоящее время отечественными и зарубежными производителями выпускаются ИБП мощностью до 4,6 МВт. Наиболее промышленное внедрение в условиях больших мощностей получили ИБП двойного преобразования энергии, которые обладают следующими достоинствами:

- отсутствие перерыва электроснабжения при переключении с централизованной сети на аккумуляторные батареи;

- непрерывность фазы напряжения на выходе ИБП при любых режимах энергообеспечения;

- высокий уровень стабилизации выходного напряжения и частоты;

- возможность фильтрации импульсов и нелинейных искажений со стороны центральной сети;

- отсутствие влияния подключенной нагрузки на питающую сеть.

В ИБП должна быть предусмотрена функция ограничения потребляемого тока на его входе в диапазоне от 3 % до 100 %.

При выборе типа и емкости накопительных элементов необходимо учитывать, что существующие модификации аккумуляторных батарей имеют ограниченное количество циклов заряда-разряда. Также необходимо учитывать то, что при различных условиях эксплуатации номинальная емкость аккумуляторных батарей к концу службы может значительно уменьшиться, в большинстве случаев на 20-30 %. Поэтому, необходимо выбирать аккумуляторные батареи на длительное время автономной работы без сети.

Для наиболее чувствительных к перерывам электроснабжения потребителей противоаварийной автоматики и управления линейных объектов транспорта нефти и газа особое значение имеет время ввода резерва от централизованной энергосистемы к автономному источнику. Минимальное время ввода резерва обеспечивают современные тиристорные устройства ввода резерва (ТАВР).

В качестве комбинированной автономной электрической станции наиболее целесообразно использовать микрогазотурбинные установки, работающие на природном или попутном нефтяном газе. Электрическая станция должна быть оборудована устройством подзаряда стартерной аккумуляторной батареи, работающим в автоматическом режиме. Причем емкость такой батареи, предназначенной для пуска электростанции, должна обеспечивать не менее шести пусков без подзаряда. Электростанция должна допускать длительную работу с нагрузкой 25 % от номинальной, и работу в течение не менее 1 ч с нагрузкой менее 25 % от номинальной.

Система управления установкой резервного электроснабжения должна обеспечивать выполнение следующих основных функций:

- при отключении основного источника питания система резервного электроснабжения должна обеспечить автоматический переход на питание от аккумуляторных батарей;

- электростанция в составе системы резервного электроснабжения предназначена для обеспечения заряда аккумуляторных батарей при отключении питающей линии и питания нагрузок собственных нужд ( обордование связи, телемеханики, охранной сигнализации, пожаротушения, освещения, отопления и кондицтонироваания);

- сигнал на запуск электростанции должен выдаваться при снижении емкости аккумуляторных батарей до уровня, обеспечивающего только двукратный цикл открытия или закрытия технологических задвижек трубопроводов;

- электростанция должна автоматически отключаться по факту заряда аккумуляторных батарей до номинальной емкости и/или при восстановлении энергосбережения от основного источника.

Научная новизна. Локальная система резервного электроснабжения на основе распределенной генерации с использованием альтернативных и возобновляемых источников, источников бесперебойного питания и накопительных элементов на основе суперконденсаторов.

Выводы. Выявлена рациональная структура системы резервного электроснабжения для ответственных потребителей миенрально-сырьевого комплекса. Определены основные требования к компонентному составу системы резервного электроснабжения, позволяющие обеспечить гарантированное и бесперебойное энергообеспечение ответственных потребителей минерально-сырьевого комплекса.

Библиографический список:

1. Быстрицкий Г.Ф. Установки автономного и резервного электроснабжения. Промышленная энергетика. М., 2008, №2, с.13-23.
2. Абрамович Б.Н., Устинов Д.А., Сычев Ю.А., Плотников И.Г. Динамическая устойчивость электромеханических комплексов с синхронными и асинхронными двигателями на предприятиях нефтедобычи. Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2011. №3. С.17-25.
3. Абрамович Б.Н., Сычев Ю.А., Моренов В.А. Комбинированная энергетическая установка для энергосбережения горных предприятий. Горное оборудование и электромеханика. 2016, №4(122). С.36-41.
4. Абрамович Б.Н., Полищук В.В., Сычев Ю.А. Система контроля и повышения качества электрической энергии в сетях предприятий минерально-сырьевого комплекса. Горное оборудование и электромеханика. 2009, №9. С. 42–47.
5. Бельский А.А., Жданкин Е.В. Технология интенсификации добычи высоковязкой нефти с применением автономных ветроэлектрических установок. Естественные и технические науки. 2015, №4 (82). С. 150–151.
6. Belsky A.A, Dobush V.S., Ivanchenko D.I. Wind-PV-Diesel hybrid system with flexible dc-bus voltage level. 9th International: 2014 Electric Power Quality and Supply Reliability Conference, PQ 2014. Proceedings 2014. pp. 181–184. DOI:10.1109/PQ.2014.6866806




Комментарии пользователей:

2.06.2017, 13:53 Голик Феликс Валентинович
Отзыв: 1). Если в заголовке статьи есть слово "эффективность", то в тексте полезно написать, каким показателем оценивается эффективность и сравнить показатели Вашей системы и прототипа. 2). Для наглядности изложения полезно привести структурную схему системы.


Оставить комментарий


 
 

Вверх