КОМПЛЕКСНОЕ БЛОЧНО-КОМПЛЕКТНОЕ УСТРОЙСТВО ПУНКТА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ КРАНОВОГО УЗЛА МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА

Полезная модель относится к области электроэнергетике, в частности, к комплексному блочно-комплектному устройству пункта контроля и управления кранового узла магистрального газопровода с автономной и резервной системами электроснабжения линейных потребителей (БКУ ПКУ), и предназначена для применения на объектах магистрального газопровода (МГ) с крановыми узлами и размещения автономного источника электроснабжения, высоковольтного питающего оборудования, инженерного оборудования систем энергообеспечения, телемеханики, связи, резервной электростанции с системой топливоснабжения, оборудования управления запорно-регулирующей арматурой, оборудования электрохимической защиты и др.
Из уровня техники известен магистральный газопровод, содержащий линейную часть с расположенными по ходу транспорта газа компрессорными станциями, включающими газоперекачивающие агрегаты с газотурбинными приводами центробежных нагнетателей и трубопроводы, а также трубопроводы отбора газа с установленными на них газораспределительными станциями, включающими дросселирующие устройств и устройства подогрева газа, при этом компрессорные и газораспределительные станции дополнительно снабжены электрогенераторами, связанными с внешней высоковольтной электрической сетью и устройствами утилизации вторичных энергетических ресурсов, содержащими турбоприводы и теплообменники-утилизаторы тепла. В качестве турбоприводов электрогенераторов, установленных на компрессорных станциях, могут быть использованы теплоутилизационные турбины с конденсаторами использующие в качестве рабочего тела нормальный пентан или изопентан. В качестве устройств утилизации вторичных энергетических ресурсов могут быть использованы турбодетандеры (RU 115023, 20.04.2012).
Известно устройство резервного электроснабжения потребителей крановых узлов объектов трубопроводного транспорта, состоящее из обратимого гибридного инверторного преобразователя, выполненного с возможностью получения в нормальном режиме работы питания от системы нормального электроснабжения, а в автономном режиме работы от одно или трехфазного генератора переменного тока и/или накопителя энергии (RU 117048, 10.06.2012).
Известен блок-контейнер электроснабжения содержит основной и резервный источники электроснабжения, выполненные в виде микротурбинных установок, контейнер, внутреннее пространство которого разделено перегородкой на два отсека, снабженных отдельными входами, при этом в первом отсеке установлен основной источник электроснабжения. Он снабжен дополнительным контейнером, внутреннее пространство которого разделено перегородкой на два отсека, снабженных отдельными входами, при этом в первом отсеке установлен резервный источник электроснабжения, шкаф собственных нужд, шкаф аккумуляторных батарей, входные жалюзи с приводом, электронагревательные панели и вытяжные вентиляторы, а во втором - низковольтном отсеке - установлен шкаф управления с кабельными вводами для автоматики и питания собственных нужд, причем в первом отсеке основного контейнера дополнительно установлен шкаф собственных нужд, шкаф аккумуляторных батарей, входные жалюзи с приводом, электронагревательные панели и вытяжные вентиляторы, а во втором высоковольтном отсеке основного контейнера размещен высоковольтный трансформатор, щит высоковольтного оборудования и кабельный высоковольтный ввод (RU 87298, 27.09.2009).
Известно блочно-комплектное устройство электроснабжения (БКЭС), содержащее блок-бокс, основной и резервный источники электроснабжения, внутреннее пространство блок-бокса разделено перегородками по крайней мере на два отсека, снабженные отдельными входами, в первом отсеке размещен основной источник электроснабжения, выполненный в виде дизель-генератора, а во втором отсеке размещен резервный источник электроснабжения, выполненный в виде дизель-генератора, при этом БКЭС также содержит коммутирующее устройство, на которое подается напряжение от основного и резервного источника электроснабжения, и которое выполнено с возможностью подачи на свой выход напряжения от основного или резервного источника электроэнергии в зависимости от наличия и качества напряжения основного источника электроснабжения (RU 68800, 27.11.2007).
