УСТРОЙСТВО РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ КРАНОВЫХ УЗЛОВ ОБЪЕКТОВ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Полезная модель относится к области электрооборудования систем надежного питания, в частности, к устройствам автономного резервного электроснабжения крановых узлов объектов трубопроводного транспорта на базе дизель-генераторов, и предназначена для применения на объектах трубопроводного транспорта (газо- и нефтепроводах) с крановыми узлами - пунктами управления запорной арматурой, призванной секционировать (перекрывать) трубопровод при необходимости, либо производить изменение схемы транспортирования продукта по системам труб.
Из уровня техники известно устройство электроснабжения, включающее множество узлов электропитания и объединитель для сцепления, передающий широкополосной сигнал к электропитанию. В каждом узле, линия распределения поставляет услуги радиопередачи и мощность в потребительский участок. Электропитание включает источник батареи, ректификатор, фильтр, преобразователь, и генератор, чтобы предоставить вторичному источнику мощности постоянный ток. Различные элементы электропитания являются изолированными диодами и связаны через шину, таким образом, что мощность поддерживается даже в случае отказа одного или более элементов электропитания. Электропитание далее включает множество преобразователей, каждый из которых поставляет мощность линии распределения (WO 98/08288, 26.02.1998).
Однако данное устройство не предназначено для электроснабжения потребителей объектов трубопроводного транспорта, а также имеет сложную конструкции и малую надежность.
Известно массовое применение на объектах трубопроводного транспорта (газо- и нефтепроводах) крановых узлов - пунктов управления запорной арматурой, призванной секционировать (перекрывать) трубопровод при необходимости, либо производить изменение схемы транспортирования продукта по системам труб. Одной из составных частей крановых узлов, помимо установленной запорной арматуры с электроприводами, являются блок-контейнеры с установленными в них системами электроснабжения (как правило, подстанции 6(10)/0,4 кВ), панелями питания и управления электроприводами запорной арматуры, шкафами телеметрической аппаратуры и системами связи. Учитывая ненадежность электроснабжения данных объектов по линиям 6(10) кВ, их удаленность и малодоступность, блок-контейнеры снабжают системами резервного электроснабжения, состоящими из дизель-генератора (с запасом топлива на ~3 суток) и системы автоматического включения резерва (АВР).
Учитывая вышеизложенное, ясны сложности обеспечения резервного электроснабжения данных устройств:
- значительные пусковые токи асинхронных двигателей запорной арматуры в момент их пуска (кратковремнные пиковые нагрузки) - что приводит к необходимости завышения установленной мощности автономного генератора переменного тока;
- крайне низкие электрические нагрузки блок-контейнера в режиме ожидания (работа запорной арматуры кратковременна и редка, а потребление энергии постоянно работающими системами телеметрии и связи весьма незначительно) - что является крайне неблагоприятным для автономного генератора переменного тока, поскольку, например, дизель-генераторы неустойчивы при работе на малые нагрузки, имеют повышенный износ и несоразмерное нагрузке потребление топлива.
Известные и практически применяемые устройства резервного автономного электроснабжения потребителей объектов трубопроводного транспорта, предусматривают непосредственное подключение автономного генератора переменного тока к устройствам электроснабжения потребителей через устройства АВР.
Известно блочно-комплектное устройство электроснабжения, 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, а во втором резервный. Напряжение от основного и резервного источника электроснабжения подается на коммутирующее устройство, выполненное с возможностью подачи на свой выход напряжения от основного или резервного источника электроэнергии в зависимости от наличия и качества напряжения основного источника электроснабжения. В первом варианте основной и резервный источники электроэнергии выполнены в виде дизель-генераторов (ДГ), во втором - в виде комплектной трансформаторной подстанции (КТП) и ДГ, в третьем - в виде микротурбинной установки (МТУ) и ДГ, в четвертом - в виде двух КТП, в пятом - в виде КТП и МТУ, в шестом - в виде двух МТУ (RU 68800, 27.11.2007).
Известно блочно-комплектное устройство электроснабжения, содержащее блок-бокс, внутреннее пространство которого разделено перегородками по крайней мере на два отсека, снабженные отдельными входами; основной и резервный источники электроснабжения (ИЭ): коммутирующее устройство, на которое подается напряжение от основного и резервного НЭ, и которое выполнено с возможностью подачи на свой выход напряжения от основного или резервного ИЭ в зависимости от наличия и качества напряжения основного ИЭ (RU 89784, 10.12.2009).
