УСТАНОВКА ПРОТИВОАВАРИЙНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА

Настоящая полезная модель относится к установкам резервного электроснабжения электроприемников таких газоперекачивающих агрегатов (ГПА), конструкцией которых предусмотрены компенсирующие мероприятия, повышающие вероятность безаварийного останова оборудования даже при инциденте с полным отключением электроснабжения, а именно к установкам бесперебойного электроснабжения агрегатных электроприемников особой группы первой категории надежности электроснабжения, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова агрегата с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Согласно действующих правил устройства электроустановок (ПУЭ), седьмое издание, дата введения 2003-01-01, глава 1.2, "Электроснабжение и электрические сети", раздел "Категории электроприемников и обеспечение надежности электроснабжения": электроприемники первой категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.
Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.
Однако согласно ПУЭ из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.
При этом для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания. В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п.
Газоперекачивающие агрегаты проектируются с учетом требований стандарта организации СТО Газпром 2-3.5-138-2007 "Типовые технические требования к ГПА и их системам".
Согласно п.9.2 СТО Газпром 2-3.5-138-2007 к особой группе электроприемников первой категории надежности электроснабжения ГПА относят системы контрольно-измерительных приборов и автоматики (из состава системы автоматического управления), магнитных подшипников компрессора, автоматической противопожарной защиты (АПЗ), аварийного освещения и маслонасосов (обеспечивающих подачу масла для смазки подшипников компрессора и привода ГПА).
При этом согласно п.8.4 СТО Газпром 2-3.5-138-2007:
Средства системы автоматического управления (САУ) относятся к особой группе электроприемников первой категории электроснабжения согласно правил устройства электроустановок ПУЭ. Основное питание - 220 В, 50 Гц. Резервный источник питания - аккумуляторная батарея 220 В. Переключение САУ ГПА на резервный источник питания (при исчезновении напряжения на основном) и обратно должно осуществляться автоматически средствами САУ агрегата и не оказывать влияния на выполнение всех функций. Одновременное отключение обеих сетей не допускается.
Согласно п.8.13 СТО Газпром 2-3.5-138-2007, если исчезнувшее переменное напряжение не восстановилось в течение заданного времени САУ должна выполнить автоматический останов ГПА.
При этом анализ рисков показывает:
1. Даже запитывание технологического оборудования газоперекачивающего агрегата от трех независимых взаимно резервирующих источников питания не исключает риск аварии из-за обесточивания объекта. Например, на компрессорных станциях (в составе которых эксплуатируются ГПА) широко используются обслуживаемые аккумуляторы для организации батарей резервного электропитания промышленного оборудования (включая газоперекачивающие агрегаты), что приводит к возникновению определенных рисков (в том числе из-за человеческого фактора) в связи с необходимостью их периодического обслуживания. Так, из-за неправильного обслуживания персоналом резервных обслуживаемых аккумуляторов, их емкости может не хватить на время необходимое для автоматического останова ГПА при инциденте с исчезновением питания по основным вводам переменного напряжения. При этом использование более надежных необслуживаемых аккумуляторов для организации батарей значительной емкости, необходимых для резервного электроснабжения всего опасного промышленного объекта, может быть признано экономически не целесообразным.
2. Для особо ответственных технологических систем ГПА (чей отказ может спровоцировать пожар или взрыв) учитывается возможность полного исчезновения электроснабжения и предусмотрены дополнительные компенсирующие (позволяющие снизить риски и повышающие вероятность безаварийного останова ГПА) технические мероприятия:
1) Согласно п.6.13.3.8 СТО Газпром 2-3.5-138-2007 магнитные подшипники компрессора ГПА дублируются страховочными подшипниками, которые должны выдерживать, как минимум, десять падений ротора компрессора при отказе магнитного подшипника.
2) Согласно п.11,5 СТО Газпром 2-3.5-138-2007 при отказе главных и пусковых маслонасосов (обеспечивающих подачу масла для смазки подшипников компрессора и привода ГПА) должен быть обеспечен безопасный автоматический останов ГПА и доведение его до состояния резерва (например, за счет использования аккумулятора масла для смазки подшипников).
3. САУ ГПА с подключенными датчиками и исполнительными механизмами (устройствами) потребляет электроэнергии на порядок меньше, чем другие технологические электроприемники (в том числе система маслонасосов) запитанные по первой категории особой группы надежности электроснабжения.
