Разделы: Электроника
Размещена 02.06.2017. Последняя правка: 01.06.2017.
Просмотров - 1907

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

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.

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