БЛОЧНО-КОМПЛЕКТНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Область применения.
Полезная модель относится к электроэнергетике, а именно к электротехническим устройствам бесперебойного электроснабжения полной заводской готовности для обеспечения электроэнергией потребителей преимущественно вдоль линий  магистральных газопроводов (МГ), таких как системы электрохимической защиты (ЭХЗ), пункты контроля и управления крановыми узлами МГ, системы телемеханики и связи (ТМ и С), а также других линейных потребителей от основного или резервного источников питания в труднодоступных местах.
Уровень техники.
Известно блочно-комплектное устройство электроснабжения (БКЭС) по патенту на полезную модель №68800, вариант 2 [1], которое содержит утепленный блок-контейнер, внутреннее пространство которого разделено перегородками на отсеки, снабженные отдельными входами; основной и резервный источники электроснабжения (ИЭ), при этом в первом отсеке размещен основной источник электроснабжения, выполненный в виде комплектной трансформаторной подстанции, а во втором отсеке размещен резервный источник электроснабжения, выполненный в виде дизель-генератора. Внутреннее пространство блок-контейнера согласно полезной модели допустимо разделять перегородками на три или четыре отсека. При этом третий отсек содержит N станций катодной защиты, или М устройств автоматики газотранспортного оборудования, или Q устройств электропитания оборудования автоматики, телемеханики и связи. Четвертый отсек - ремонтный. При этом БКЭС также содержит коммутирующее устройство, на вход которого подается напряжение от основного и резервного источников 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. Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является сокращение трудозатрат при производстве монтажных и пусконаладочных работ в месте установки, материалоемкости устройств, обеспечивающих бесперебойное электроснабжение потребителей.
Известен блок-контейнер электроснабжения по патенту на полезную модель №87298 [2], содержащий 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. Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение мощности и надежности источника электроснабжения, комфортности и удобства обслуживания установки бесперебойного электроснабжения.
Известно комплексное блочно-комплектное устройство пункта контроля и управления кранового узла магистрального газопровода по патенту на полезную модель №155194 [3]. Полезная модель относится к БКУ ПКУ кранового узла МГ с автономной и резервной системами электроснабжения линейных потребителей, и направлена на сокращение капитальных затрат на сооружение линейной части МГ за счет отсутствия связи с внешними сетями электроснабжения, снижение себестоимости транспортировки газа по МГ за счет отсутствия потребления электроэнергии из внешней сети, повышение 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.
Известна мобильная трансформаторная комплектная подстанция 35 кВ по патенту на полезную модель №145918 [4], технический результат которой заключается в удобстве обслуживания и размещения, повышении надежности электроснабжения. В мобильной трансформаторной комплектной подстанции, содержащей силовой трансформатор, комплектное устройство высшего напряжения и установленное в закрытом блок-контейнере комплектное устройство низкого напряжения, подсоединенное с помощью кабельных перемычек к силовому трансформатору, подключенному к высоковольтной линии через комплектное устройство высшего напряжения, снабженное вводным разъединителем для подачи напряжения на трансформатор, комплектное распределительное устройство высшего напряжения и силовой трансформатор, также установлены в закрытых блок-контейнерах, причем блок-контейнеры выполнены утепленными, при этом блок-контейнер с комплектным распределительным устройством высшего напряжения состоит из двух отсеков, в одном из которых размещено оборудование высокого напряжения, а именно высоковольтный выключатель, снабженный электрическим приводом и подключенный к воздушной линии через установленные снаружи этого блок-контейнера проходные изоляторы и разъединитель, измерительные трансформаторы тока, измерительные трансформаторы напряжения, подключенные к высоковольтному выключателю, а в отсеке управления установлены устройства противоаварийной автоматики, выполненные на базе микропроцессорных терминалов, устройства управления собственными нуждами блок-контейнера и устройство гарантированного питания с аккумуляторами, а блок-контейнер с комплектным распределительным устройством низкого напряжения представляющим собой совокупность электрических высоковольтных шкафов, электрически связанных между собой, имеющие коммутационные аппараты, измерительные трансформаторы тока и напряжения, трансформатор собственных нужд, микропроцессорную терминалы защиты, снабжен люками в стене с герметичными сальниковыми вводами для подключения внешних кабельных присоединений в стене блок-контейнера и разделен перегородкой на два отсека, в одном из которых установлен щит управления подстанцией, а в другом комплектное распределительное устройство низкого напряжения.