Проведенный анализ рисков позволяет сделать вывод, что возможен сценарий при котором третий независимый взаимно резервирующий источник питания может не суметь обеспечить (из-за пониженной, в процессе эксплуатации, емкости аккумуляторов) электроснабжение всех электроприемников особой группы, на все время необходимое для безаварийного останова ГПА, при инциденте с отключением электроснабжения от первого и второго независимых взаимно резервирующих источников питания. Как следствие энергоснабжение САУ является самым "слабым звеном" (из-за отсутствия противоаварийного резерва, т.к. для других ответственных систем предусмотрены компенсирующие мероприятия на случай потери электропитания) и опасность представляет сценарий аварийного обесточивания САУ с датчиками и исполнительными механизмами (устройствами), что приведет к неуправляемому аварийному останову опасного промышленного объекта.
Наиболее близким аналогом заявляемой схемы противоаварийного электроснабжения ГПА с дополнительным противоаварийным аккумулятором для систем автоматического управления является, на наш взгляд, способ электроснабжения электроприемников, обеспечивающих сложный непрерывный технологический процесс промышленных предприятий по патенту РФ №RU 2 352 046 С1. Способ электроснабжения электроприемников по патенту РФ №RU 2 352 046 С1 предусматривает повышения надежности электроснабжения за счет выделения в отдельную группу электроприемников, для которых недопустимы нормативные отклонения параметров электроснабжения, и обеспечения их электроснабжения от дополнительного независимого взаимно резервируемого источника питания с требуемыми характеристиками. Указанный дополнительный источник (который можно позиционировать как "внутренний", т.к. он располагается в непосредственной близости от питаемой отдельной группы электроприемников, в одном технологическом боксе) является основным для указанной отдельной группы электроприемников. При этом внешние независимые взаимно резервирующие источники питания являются резервными для данной отдельной группы. Электроснабжение остальных электроприемников (в том числе особой группы электроприемников, обеспечивающих безаварийный останов), не критичных к нормативным отклонениям параметров, осуществляется как от двух внешних независимых взаимно резервирующих внешних источников питания, так и указанного выше дополнительного независимого взаимно резервируемого источника питания. Предложенное патентом РФ №RU 2 352 046 С1 выделение отдельной группы электроприемников надежности электроснабжения (с обеспечением их основного электроснабжения от дополнительного независимого взаимно резервируемого источника питания, характеристики которого согласованы с характеристиками электроприемников, расположенного в непосредственной близости от указанных электроприемников) позволяет обеспечить работоспособность сложного промышленного процесса при любых (нормативных или недопустимых) возмущениях со стороны внешнего электроснабжения.
Однако действующие стандарты и способ электроснабжения электроприемников по патенту РФ №RU 2 352 046 С1 не предусматривают выделение в отдельную подгруппу управления из особой группы первой категории надежности электроснабжения ГПА электроприемников систем автоматического управления с датчиками и исполнительными механизмами (устройствами), для которых не предусмотрены компенсирующие мероприятия, обеспечивающие управляемый безаварийный останов оборудования ГПА даже при инциденте с полным обесточиванием, как для других ответственных систем.
Задача, стоявшая перед разработчиками настоящей полезной модели, заключалась в создании экономичной схемы противоаварийного электроснабжения ГПА с обеспечением дополнительного противоаварийного электроснабжения САУ с датчиками и исполнительными механизмами (устройствами) на время, необходимое для завершения автоматического безаварийного останова при инциденте с полным отключением всех трех независимых взаимно резервирующих источников питания.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Рассматриваемая задача решается за счет использования дополнительной противоаварийной аккумуляторной батареи, с которой автоматически подают питание на САУ с датчиками и исполнительными механизмами (устройствами) при инциденте с полным обесточиванием ГПА до окончания автоматического останова агрегата, для обеспечения противоаварийного электроснабжения систем автоматического управления на время, необходимое для завершения управляемого противоаварийного останова ГПА.
При этом относительно небольшая требуемая емкость противоаварийной батареи позволяет без значительных затрат использовать наиболее надежные необслуживаемые аккумуляторы для противоаварийного электроснабжения систем автоматического управления, что существенно снижает вероятность воздействия человеческого фактора на надежность противоаварийного электроснабжения САУ.
Использование дополнительной противоаварийной аккумуляторной батареи с надежными необслуживаемыми аккумуляторами, автоматически подключаемой для обеспечения противоаварийного электроснабжения автоматики управления противоаварийным остановом на время, необходимое для выполнения противоаварийного останова при инциденте с полным обесточиванием ГПА до окончания автоматического останова агрегата, позволяет при минимальных затратах повысить безопасность (снизить риски пожара и взрыва) останова обесточенного агрегата. В этом заключается технический результат заявляемого технического решения.