Недостатком указанных выше технических решения является то, что они содержат те или иные составляющие фрагментарно, что приводит к увеличению капитальных затрат на сооружение, трудозатрат при монтаже оборудования.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании комплексного блочно-комплектного устройства пункта контроля и управления кранового узла магистрального газопровода с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками и надежности электроснабжения потребителей объектов трубопроводного транспорта - МГ.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в сокращении капитальных затрат на сооружение линейной части МГ за счет отсутствия связи с внешними сетями электроснабжения, снижении себестоимости транспортировки газа по МГ за счет отсутствия потребления электроэнергии из внешней сети, повышении надежности электроснабжения ЛП МГ.
Указанный технический результат достигается в комплексном блочно-комплектном устройстве пункта контроля и управления кранового узла магистрального газопровода (БКУ ПКУ), представляющем собой единый блок, в отсеках размещены:
система ввода и подготовки газа магистрального газопровода для использования в основном источнике автономного электроснабжения, основной источник автономного электроснабжения, устройство резервного электроснабжения,
высоковольтный отсек с ячейкой повышающего трансформатора и высоковольтными ячейками отходящих воздушных (ВЛ) или кабельными линий (КЛ), устройствами высоковольтных выводов ВЛ для электроснабжения устройств электрохимзащиты (ЭХЗ), питающихся от ВЛ или КЛ, расположенных вдоль магистрального газопровода и примыкающих к крановому узлу,
электротехническое оборудование для контроля и управления потребителями кранового узла, а также средства телеметрии и связи.
БКУ ПКУ дополнительно в одном из отсеков содержит комплект оборудования ЭХЗ газопровода для защиты участка газопровода с собственной системой телеметрии.
Основной источник автономного электроснабжения представляет собой микротурбину, или газопоршневой генератор, или агрегат, преобразующий энергию сжигания газа в электрическую.
Устройство резервного электроснабжения состоит из обратимого гибридного инверторного преобразователя, первый вход которого соединен с сетью переменного тока основного источника питания, второй - с одно- или трехфазным генератором переменного тока (например, или бензиновый генератор, или газовый генератор, или дизель-генератор), а третий - с накопителем энергии, представляющим собой ионистор или аккумуляторную батарею, при этом обратимый гибридный инверторный преобразователь выполнен с возможностью получения питания в автономном режиме работы от одно- или трехфазного генератора переменного тока и/или накопителя энергии, причем обратимый гибридный инверторный преобразователь связан для подачи питания с потребителями кранового узла объектов трубопроводного транспорта.
Повышающий трансформатор имеет напряжение 0,4/6-10 кВ.
Воздушные линии или кабельные линии выполнены для напряжения 6-10 кВ.
Описанное выше БКУ ПКУ отличается от имеющихся технических решений тем, что представляет собой комплексное изделие, объединяющее в себе систему подачи и подготовки газа, источники основного и резервного электроснабжения, оборудование управления технологическим оборудованием кранового узла, технологическое оборудование ЭХЗ, а также оборудование для обеспечения электроснабжения устройств ЭХЗ, расположенных вдоль МГ и примыкающих к данному крановому узлу.
Применение такого БКУ ПКУ позволяет объединить в одном блок контейнере высокой заводской готовности различные устройства, размещаемые в настоящее время раздельно, что ведет к сокращению капитальных затрат на сооружение, а применение технологий автономного и резервного электроснабжения позволяет отказаться от необходимости подключения данного устройства и сопредельных устройств ЭХЗ к районным электрическим сетям, обеспечивая высокую надежность и экономичность электроснабжения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 отображен общий вид БКУ ПКУ; на фиг. 2 - вид в разрезе БКУ ПКУ; на фиг. 3 - вид А по фиг. 1; на фиг. 4 - вид Б по фиг. 2; на фиг. 5 - схема устройства резервного электроснабжения по патенту RU 117048.
