Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Современные электроэнергетические и электромеханические системы компрессорных станций газопроводов

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 792282.01.99
Рассмотрены конкурентные преимущества новых аппаратных и алгоритмических средств электроэнергетических и электромеханических установок, обеспечивающих эффективную работы технологического оборудования современных компрессорных станций газотранспортных систем. Предложены инновационные методы в разработке энергоэффективных систем электроснабжения и автоматизированного электропривода центробежных нагнетателей и аппаратов воздушного охлаждения газа при работе в статических и динамических режимах работы. Предложены методы и результаты комплексного проектирования АСУ ТП, включая телемеханику и диспетчеризацию работы электроприводных компрессорных станций магистрального транспорта газа. Для специалистов электроэнергетических направлений, занятых в проектировании и эксплуатации оборудования компрессорных станций ЕГС России. Может быть использовано студентами при выполнении курсовых и дипломных проектов, при обучении в магистратуре и аспирантуре по соответствующим направлениям.
Современные электроэнергетические и электромеханические системы компрессорных станций газопроводов : монография / О. В. Крюков, В. Н. Мещеряков, М. Н. Сычев [и др.] ; под общ. ред. д-ра техн. наук О. В. Крюкова и д-ра техн. наук В. Н. Мещерякова. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 200 с. - ISBN 978-5-9729-0983-4. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1904204 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

            СОВРЕМЕННЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ ГАЗОПРОВОДОВ



Монография


Под общей редакцией доктора технических наук О. В. Крюкова и доктора технических наук В. Н. Мещерякова






















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 621.3
ББК 31.2
     С56
Авторы:
Крюков О. В., Мещеряков В. Н., Сычев М. Н., Сычев Н. И., Ипполитов В. А.

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, профессор кафедры электрооборудования, электропривода и автоматики
НГТУ им. Р. Е. Алексеева В. Г. Титов;
доктор технических наук, профессор, руководитель
НОЦ «Энергоэффективные двигатели двойного питания» НИ Мордовского гос. университета им. Н. П. Огарева, эксперт РАН РФ И. В. Гуляев

С56 Современные электроэнергетические и электромеханические системы компрессорных станций газопроводов : монография / [Крюков О. В. и др.] ; под общ. ред. д-ра техн. наук О. В. Крюкова и д-ра техн. наук В. Н. Мещерякова. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 200 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0983-4

       Рассмотрены конкурентные преимущества новых аппаратных и алгоритмических средств электроэнергетических и электромеханических установок, обеспечивающих эффективную работы технологического оборудования современных компрессорных станций газотранспортных систем. Предложены инновационные методы в разработке энергоэффективных систем электроснабжения и автоматизированного электропривода центробежных нагнетателей и аппаратов воздушного охлаждения газа при работе в статических и динамических режимах работы. Предложены методы и результаты комплексного проектирования АСУ ТП, включая телемеханику и диспетчеризацию работы электроприводных компрессорных станций магистрального транспорта газа.
       Для специалистов электроэнергетических направлений, занятых в проектировании и эксплуатации оборудования компрессорных станций ЕГС России. Может быть использовано студентами при выполнении курсовых и дипломных проектов, при обучении в магистратуре и аспирантуре по соответствующим направлениям.

УДК 621.3
ББК31.2



ISBN 978-5-9729-0983-4

     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
     © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

СОДЕРЖАНИЕ


Список используемых сокращений.................................5
Введение.......................................................9

Глава 1. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И ОБОРУДОВАНИЕ КС..................12

 1.1. Опыт пуско-наладочных работ по введению в эксплуатацию КС в модульной компоновке........................................12
 1.2. Моделирование пульсаций потока газа в трубопроводе с использованием программного комплексаАУБУБ CFX...............................23
 1.3. Основные направления и задачи энергосбережения при реконструкции КС..........................................31
 1.4. Инновационные решения в проектировании систем наружного освещения компрессорных станций...............................38
 1.5. Особенности организации РЗиА вдольтрассовых ВЛ-10 кВ магистральных газопроводов...................................48
 1.6. Программа внедрения и строительства электростанций и энергоустановок на период до 2030 года.....................59
1.7. Расширение функциональных возможностей РУ КТП «Каскад»...73
 1.8. Анализ вариантов резервирования объектов электроэнергетики газовой промышленности...............................................80

Глава 2. НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ..................91

 2.1. Перспективы применения современных преобразователей частоты для регулирования производительности ЭГПА.............91
2.2. Исследование устойчивости магнитного подвеса ЭГПА.......102
2.3. Синтез векторной САР возбуждения ЭГПА...................120
 2.4. Теоретическое обоснование и аппаратные возможности перехода на ТОиР ЭГПА по состоянию............................133
2.5. Особенности групповой работы электроприводов КС.........154
 2.6. Инверторы напряжения и инверторы тока с релейным регулированием выходных переменных............................160