Задается установка противоаварийного электроснабжения газоперекачивающих агрегатов, конструкцией которых предусмотрены компенсирующие мероприятия, повышающие вероятность безаварийного останова оборудования при инцидентах с полным отключением электроснабжения, выполненная в виде источника бесперебойного питания с зарядно-выпрямительным устройством и инвертором напряжения, электроснабжение которого осуществляется от двух независимых взаимно резервирующих источников питания переменного напряжения, содержащего резервную аккумуляторную батарею в качестве третьего независимого взаимно резервирующего источника питания, связанную через контрольно-коммутирующую аппаратуру установки с двумя другими независимыми источниками питания агрегата и агрегатными электроприемниками первой категории особой группы надежности электроснабжения, включая подгруппу электроприемников агрегатной системы управления безаварийным остановом газоперекачивающего агрегата из состава агрегатных электроприемников первой категории особой группы надежности электроснабжения, отличающаяся тем, что содержит противоаварийную необслуживаемую аккумуляторную батарею, связанную через контрольно-коммутирующую аппаратуру установки со всеми тремя независимыми источниками питания агрегата и подгруппой электроприемников агрегатной системы управления безаварийным остановом газоперекачивающего агрегата из состава агрегатных электроприемников первой категории особой группы надежности электроснабжения, с возможностью осуществления бесперебойного электроснабжения агрегатных электроприемников в автоматическом режиме:
- всех агрегатных электроприемников первой категории особой группы надежности электроснабжения от двух независимых взаимно резервирующих источников питания переменного напряжения или резервной аккумуляторной батареи;
- подгруппы электроприемников агрегатной системы управления безаварийным остановом газоперекачивающего агрегата от противоаварийной аккумуляторной батареи на время необходимое для завершения выполнения противоаварийного управляемого останова агрегата, при инциденте с исчезновением электроснабжения, от двух независимых взаимно резервирующих источников питания переменного напряжения и резервной аккумуляторной батареи, до окончания безаварийного останова агрегата.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - блок-схема способа противоаварийного электроснабжения газоперекачивающего агрегата;
Фиг.2 - блок-схема установки противоаварийного электроснабжения газоперекачивающего агрегата.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
На Фиг.1 представлена в виде блок-схемы последовательность действий для реализации способа противоаварийного электроснабжения газоперекачивающего агрегата, где:
1-ый этап - определяют алгоритм выполнения управляемого противоаварийного останова ГПА при инцидентах с отключением независимых взаимно резервирующих источников питания переменного напряжения, если исчезнувшее переменное напряжение не восстановилось в течение заданного времени;
2-ый этап - определяют подгруппу электроприемников агрегатной системы управления безаварийным остановом газоперекачивающего агрегата из состава агрегатных электроприемников первой категории особой группы надежности электроснабжения, функционирование которых обеспечивает алгоритм управляемого противоаварийного останова ГПА при инциденте с полным отключением независимых взаимно резервирующих источников питания агрегата;
3-ий этап - определяют время, в течение которого подгруппа электроприемников агрегатной системы управления безаварийным остановом газоперекачивающего агрегата должна функционировать для завершения выполнения алгоритма управляемого противоаварийного останова ГПА при инциденте с полным отключением независимых взаимно резервирующих источников питания агрегата;
4-ый этап - исходя из характеристик подгруппы электроприемников агрегатной системы управления безаварийным остановом газоперекачивающего агрегата и времени, в течение которого необходимо обеспечить завершение выполнения алгоритма управляемого противоаварийного останова ГПА при инциденте с полным отключением независимых взаимно резервирующих источников питания агрегата, определяют характеристики противоаварийной аккумуляторной батареи с необслуживаемыми аккумуляторами; 5-ый этап - обеспечивают размещение выбранной противоаварийной аккумуляторной батареи с необслуживаемыми аккумуляторами вблизи САУ ГПА;
6-ой этап - выполняют подключение выбранной противоаварийной аккумуляторной батареи к установке противоаварийного электроснабжения газоперекачивающего агрегата, выполненного в виде источника бесперебойного питания с резервной аккумуляторной батареей в качестве третьего независимого взаимно резервирующего источника питания, с зарядно-выпрямительным устройством и инвертором напряжения, с возможностью осуществления бесперебойного электроснабжения агрегатных электроприемников в автоматическом режиме:
- всех агрегатных электроприемников первой категории особой группы надежности электроснабжения от двух независимых взаимно резервирующих источников питания переменного напряжения или аккумуляторной батареи в качестве третьего независимого взаимно резервирующего источника питания;
- подгруппы электроприемников агрегатной системы управления безаварийным остановом газоперекачивающего агрегата от противоаварийной аккумуляторной батареи на время, необходимое для завершения выполнения противоаварийного управляемого останова агрегата, при инциденте с исчезновением электроснабжения от двух независимых взаимно резервирующих источников питания переменного напряжения и резервной аккумуляторной батареи в качестве третьего независимого взаимно резервирующего источника питания, до окончания безаварийного останова агрегата.