Недостатками данных устройств являются:
- перерыв в электроснабжении на время запуска автономного генератора (до 20-30 с.);
- завышение мощности автономного генератора для покрытия пиковых нагрузок потребителей;
- техническая сложность и экономическая нецелесообразность работы автономного генератора при минимальной нагрузке потребителей (например, после завершения работы электродвигателей арматуры крановых узлов газо- и нефтепроводов);
- необходимость значительного запаса топлива для обеспечения постоянной работы автономного генератора в течение нормируемого времени при потере сетевого питания;
- невозможность исполнения потребителями своих минимальных функций при неуспешном запуске автономного генератора.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании устройства резервного электроснабжения потребителей крановых узлов объектов трубопроводного транспорта с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками и надежности электроснабжения потребителей объектов трубопроводного транспорта.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в:
- отсутствии перерыва питания потребителей на время запуска и набора мощности автономного генератора при исчезновении сетевого питания;
- снижении установленной мощности автономного генератора за счет добавления энергии от накопителя энергии при пиковых нагрузках;
- увеличении времени электроснабжения потребителей от автономного генератора при потере сетевого питания на нормируемом запасе топлива (либо уменьшение нормируемого запаса топлива) за счет снижения установленной мощности автономного генератора и оптимизации режима его работы;
- возможности выполнения минимально необходимых функции потребителей устройства при неуспешном запуске автономного генератора за счет энергии накопителя;
- повышении надежности электроснабжения потребителей объектов трубопроводного транспорта.
Указанный технический результат достигается в устройстве резервного электроснабжения потребителей крановых узлов объектов трубопроводного транспорта, состоящем из обратимого гибридного инверторного преобразователя, выполненного с возможностью получения в нормальном режиме работы питания от системы нормального (основного) электроснабжения, а в автономном режиме работы от одно или трехфазного генератора переменного тока и/или накопителя энергии.
Одно или трехфазный генератор переменного тока представляет собой или бензиновый генератор, или газовый генератор, или дизель-генератор.
Накопитель энергии представляет собой аккумуляторную батарею или ионистор.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором отображена принципиальная блок-схема устройства резервного электроснабжения потребителей крановых узлов объектов трубопроводного транспорта.
Принятые обозначения:
1 - обратимый гибридный инверторный преобразователь;
2 - одно или трехфазного генератора переменного тока;
3 - питание (ввод) от системы нормального (основного) электроснабжения (380/220 В переменного тока);
4 - панель электроснабжения потребителей (кранного узла);
5 - накопителя энергии.
Устройство резервного электроснабжения потребителей крановых узлов объектов трубопроводного транспорта состоит из трех элементов:
- одно или трехфазного генератора переменного тока (бензиновый, газовый или дизель-генератор);
- накопителя энергии (аккумуляторная батарея или ионистор);
- обратимого гибридного инверторного преобразователя.
Первый вход обратимого гибридного инверторного преобразователя соединен с системой основного электроснабжения, второй - с одно- или трехфазным генератором переменного тока, а третий - с накопителем энергии.
В нормальном режиме работы потребители крановых узлов объектов трубопроводного транспорта получают питание от систем нормального электроснабжения - одно или трехфазного источника переменного тока (линии электроснабжения напряжением 380/220 В или электроподстанции 10(6)/0,4 кВ). При этом питание к потребителям от системы нормального электроснабжения подается через одну из двух входящих линий переменного тока обратимого гибридного инверторного преобразователя. Ко второй входящей линии переменного тока обратимого гибридного инверторного преобразователя подключается одно- или трехфазный генератор переменного тока (резервный/автономный генератор переменного тока), что позволяет использовать обратимый гибридный инверторный преобразователь в качестве устройства АВР (автоматического включения резерва).
К третьему входу постоянного тока обратимого гибридного инверторного преобразователя подключен накопитель энергии.
Питание потребителей в нормальном режиме работы объектов трубопроводного транспорта осуществляется с выхода переменного одно или трехфазного (в зависимости от исполнения) переменного тока напряжением 380/220 В. Технически проработан на настоящий момент источник номинальной мощностью 24 кВт однофазной нагрузки или 18 кВт трехфазной нагрузки с возможностью кратковременного (до 15 с) удвоения мощности в период пиковых нагрузок.
При исчезновении питания от внешней сети переменного тока происходит автоматическое включение резервного питания - запуск одно- или трехфазного генератора переменного тока. На время запуска одно- или трехфазного генератора переменного тока, до момента технической возможности приема им нагрузки, электроснабжение потребителей осуществляется через обратимый гибридный инверторный преобразователь (инвертор) от накопителя энергии.
При питании потребителей от одно- или трехфазного генератора переменного тока происходит добавления энергии от накопителя энергии при пиковых нагрузках, увеличивая лимит мощности потребления.
При питании потребителей от одно- или трехфазного генератора переменного тока, в случае, если величина нагрузки меньше технически оправданной минимальной загрузки одно- или трехфазного генератора переменного тока происходит автоматический останов последнего с переходом на питание от накопителя энергии. В этом случае обеспечивается периодический автоматический запуск/останов одно- или трехфазного генератора переменного тока для подзарядки накопителя энергии.
Заявленная полезная модель применима для реализации как на вновь сооружаемых объектах, так и при реконструкции и техническом перевооружении действующих и существенно улучшает технико-экономические характеристики использования одно- или трехфазных генераторов переменного тока, позволяет снизить их установленную мощность, увеличить надежность и время работы на запасе топлива.