Известное БКЭС [1] по совокупности  существенных признаков принято в качестве наиболее близкого аналога.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании блочно-комплектного устройства электроснабжения линейных потребителей на магистральных трубопроводах полной заводской готовности с улучшенными технико-экономическими показателями, обеспечивающего бесперебойное электроснабжение линейных потребителей на магистральных газопроводах в условиях низкой надежности внешнего электроснабжения (вдольтрассовых линий электропередачи).
Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение арсенала блочно-комплектных устройств электроснабжения, а именно создание  БКЭС, обеспечивающего бесперебойное электроснабжение линейных потребителей на магистральных газопроводах в условиях низкой надежности внешнего электроснабжения.
Сущность полезной модели.
Технический результат достигается тем, что блочно-комплектное устройство электроснабжения (БКЭС), представляющее собой единый блок, содержащий утепленный блок-контейнер, внутреннее пространство которого разделено на отсеки, снабженные отдельными входами; основной и резервный источники электроснабжения, при этом в одном отсеке размещен основной источник электроснабжения, выполненный в виде комплектной трансформаторной подстанции, а во втором отсеке размещен резервный источник электроснабжения, выполненный в виде дизель-генератора, при этом БКЭС также содержит коммутирующее устройство, на вход которого подается напряжение от основного и резервного источников электроснабжения,
при этом согласно полезной модели
комплектная трансформаторная подстанция (КТП) включает в себя высоковольтный трансформатор и устройство ввода высокого напряжения (УВН) с кабельным высоковольтным вводом,
в дополнительном отсеке установлены распределительное устройство низкого напряжения (РУНН), подсоединенное с помощью кабельных перемычек к силовому трансформатору КТП, а также устройство гарантированного питания с аккумуляторной батареей (АБ).
При этом источник резервного питания трехфазный дизель-генератор (ДГ) входит в состав резервного устройства электроснабжения, включающего в себя также многофазный преобразователь (МП), выполненный на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем (ТВП) и многофазного выпрямителя (МВ);
при этом выход коммутирующего устройства подключен к входу многофазного преобразователя устройства резервного электроснабжения;
при этом многофазный преобразователь по входу может подключаться к сети переменного тока основного источника электроснабжения через первый вход коммутирующего устройства или к резервному источнику ДГ через второй вход коммутирующего устройства, а своим выходом многофазный преобразователь соединен с секцией шин для заряда АБ и питания линейных потребителей.
При этом БКЭС в качестве основного источника питания дополнительно содержит фотоэлектрическую систему, содержащую солнечные модули и преобразователь постоянного напряжения СМ в постоянное напряжение, имеющий выход на сборную шину для заряда АБ и питания линейных потребителей.
При этом солнечные модули размещены снаружи блок-контейнера, на его крыше.
При этом солнечные модули выполнены в виде покрытия крыши блок-контейнера.
При этом БКЭС в качестве основного источника питания дополнительно содержит ветроэнергетическую установку с ветроагрегатом и преобразователем переменного напряжения ветроагрегата ВЭУ в постоянное напряжение, имеющим выход на сборную шину для заряда АБ и питания линейных потребителей.
При этом ветроагрегат размещен снаружи блок-контейнера на мачте.
При этом преобразователь постоянного напряжения СМ в постоянное напряжение может быть расположен как в собственном отсеке БКЭС, так и в отсеке для размещения РУНН, МП и АБ.
При этом преобразователь переменного напряжения ветроагрегата ВЭУ в постоянное напряжение может быть расположен как в собственном отсеке БКЭС, так и в отсеке для размещения РУНН, МП и АБ.
При этом БКЭС может содержать отсек, в котором установлено оборудование электрохимической защиты газопровода (ЭХЗ) или телемеханики, а также устройство управления собственными нуждами отсека (ЩСН).
При этом каждый отсек БКЭС оборудован устройством управления собственными нуждами (щитом собственных нужд ЩСН), а также системами рабочего, аварийного и ремонтного освещения, отопления и вентиляции, охранной и пожарной сигнализации и газового пожаротушения; комплектом кабелей для соединения отсеков.
При этом стены и кровля утепленного блок-контейнера БКЭС выполнены с использованием сэндвич-панелей в качестве самостоятельных ограждающих конструкций, с металлическими обшивками и утеплительным слоем, обладающим повышенными теплофизическими характеристиками, а для герметизации мест стыка строительных элементов использованы нащельники.
При этом отсеки блок-контейнера БКЭС могут быть выполнены в виде соединенных между собой модулей, причем  для герметизации мест стыка крыши, стен и основания модулей использованы нащельники.
Перечень фигур, иллюстрирующих заявленную полезную модель.
Фиг. 1 - общий вид БКЭС.