На Фиг.2 представлен предпочтительный вариант блок-схемы установки противоаварийного электроснабжения газоперекачивающего агрегата, где:
7 - первый внешний независимый взаимно резервирующий источник питания ГПА;
8 - устройства автоматического включения резерва;
9 - электроприемники ответственных агрегатных систем ГПА запитанные по первой категории особой группы надежности электроснабжения, за исключением САУ ГПА с датчиками и исполнительными механизмами (устройствами);
10 - второй внешний независимый взаимно резервирующий источник питания ГПА;
11 - резервная аккумуляторная батарея, которая выполняет функцию третьего независимого взаимно резервирующего источника питания;
12 - контрольно-коммутирующая аппаратура с преобразователями напряжения (включая зарядно-выпрямительное устройство и инвертор напряжения);
13 - противоаварийная аккумуляторная батарея с необслуживаемыми аккумуляторами;
14 - САУ ГПА с датчиками и исполнительными устройствами (включая аппаратуру агрегатных противоаварийных систем);
Заявляемая полезная модель осуществляется следующим образом: способ противоаварийного электроснабжения газоперекачивающего агрегата обеспечивается последовательностью действий приведенной в блок схеме (см. Фиг.1).
Предпочтительный вариант установки противоаварийного электроснабжения газоперекачивающего агрегата (см. Фиг.2) предусматривает:
- напряжение внешних независимых взаимно резервирующих источников питания 7, 10 поступает на вход электроприемников ответственных агрегатных систем 9, САУ ГПА с датчиками и исполнительными устройствами 14 через устройства автоматического включения резерва 8;
- дополнительно напряжение с выхода устройств автоматического включения резерва 8 поступает на вход контрольно-коммутирующей аппаратуры с преобразователями напряжения 12.
При этом контрольно-коммутирующая аппаратура с преобразователями напряжения 12 обеспечивает:
- автоматический заряд резервной аккумуляторной батареи 11 от внешних независимых взаимно резервирующих источников питания 7 или 10;
- автоматический заряд противоаварийной аккумуляторной батареи 13 от внешних независимых взаимно резервирующих источников питания 7 или 10;
- при аварийном исчезновении напряжения от внешних независимых взаимно резервирующих источников питания 7 и 10 автоматическую подачу преобразованного напряжения основной аккумуляторной батареи 11 на вход всех электроприемников первой категории особой группы надежности электропитания ГПА (электроприемников ответственных агрегатных систем ГПА 9 и САУ ГПА с датчиками и исполнительными устройствами 14);
- при аварийном исчезновении электроснабжения от внешних независимых взаимно резервирующих источников питания 7, 10 и от резервной аккумуляторной батареи 11 автоматическую подачу преобразованного напряжения противоаварийной аккумуляторной батареи 13 на вход САУ ГПА с датчиками и исполнительными устройствами 14.
Резервное энергоснабжение с выделением противоаварийного резерва (согласно Фиг.1) может быть рекомендовано к использованию при организации схемы электроснабжения (согласно Фиг.2) электроприемников первой категории особой группы надежности электроснабжения ГПА для повышения безопасности агрегата за счет снижения вероятности неуправляемого аварийного останова. Дополнительный интерес подобные противоаварийные компенсирующие мероприятия представляют для агрегатов с минимизированной, в части исключения установок автоматического пожаротушения укрытия ГПА, противопожарной защитой.
Заявляемая полезная модель установки противоаварийного электроснабжения газоперекачивающего агрегата построена на выделении электроприемников агрегатной системы управления безаварийным остановом газоперекачивающего агрегата в отдельную подгруппу управления (из состава электроприемников первой категории особой группы надежности электроснабжения), для противоаварийного электроснабжения которой используется дополнительная противоаварийная аккумуляторная батарея с необслуживаемыми аккумуляторами, расположенная вблизи САУ, с которой автоматически подают питание на электроприемники агрегатной автоматики, управляющей алгоритмом безаварийного останова, в случае аварийного исчезновения всех трех независимых взаимно резервирующих напряжений до окончания безаварийного останова агрегата на все время необходимое для завершения выполнения противоаварийного управляемого останова агрегата.
Заявляемая полезная модель установки противоаварийного электроснабжения газоперекачивающего агрегата имеет преимущество, когда целесообразны компенсирующие мероприятия, повышающие безопасность ГПА (в части предотвращения таких пожаров и взрывов, которые могут быть вызваны неуправляемым аварийным остановом аварийно обесточенного агрегата).
Настоящая полезная модель была подробно описано со ссылкой на предпочтительный вариант его осуществления, однако очевидно, что она может быть осуществлено в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объема правовой охраны, определяемого формулой полезной модели.