Принятые обозначения:
1 Щит силовой
2 Ящик собственных нужд (габариты 800×450×300 см.)
3 Ящик с разделительным трансформатором
4 Шкаф распределительный
5 Электрорадиатор ЭРМПБ-2,0 кВт 220 В
6 Светильник светодиодный СПО-36/100 36 Вт
7 Светильник светодиодный УСВХ-15
8 Светильник аварийного освещения
9 Сборка газового оборудования
10 Извещатель пожарный
11 Извещатель охранный магнитно-контактный
12 Прибор приемно-контрольный охранно-пожарный
13 Бак топливный
14 Извещатель пожарный ручной
15 Балон газового пожаротушения
16 Щит управления газового пожаротушения
17 Прибор приемно-контрольный охранно-пожарный
18 Гибридный инвертор/зар. устройство
19 Генератор дизельный
20 Аккумуляторные батареи
21 Клапан противопожарный
22 Устройство вывода высокого напряжения с трансформатором 0,4/6 кВ
23 Портал воздушного вывода
24 Шкаф ЭХЗ
25 Микротурбина
26 Подогреватель воздуха дизельный
27 Щит управления дизель-генератором (ДГ)
28 Выхлопная труба
29 Клапан воздушный утепленный с гидромеханическим приводом совмещенный с противопожарным
30 Клапан воздушный совмещенный с противопожарным
31 Обратимый гибридный инверторный преобразователь
32 Дизель-генератор переменного тока
33 Ввод (питание) от газогенератора нормального электроснабжения (380/220 В, переменного тока (например, микротурбинного агрегата)
34 Панель электроснабжения потребителей (кранового узла, станции ЭХЗ, тр-ра 0,4/6-10 кВ)
35 Накопитель энергии (аккумуляторная батарея или ионистор)
36 Выхлоп (клапан)
БКУ ПКУ кранового узла магистрального газопровода с автономной и резервной системами электроснабжения линейных потребителей (ЛП) газопровода содержит в своем составе:
- систему ввода и подготовки газа МГ для использования в основном источнике автономного электроснабжения;
- основной источник автономного электроснабжения (микротурбина, газопоршневой генератор или иной агрегат, преобразующий энергию сжигания газа в электрическую);
- устройство резервного электроснабжения, выполненное на основе патента RU 117048;
- высоковольтный отсек с ячейкой повышающего (0,4/6-10 кВ) трансформатора и высоковольтными ячейками отходящих воздушных (ВЛ) или кабельными линий (КЛ) 6-10 кВ, устройствами высоковольтных выводов ВЛ для электроснабжения устройств ЭХЗ, питающихся от вышеназванных ВЛ (КЛ), расположенных вдоль МГ и примыкающих к данному крановому узлу;
- электротехническое оборудование для контроля и управления потребителями кранового узла, а также средства телеметрии и связи;
- в составе блок контейнера ПКУ также может находиться комплект оборудования электрохимзащиты газопровода (ЭХЗ) для защиты данного участка газопровода с собственной системой телеметрии.
1. Настоящий БКУ ПКУ рассчитан на применение на участках газопроводов, оборудованных пневматическими шаровыми кранами крановых узлов (с обустроенным технологическим отбором газа из магистрали) или имеющих специальный отбор газа для энергоснабжения ЛП.
2. Настоящее предложение рассчитано на применение на участках газопроводов, не имеющих экономически и технически целесообразных решений по подключению к сетевым источникам электроснабжения.
3. Настоящее предложение предусматривает генерацию питающего напряжения 0,4 кВ на базе БКУ ПКУ кранового узла (или на точке отбора газа МГ), использование его для нужд потребителей кранового узла и станции ЭХЗ, а также его повышение до 6-10 кВ и передачу на близлежащие устройства линейных потребителей (станции ЭХЗ).