Фиг. 2 - вид А на фиг.1.
Фиг. 3 - БКЭС в разрезе по А-А на фиг.1.
Фиг. 4 - структурная электрическая схема соединений БКЭС.
Перечень позиций на чертежах.
1 - блок-контейнер БКЭС;
2 - основной источник электроснабжения;
3 - резервный источник  электроснабжения;
4 - отсек основного источника электроснабжения 2;
5 – отсек для размещения РУНН, МП и АБ;
6 - отсек  резервного источника электроснабжения 3;
7 - вход в отсек 4;
8 - вход в отсек 5;
9 - вход в отсек 6;
10 - силовой трансформатор;
11 - устройство высокого напряжения (УВН);
12 - распределительное устройство низкого напряжения (РУНН);
13 – высоковольтный кабельный ввод;
14 - устройство управления собственными нуждами отсека 5 (ЩСН);
15 - аккумуляторные батареи (АБ);
16 - топливная система ДГ 3;
17 - коммутирующее устройство;
18 - выход коммутирующего устройства;
19 - выхлопной патрубок;
20 - устройство управления собственными нуждами отсека 6 (ЩСН);
21 - шкаф пожарной сигнализации (ШПС);
22 - многофазный преобразователь;
23 - первый вход коммутирующего устройства 17;
24 - второй вход коммутирующего устройства 17;
25 - выход многофазного преобразователя 22;
26 - сборная шина электроснабжения линейных потребителей МГ;
27 - устройство резервного электроснабжения;
28 - отсек ЭХЗ или ТМ;
29 - вход в отсек 28;
30 - оборудование  ЭХЗ;
31 - оборудование ТМ;
32 - ЩСН отсека 28;
33 -  жалюзи с электроприводом;
34 – жалюзи вентиляционные;
35 - солнечный модуль (СМ);
36 - преобразователь постоянного напряжения СМ в постоянное напряжение;
37 - ветроэнергетическая установка (ВЭУ);
38 - преобразователь переменного напряжения ветроагрегата ВЭУ в постоянное напряжение;
39 - трансформатор с вращающимся магнитным полем (ТВП);
40 - многофазный выпрямитель (МВ);
41 - выход преобразователя 36 постоянного напряжения СМ в постоянное напряжение;
42 - выход к преобразователю 38 переменного напряжения ВЭУ в постоянное напряжение;
43 - преобразователь постоянного напряжения в постоянное;
44 - преобразователь постоянного напряжения в переменное.
Раскрытие полезной модели.
Блочно-комплектное устройство электроснабжения (БКЭС) (фиг.1, 2) представляет собой единый блок, состоящий из утепленного  блок-контейнера 1, в котором установлены  основной 2 и резервный 3 источники электроснабжения (фиг.3).
Стены и кровля утепленного блок-контейнера выполнены с использованием сэндвич-панелей в качестве самостоятельных ограждающих конструкций, с металлическими обшивками и утеплительным слоем, обладающим повышенными теплофизическими характеристиками, а для герметизации мест стыка строительных элементов использованы нащельники.
При необходимости отсеки могут быть выполнены в виде соединенных между собой модулей блок-контейнера.
Внутреннее пространство БКЭС разделено  на отсеки 4, 5, 6, снабженные отдельными входами 7, 8, 9. В отсеке 4 установлен основной источник электроснабжения - комплектная трансформаторная подстанция (КТП) 2, включающая в себя высоковольтный трансформатор 10, устройство высокого напряжения (УВН) 11 с высоковольтным кабельным вводом 43 (фиг.3, 4).
Основной источник электроснабжения (ИЭ) 2 представляет собой комплектную трансформаторную подстанцию КТП мощностью от 10 до 250 кВА, предназначенную для преобразования электроэнергии трехфазного переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 6(10) кВ в напряжение 0,4 кВ и распределения ее среди потребителей. В качестве основного источника питания может быть применена КТП производства ОАО «Электрощит» (г. Чехов, Московская обл.) или КТП с аналогичными характеристиками других производителей.
Линия высокого напряжения (ВЛ) подключена к входу КТП 2  через высоковольтный кабельный ввод 13 (Фиг.4). В отсеке 5 установлены распределительное устройство низкого напряжения (РУНН) 12 с устройствами противоаварийной автоматики и защиты от перегрузок, подсоединенное с помощью кабельных перемычек к силовому трансформатору 10, а также устройства 14 управления собственными нуждами отсека (ЩСН), такими как освещение, отопление, вентиляция.