з

2.7. Схема оптимального частотного управления электроприводом на базе асинхронного короткозамкнутого двигателя и АИТ с РРТ.....166
2.8. Схема оптимального частотного управления асинхронным электроприводом на базе АИН...................................182

Заключение.....................................................187
Список литературы..............................................188

4

        СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ


      АБК - административно-бытовой корпус
      АВО - аппарат воздушного охлаждения
      АВР - автоматическое включение резерва
      АГК - автономный генераторный комплекс
      АД - асинхронный двигатель
      АИЭ - альтернативный источник энергии
      АО - аварийная остановка (приводного двигателя/агрегата)
      АРВ - автоматический регулятор возбуждения
      АРМ - автоматизированное рабочее место
      АС - автоматизированная система
      АСКУ - автоматизированная система контроля и управления
      АСУ - автоматизированная система управления
      АТК - автоматизированный технологический комплекс
      АТР - активный тектонический разлом
      БД - база данных
      ВЛ - воздушная линия электропередачи
      ВСМП - встроенная система мониторинга и прогнозирования
      ВТП - вдольтрассовые потребители
      ВЭУ - ветроэнергетическая установка
      ГИС - газоизмерительная станция
      ГК - генерирующая компания
      ГПА - газоперекачивающий агрегат
      ГПЗ - газоперерабатывающий завод
      ГРС - газораспределительная станция
      ГТП - газотранспортное предприятие
      ГТС - газотранспортная система
      ГТУ - газотурбинная установка
      ЕГС - Единая газотранспортная система
      ЕИП - единое информационное пространство
      ЕСГ - Единая система газопроводов
      ЗРУ - закрытое распределительное устройство
      ИВ - интеллектуальная измерительная вставка
      ИНС - искусственная нейронная сеть
      ИУС - информационно-управляющая система
      КЗ - короткое замыкание
      КМСГ - комплексный мониторинг состояния газопровода

5

      КО - коммерческий оператор
      КПД - коэффициент полезного действия
      КРУ - комплектное распределительное устройство
      КС - компрессорная станция
      КТП - комплектная трансформаторная подстанция
      КЦ - компрессорный цех
      ЛПУ - линейное производственное управление
      ЛЭП - линия электропередач
      МГ - магистральный газопровод
      МРСК - межрегиональная сетевая компания
      МТЗ - максимальная токовая защита
      МТР - материально-технические ресурсы
      МЭС - магистральные электрические сети
      НД - нормативная документация
      НБЗ - нейро-нечеткая база знаний
      НДС - напряженно-деформированное состояние
      НИОКР - научно-исследовательские опытно-конструкторские работы
      НТП - научно-техническая продукция
      ОЕ - относительная единица
      ОМРИЦ - Отраслевой метрологический расходоизмерительный центр
      ОРММ - общеотраслевые методические материалы
      ОС - операционная система
      ПВСД - приводной высоковольтный синхронный двигатель
      ПИД - пропорционально-интегрально-дифференциальный
      ПКА - пункт контроля акселерометрический
      ПО - программное обеспечение
      ПОД - подсистема обработки данных
      ПСД - проектно-сметная документация
      ПТК - производственно-технологический комплекс
      ПТП - производственно-технологические процессы
      ПУЭ - правила устройства электроустановок
      ПХГ - подземное хранилище газа
      ПЧ - преобразователь частоты полупроводниковый
      РДС - региональная диспетчерская связь
      РЗиА - релейная защита и автоматика
      РСТ - региональная служба тарифов
      РРЛ - радиорелейные линии
      РУ - распределительное устройство

6

      РЭБ - ремонтно-эксплуатационный блок
      СА - средства автоматизации
      САР - система автоматического регулирования
      САРВ - система автоматического регулирования возбуждения
      САУ - система автоматического управления
      СД - синхронный двигатель
      СМ ТС - система мониторинга технического состояния
      СМК - система менеджмента качества
      СММ - скрытые Марковские модели
      СО - системный оператор
      СОДУ - система оперативно-диспетчерского управления
      СПД - сеть передачи данных
      СППР - система поддержки и принятия решений
      СПТ - система постоянного тока
      СПЧ - сменная проточная часть
      СТМ - система телемеханики
      СУ - система управления
      СЭС - система электроснабжения
      ТОиР - техническое обслуживание и ремонт
      ТОУ - технологический объект управления
      ТП - технологический процесс
      ТПУ - тиристорное пусковое устройство
      ТС - техническое состояние
      ТСО - территориальная сетевая организация
      ТСС - телеметрическая сейсмическая станция
      УКПГ - установка комплексной подготовки газа
      УОГ - установка очистки газа
      УП - узел подключения
      УПТИГ - установка подготовки топливного, импульсного газа
      УСО - устройство связи с объектом
      ФСТ - федеральная служба тарифов
      ЦБН - центробежный нагнетатель
      ЦДП - центральный диспетчерский пункт
      ЦДС - центральная диспетчерская связь
      ЦПДД - центральный производственный диспетчерский департамент
      ЧР - частичные разряды
      ЧРП - частотно-регулируемый электропривод
      ШССМ - шкаф сервера системы мониторинга