4. В качестве основного источника электроснабжения применен газогенератор (микротурбина, газопоршневой генератор или иной агрегат, преобразующий энергию сжигания газа в электрическую). Входное давление топливного газа агрегата - до 52 атм. Редуцирование топливного газа может осуществляться как за пределами комплексного БКУ ПКУ, так и в отдельном отсеке подготовки топливного газа БКУ ПКУ, либо в отсеке газогенератора.
5. Для организации системы основного и резервного электроснабжения потребителей применена схема запатентованного (патент RU 1170488) устройства резервного электроснабжения крановых узлов, которая обеспечивает:
- нормируемое качество электроэнергии во всех режимах работы;
- надежность электроснабжения на уровне особой группы первой категории;
- резервирование потери основного питания (от газогенератора) на время 3-7 и более суток (определяется запасом дизтоплива);
- сглаживание резкопеременных нагрузок на газогенераторе.
Для автоматического резервирования питания, покрытия колебаний нагрузки служит ионистор или аккумуляторная батарея (АБ), работающая в режиме постоянного подзаряда. Для заряда батареи при отключении основного источника питания и снижении ее емкости до заданной уставки служит дизель-генератор (ДГ, однофазный, на каждую фазу свой. Применение однофазных генераторов обусловлено несбалансированностью нагрузок по фазам.). При полном заряде АБ ДГ автоматически останавливается и этот цикл (разряд-заряд) повторяется снова. Электротехническое оборудование и ДГ размещаются в отдельных отсеках.
6. В составе БКУ ПКУ также может находиться и комплект оборудования ЭХЗ для защиты данного участка газопровода. Оборудование ЭХЗ может размещаться как в отдельном, так и в общем электротехническом отсеке.
7. Для электроснабжения других (сопредельных, расположенных на примыкающих участках МГ) линейных потребителей (ЛП) - станций ЭХЗ - в составе ПКУ имеется высоковольтный отсек с ячейкой повышающего (0,4/6-10 кВ) трансформатора и высоковольтными ячейками отходящих воздушных (ВЛ) или кабельных линий (КЛ) 6-10 кВ. Количество питаемых сопредельных устройств определяет мощность газогенератора.
8. Для электроснабжения устройств ЭХЗ, питающихся от вышеназванных ВЛ применяются блок-контейнеры также снабженные описанной системой резервного электроснабжения, что обеспечивает надежность не ниже 1 категории. ДГ (2,5-6 кВт, однофазный) при этом может располагаться как в отдельном отсеке, так и навесном утепленном модуле.
9. Описанная система полностью автоматизирована, телемеханизирована и требует минимального периодического обслуживания. БКУ ПКУ оснащен всеми необходимыми системами - освещения, отопления, вентиляции, пожаротушения и т.д.
10. Компоновочные решения БКУ ПКУ проработаны. Вся система построена на серийно выпускаемом оборудовании.
11. Сопредельные (по расположению на газопроводе) комплексные БКУ ПКУ могут взаиморезервировать друг друга путем присоединения крайних устройств ЭХЗ через перемычку (воздушную или кабельную линию 6-10 кВ) подключаемую к распределительному устройству (КРУ), оборудованному системой автоматического включения резерва (АВР). Схема такого резервирования представлена на рис.4. При исчезновении напряжения на ВЛ (КЛ) 6-10 кВ одного устройства срабатывает АВР КРУ и напряжение подается с соседней линии встречно.
Описание работы БКУ ПКУ.
Подача газа от МГ осуществляется и взаиморезервируется от двух участков МГ, разделенных шаровым краном. Так, что при выходе из строя одного из участков и срабатывании шарового крана подача газа будет осуществляться от исправного участка.
Газ МГ редуцируется до давления требуемого газогенератом. Редуцирование и подготовка топливного газа может осуществляться как за пределами комплексного ПКУ, так и в отсеке газогенератора или отдельном отсеке подготовки топливного газа ПКУ. Например, при применении микротурбины газ редуцируется до 52 атм.