В отсеке 5 установлены также многофазный преобразователь (МП) 22 и аккумуляторные батареи (АБ) 15, предназначенные для автоматического резервирования электроснабжения потребителей при выходе из строя основного и резервного источников питания.
Основной источник питания может дополнительно содержать фотоэлектрическую систему, содержащую солнечные модули (СМ) 35 и преобразователь 36 постоянного напряжения СМ в постоянное напряжение с выходом 41 на сборную шину 26 для питания линейных потребителей (электроприемников ЭП=24 В, ЭП=48 В и ЭП~ 220 В (фиг.4).
Основной источник питания может дополнительно содержать ветроэнергетическую установку (ВЭУ), содержащую ветроагрегат 37 и преобразователь 38 переменного напряжения ветроагрегата ВЭУ в постоянное напряжение, имеющий выход 42 на сборную шину 26 для питания линейных потребителей.
Солнечные модули 35 размещены снаружи блок-контейнера 1, например на крыше блок-контейнера. Солнечные модули 35 могут быть выполнены в виде покрытия крыши блок-контейнера 1.
Ветроагрегат 37 размещен снаружи блок-контейнера 1, преимущественно, на мачте.
Преобразователи 36 и 38 могут быть реализованы на базе контроллера КЭС PRO/DOMINATOR MPPT (изготовитель ООО «МикроАРТ», см. http://s.microart.ru/map).
Преобразователи 36 и 38 могут быть расположены как в собственных отсеках БКЭС, так и в отсеке 5 для размещения РУНН, МП и АБ.
БКЭС содержит устройство резервного электроснабжения 27 и коммутирующее устройство 17 (фиг. 4). На коммутирующее устройство 17 через входы 23, 24 подается напряжение соответственно от основного 2 и резервного 3 источников электропитания. Выход 18 коммутирующего устройства 17 подключен на вход многофазного преобразователя 22 устройства резервного электроснабжения 27.
Коммутирующее устройство 17 выполнено с возможностью подачи на свой выход 18 напряжения от основного 2 или резервного 3 источника питания, а также производит включение или отключение резервного источника питания 3 в зависимости от наличия и качества напряжения основного источника питания.
Многофазный преобразователь 22 выполнен  с возможностью подзарядки блока аккумуляторных батарей 15 от основного 2 или резервного 3 источников питания.
Устройство резервного электроснабжения 27 (фиг.4) состоит из резервного источника питания 3, мощностью 10 до 200 кВт, в качестве которого может быть использован практически любой ДГ, например, производства Концерна "Тракторные заводы" (КТЗ), ЯМЗ и других отечественных производителей.
Дизель-генератор 3 установлен в отсеке 6 резервного источника питания. В этом же отсеке установлены топливная система 16 с топливным баком и трубопроводом топливной подачи, щит собственных нужд (ЩСН) 20 отсека 6, шкаф пожарной сигнализации (ШПС) 21. Для удаления продуктов сгорания предусмотрен выхлопной патрубок 19 с глушителем, вынесенным на крышу блок-контейнера 1.
Резервное устройство электроснабжения 27 содержит также многофазный преобразователь 22, выполненный на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем (ТВП) 39 и многофазного выпрямителя (МВ) 40, обладающего высокими энергетическими показателями, и обеспечивающим высокий уровень электромагнитной совместимости с основным и резервным источниками питания. Многофазный выпрямитель может быть выполнен по схеме, описанной в патенте №46173. Многофазный преобразователь через первый вход 23 коммутирующего устройства соединен с трехфазной сетью переменного тока основного источника питания и через второй вход  24 - с трехфазным генератором переменного тока ДГ 3 (фиг.4). Своим выходом 25 многофазный преобразователь 22 соединен с секцией шин 26 для заряда АБ 15 и питания линейных потребителей.
Многофазный преобразователь позволяет уменьшить искажающее воздействие выпрямительной нагрузки на трехфазное напряжение основного и резервного источников питания, а также уменьшить значение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения.
Применение схемы резервного электроснабжения с многофазным преобразователем на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем и многофазного выпрямителя позволяет оптимизировать режимы работы резервного дизель-генератора, рационально  использовать дизтопливо.
БКЭС может содержать отсек 28, в котором установлено оборудование 30 электрохимической защиты (ЭХЗ), оборудование 31 связи и телемеханики (ТМ), а также устройство 32 управления собственными нуждами отсека (ЩСН).
Каждый отсек БКЭС оборудован распределительным щитом собственных нужд, а также системами рабочего, аварийного и ремонтного освещения, отопления и вентиляции, охранной и пожарной сигнализации и газового пожаротушения; комплектом кабелей для соединения отсеков; содержит входные вентиляционные жалюзи 34.