7

      ЩПТ - щит постоянного тока
      Э - энергообеспечение
      ЭГПА - электроприводной газоперекачивающий агрегат
      ЭДС - электродвижущая сила
      ЭК - энергокомпания (ТСО, МРСК, МЭС, ГК, СО, КО, ЭСО)
      ЭП - электропривод
      ЭС - электроснабжение
      ЭСН - электростанция собственных нужд
      ЭСО - энергосбытовая компания
      ЭХЗ - электрохимическая защита
      ЭЭС - электроэнергетическая система

8

ВВЕДЕНИЕ


     В настоящее время перед всей отечественной промышленностью и лидерами экономики, такими как группа компаний ПАО «Газпром», стоят грандиозные задачи нового проектирования, строительства, модернизации систем газодобычи, транспорта и переработки природного газа в Российской Федерации и устойчивых поставок газа зарубежным потребителям. Президент Российской Федерации Владимир Владимирович Путин заявил [1], что Россия за 20 лет может увеличить добычу природного газа практически в 1,5 раза до уровня 1 трлн кубометров, и все возможности для этого у страны имеются. Россия должна сохранять лидерство и увеличивать свое присутствие на мировом рынке углеводородов. Глава Минэнерго России также отметил [2], что, в соответствии с проектом Генеральной схемы развития газовой отрасли, инвестиции на ее развитие до 2030 года могут составить 12,3-14,7 трлн рублей.
     Еще 15-20 лет назад на российском рынке нового электроэнергетического оборудования практически отсутствовали понятия «энергоэффективность», «ресурсосбережение», «мониторинг онлайн», не говоря уже про интеллектуальные системы, системы прогнозирования технического состояния, адаптивные системы. Сегодня все эти тенденции не только получили реальное воплощение в различных технических системах и технологических агрегатах, но и продолжают свое развитие. Так, например, еще в 2011 году запущена первая компрессорная станция, работающая по принципам малолюдных и безлюдных технологий, а сегодня таковых уже несколько. Подобные объекты, относящиеся к категории объектов повышенной опасности реализованы в электроэнергетике, химии и других отраслях промышленности и особенно в ТЭК.
     Под термином «энергоэффективность» сегодня понимается эффективное (рациональное) использование энергетических (электрических, тепловых, углеводородных, возобновляемых и прочих) ресурсов. То есть стремление использования меньшего количества энергии для обеспечения того же уровня энергетического обеспечения технологических процессов на производстве или условий жизнеобеспечения зданий и сооружений при соблюдении требований к охране окружающей среды. Эта отрасль знаний находится на стыке нескольких наук в инженерии, экономики, юриспруденции и социологии.
     В этой связи при подходе к анализу состояния энергоэффективных технологий необходимо учитывать действующие нормативные и правовые документы национального и международного уровней:

9

     -       Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ».
     -       Энергетическая стратегия России на период до 2030 года (утверждена распоряжением Правительства РФ от 28.08.2003 № 1234-Р).
     -       Климатическая доктрина РФ (утверждена Распоряжением Президента РФ от 17 декабря 2009 г. № 861-рп).
     -       Доктрина энергетической безопасности РФ (утверждена Указом Президента РФ от13 мая 2019 г. № 219).
     -       Указ Президента РФ от 30 сентября 2013 г. № 752 «О сокращении выбросов парниковых газов».
     -       Постановление Правительства РФ от 15 мая 2010 г. № 340 «Правила установления требований к программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности организаций, осуществляющих регулируемые виды деятельности».
     -       Генеральная схема развития газовой отрасли на период до 2030 года (утверждена приказом Минэнерго России от 6 июня 2011 г.).
     -       Политика ПАО «Газпром» в области энергоэффективности и энергосбережения (утверждена постановлением Правления ПАО «Газпром» от 11 октября 2018г.№39).
     -       ISO 50001:2018-08 (второе издание) Системы энергетического менеджмента. Требования и руководство по применению.
     В этой связи только комплексный и системный подход к задаче энергоэффективности и энергосбережению на различных объектах может дать ощутимый результат. Однако сегодня на рынке энергоэффективных и энергосберегающих технологий и оборудования можно наблюдать лишь технические решения локальных задач, которые могут приводить в целом для производств и к отрицательным результатам. Так, например, массовое увлечение внедрением преобразователей частоты для плавного регулирования параметров электроприводов технологических агрегатов без должного технико-экономического обоснования приводит к ухудшению энергетических показателей электрических сетей и большим потерям на компенсацию реактивной мощности и гармонического состава напряжения в узлах подключения нагрузки и снижению ресурса электрооборудования. При этом незначительная экономия активной электроэнергии на локальном объекте нередко приводит к значительному росту других видов энергии (реактивной, тепловой и др.).
     Кроме того, большая часть производителей нового отечественного электрооборудования в рамках концепции импортозамещения слепо копирует