В газогенераторе происходит преобразование энергии сжигания газа в электрическую энергию либо с использованием электрогенератора (микротурбина, газопоршневой генератор), либо непосредственным преобразованием термокатолическими методами. Поскольку подобные генераторы, как правило, предназначены для работы в режимах постоянных либо плавно изменяющихся нагрузок для демпфирования резкоизменяющихся нагрузок, а также для резервирования электроснабжения потребителей применена схема запатентованного (патент RU 1170488) устройства резервного электроснабжения крановых узлов.
Для резервирования электроснабжения при выходе из строя газогенератора используются ионисторы или аккумуляторные батареи, а для их подзарядки (по достижения заданной уставки снижения емкости) однофазные дизель-генераторы (однофазные - поскольку нагрузки данного узла не равномерны по фазам и каждый из генераторов отслеживает график нагрузки своей фазы). (Описание работы схемы см. патент RU 1170488).
Описанные устройства обеспечивают электроснабжение не только потребителей кранового узла, но и комплекс оборудования электрохимзащиты примыкающих к крановому узлу участков МГ.
Для снижения капитальных затрат на сооружение МГ комплекс оборудования ЭХЗ, защищающего непосредственно крановый узел может располагаться в общем электротехническом либо отдельном отсеке БКУ ПКУ (в отдельном отсеке - поскольку обслуживается персоналом разных служб. В настоящее время этот узел (станция ЭХЗ) представляет собой отдельностоящее устройство со своей системой электроснабжения. Поскольку крановые узлы расположены на расстояниях 20-50 км по ходу газа, а станции ЭХЗ защищают участки 2-5 км, на участках газопроводов, не имеющих экономически и технически целесообразных решений по подключению к сетевым источникам электроснабжения, питание этих станций ЭХЗ может осуществляться от БКУ ПКУ. Поскольку с учетом указанных расстояний передача электроэнергии может осуществляться на напряжении не ниже 6-10 кВ в составе БКУ ПКУ предусмотрен высоковольтный отсек с ячейкой повышающего (0,4/6-10 кВ) трансформатора и высоковольтными ячейками отходящих воздушных (ВЛ) или кабельных линий (КЛ) 6-10 кВ, устройствами высоковольтных выводов для ВЛ или герметичными кабельными проходками для КЛ.
Новизна предлагаемого БКУ ПКУ по сравнению с известными техническими решениями заключается в следующем:
1. В одном БКУ ПКУ объединены как устройства электроснабжения (автономного и резервного), так и потребители электроэнергии (кранового узла и станции ЭХЗ).
2. В одном БКУ ПКУ объединены технологические устройства разного назначения - устройства контроля и управления оборудования кранового узла и станция ЭХЗ.
3. В одном БКУ ПКУ объединены как источники электрической энергии (автономные и резервные), так и устройства трансформации (повышения напряжения) и передачи электроэнергии для снабжения сопредельных по МГ станций ЭХЗ.
4. Применение схемы резервного электроснабжения (патент RU 1170488) позволяет стабилизировать работу газогенератора на переменной внешней нагрузке и обеспечить резервирование электропитания с надежностью не ниже первой категории (по ПУЭ) на длительный срок с оптимальным режимом работы резервных дизель генераторов и расходование резервного дизтоплива.
Предлагаемое техническое решение по сравнению с существующими имеет следующие преимущества: снижаются трудозатраты при монтаже оборудования и капитальные затраты на сооружение за счет объединения в одном БКУ ПКУ высокой заводской готовности различных устройств, при этом применение технологий автономного и резервного электроснабжения позволяет отказаться от необходимости подключения данного устройства и сопредельных устройств ЭХЗ к районным электрическим сетям, обеспечивая высокую надежность и экономичность электроснабжения.