В помещениях БКЭС, в которых расположены КТП, ТМ и ЭХЗ, выполнена естественная циркуляция воздуха. Приток свежего воздуха осуществляется через жалюзи 34, установленные на дверях внизу и в продольных стенах вверху.
о
о
В отсеке, в котором расположен резервный источник питания – ДГ 3, воздухозабор осуществляется через впускные и выпускные термоизолированные вентиляционные жалюзи 33 с электроприводом. В отсеке ДГ поддерживается температура воздуха не ниже +5С, которая обеспечивает надежный запуск ДГ в холодное время года. В остальных помещениях температура поддерживается не ниже –20С. Температура в БКЭС поддерживается с помощью панели управления отоплением (не показана).
Электрооборудование  установлено и закреплено к конструкциям каркаса стен и перегородок отсеков по месту с помощью закладных деталей и связано между собой электрическими кабелями.
Работа БКЭС.
КТП 2 подключается к воздушной линии через высоковольтный кабельный ввод 13. Напряжение подается на первичную обмотку силового трансформатора 10 через устройство высокого напряжения 11 с высоковольтным выключателем для защиты силового трансформатора от коротких замыканий и перегрузки.
К вторичной обмотке силового трансформатора 10 подключается распределительное устройство низкого напряжения 12 через кабельные перемычки.
Распределительное устройство низкого напряжения, установленное в отсеке 5, организует распределение электрической энергии по потребителям.
Резервное электроснабжение в случае отключения основного источника питания обеспечивается дизель-генератором 3.
На коммутирующее устройство 17 через входы 22, 23 подается напряжение, соответственно, от основного 2 и резервного 3 источников электропитания. Коммутирующее устройство 17 подает на выход 18 (который является входом многофазного преобразователя 22) напряжение от основного или резервного источника электроэнергии, а также производит включение или отключение резервного источника 3 в зависимости от наличия и качества напряжения основного источника электроснабжения.
С выхода 25 многофазного преобразователя 22 напряжение подается на сборную шину 26.
При наличии в качестве основного источника питания фотоэлектрической системы и/или ветроэнергетической установки, указанные источники через свои преобразователи 36, 38 подают напряжение на сборную шину 26 для заряда АБ 15 и питания линейных потребителям через соответствующие преобразователи 43, 44.
Для резервирования электроснабжения потребителей первой категории при отсутствии питания от основного и резервного источников используются АБ 15.
В нормальном режиме напряжение на АБ 15 не ниже напряжения уставки. При этом линейные потребители получают питание от основного источника питания КТП 2, СМ 35 и/или ВЭУ 37, и/или АБ 15. Резервный источник ДГ 3 не работает. БКЭС переходит в режим резервирования после снижения напряжения АБ ниже напряжения уставки. Переход БКЭС в режим резервирования происходит по сигналу многофазного преобразователя 22. При этом происходит запуск ДГ 3 с целью восстановления емкости АБ и питания линейных потребителей. В режиме резервирования параллельно на секцию шин 26 работают СМ 35, ВЭУ 37 и ДГ. После восстановления емкости АБ по сигналу многофазного преобразователя 22 ДГ 3 останавливается.
Заявляемое блочно-комплектное устройство электроснабжения позволяет обеспечить бесперебойное электроснабжение линейных потребителей на магистральных газопроводах в условиях низкой надежности внешнего электроснабжения (вдольтрассовых линий электропередачи).
Промышленная применимость.
Конструктивное исполнение БКЭС обеспечивает нормальную работу, безопасную и удобную эксплуатацию оборудования, а также возможность его транспортировки автомобильным, железнодорожным и водным транспортом, а также перемещения с помощью подъемно-транспортных средств.
Форма и конструкция блок-контейнера  БКЭС обусловлены требованиями ПУЭ, инструкций по перевозке грузов, требованиями механической прочности и учитывают опыт эксплуатации аналогичных конструкций.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент на полезную модель №68800. Блочно-комплектное устройство электроснабжения (БКЭС), опубл. 27.11.2007 - наиболее близкий аналог.
2. Патент на полезную модель №87298. Блок-контейнер электроснабжения, опубл. 27.09.2009.
3.Патент на полезную модель №155194. Комплексное блочно-комплектное устройство пункта контроля и управления кранового узла магистрального газопровода, опубл. 27.09.2015.
4. Патент на полезную модель №145918. Мобильная трансформаторная комплектная подстанция 35 кВ. Опубл. 27.09.2014.