10

дешевые иностранные образцы (китайские, турецкие и прочие), которые не отвечают современному уровню ведущих мировых лидеров в области энергоэффективности и энергосбережения. Это обусловлено тем, что на нашем отечественном рынке главным критерием выбора энергетического оборудования является его минимальная цена, а не технические возможности и энергетическая безопасность длительной безаварийной работы техники.
     В этой связи возможности отечественных производителей к переходу на производство современных цифровых и интеллектуальных электроэнергетических и электромеханических систем (подстанций, распределительных устройств, электроприводов) для различных объектов и технологических комплексов. Подобные разработки ведутся на ведущих отечественных предприятиях, включая ООО «ТСН-электро» на базе КРУ «Каскад», а IT-алгоритмы и технологии запатентованы [3-7]. Активное внедрение в энергетику сетевых технологий и увеличение доступности средств автоматизации низкого и среднего уровня связано с применением программируемых контроллеров и средств человеко-машинного интерфейса.
     Во вновь представленной монографии, в отличие от предыдущих [8-12], посвященных анализу основных направлений энергосбережения в газовой отрасли, энергосберегающих технологий и мероприятиям по снижению энергозатрат при магистральном транспорте газа, в настоящем издании делается акцент на системные решения по всем проблемам газотранспортных систем во взаимосвязи с решением экологических задач и АСУ КС. Систематизация новых аппаратных и алгоритмических возможностей электрооборудования КС производится адаптировано к конкретным параметрам промышленных установок с возможностью реализации систем комплексной автоматизации.
     Авторы выражают искреннюю благодарность рецензентам - доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ, профессору кафедры «Электрооборудование, электропривод и автоматика» НГТУ им. Р. Е. Алексеева В. Г. Титову и доктору технических наук, профессору, руководителю НОЦ «Энергоэффективные двигатели двойного питания» НИ Мордовского гос. университета им. Н. П. Огарева, эксперту РАН РФ И. В. Гуляеву за ценные замечания по редактированию структуры и текста монографии.

11

Глава 1. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И ОБОРУДОВАНИЕ КС


1.1. Опыт пуско-наладочных работ по введению в эксплуатацию КС в модульной компоновке

     Развитие газовой и ряда смежных отраслей промышленности сегодня в значительной степени зависит от дальнейшего совершенствования эксплуатации и обслуживания систем трубопроводного транспорта природных газов из отдаленных и слабо освоенных регионов в промышленные и центральные районы страны. Компрессорная станция является неотъемлемой и составной частью магистрального газопровода, обеспечивающего транспорт газа с помощью энергетического оборудования.
     На территории России в настоящее время 99 % всех компрессорных станций скомпонованы по классической схеме.
     Классическая схема КС [13] содержит расположенные по потоку групповую установку очистки газа, подключенную к магистральному газопроводу, группу газоперекачивающих агрегатов, соединенных технологическими трубопроводами обвязки с возможностью параллельного включения в работу, и групповую установку охлаждения газа, подключенную к магистральному газопроводу.
     Газ из магистрального газопровода поступает через узел подключения КС на установку очистки газа, представляющую собой пылеуловители и фильтры-сепараторы для очистки газа от механических примесей и влаги. После очистки газ по трубопроводу поступает во входной коллектор компрессорной станции и распределяется по входным трубопроводам ГПА. После сжатия в центробежных нагнетателях ГПА газ поступает на установку охлаждения газа и далее через выходной коллектор и узел подключения в магистральный газопровод. При этом для выравнивания производительности по элементам установок и снижения возможных пульсаций давления, в основном, применяется кольцевая схема обвязки технологических установок. Такая схема КС позволяет осуществлять транспорт любых заданных объемов газа. Схема и общий вид КС с классической компоновкой приведены на рис. 1 и рис. 2.
     Недостатком классической схемы КС является необходимость строительства станции в объеме, соответствующем полной производительности МГ с учетом наращивания его производительности магистрального газопровода в процессе эксплуатации, требующей больших капитальных вложений, направленных на установку оборудования, его эксплуатацию и ремонт [12].


12