CC BY
23АНАЛИЗ ОПЫТА ПРИМЕНЕНИЯ ИНВЕРТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ НА ОБЪЕКТАХ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ
УДК 620.193.7:622.691.4
А.А. Вешкин, АО «Газпром газораспределение Тверь» (Тверь, РФ) П.Г. Малафеев, АО «Газпром газораспределение Тверь»
В статье представлен анализ опыта эксплуатации инверторных преобразователей установок электрохимической защиты АО «Газпром газораспределение Тверь». Проведено сравнение основных характеристик инверторных преобразователей и трансформаторных станций катодной защиты. Приведены данные по энергоэффективности и отказам. На основании анализа выявлены положительные и отрицательные моменты эксплуатации данного вида оборудования, высказаны предложения по его дальнейшему совершенствованию. Обоснована необходимость внедрения систем нижнего и верхнего уровней автоматизированной системы управления технологическим процессом защиты стальных подземных газопроводов от электрохимической коррозии, результатом чего будет повышение их надежности и эффективности работы.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: СТАНЦИЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ, ИНВЕРТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ, ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ, МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ПОВЕРКА, АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ.
Эффективность противокоррозионной защиты подземных трубопроводов во многом зависит от выбора преобразователей тока станций катодной защиты (СКЗ), которые являются необходимым элементом системы электрохимической, или катодной, защиты.
При выборе станций катодной защиты чаще всего исходят из наи -меньшей стоимости, удобства обслуживания и квалификации обслуживающего персонала, а также энергоэффективности применяемого оборудования. На рынке широко представлены два основных вида катодных преобразователей - трансформаторные и инверторные. Обладая неоспоримыми преимуществами, инверторные станции катодной защиты вытесняют трансформаторные, которые постепенно отходят в прошлое. Вместе с тем ряд технических параметров инверторных станций подлежит совершенствованию.
АО «Газпром газораспределение Тверь» одним из первых в Группе «Газпром» стало в массовом порядке внедрять на своих сетях инверторные СКЗ. Первые станции были установлены на предприятии в 2006 г. За 12 лет эксплуатации инверторных преобразователей Обществом накоплен большой опыт, позволяющий провести сравнительный анализ работы двух типов оборудования.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Трансформаторные СКЗ представляют собой конструкцию из трансформатора, работающего с частотой 50 Гц, и тиристорно-го выпрямителя. Недостатком таких устройств является несинусоидальная форма генерируемой энергии, вследствие чего на выходе наблюдается сильная пульсация тока и снижается его мощность.
Инверторная станция элек-трохимзащиты (ЭХЗ) облада-
ет рядом преимуществ перед трансформаторной СКЗ. Принцип ее действия основан на работе высокочастотных импульсных преобразователей. Чем выше частота преобразования тока в инверторной станции, тем меньше размеры трансформаторного блока. Кроме того, в инверторных СКЗ благодаря сглаживающим фильтрам уровень пульсации производимого тока имеет меньшую амплитуду.
МЕХАНИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ
Для эксплуатирующего персонала важны массогабаритные параметры устройства. От этого зависят расходы на транспортировку, хранение, монтаж станции. Для монтажа трансформаторных СКЗ весом до 150 кг необходимо применение специального грузоподъемного оборудования.Тогда как инверторный преобразователь весит 11 кг и может устанавливаться одним человеком.
Объем потребления электроэнергии инверторными СКЗ АО «Газпром газораспределение Тверь»
Показатель 2006 г. 2012 г. 2014 г. 2016 г. 2017 г.
Количество инверторных СКЗ, % от общего количества станций Общества - 70,04 80,45 88,6 95,8
Потребление электроэнергии, кВт 1 813 197 725 279 615 074 590 074 564 521
Рис. 1. Динамика отказов инверторных СКЗ АО «Газпром газораспределение Тверь» начиная с 2007 г.
Вместе с тем возникает другая проблема: конструкция устройства стала значительно сложнее, стоимость отдельных элементов и СКЗ в целом возросла. Если раньше поломки можно было устранить в полевых условиях силами достаточно квалифицированного эксплуатирующего персонала, то теперь необходимы демонтаж и отправка на завод-изготовитель или в ремонтную мастерскую. Блочная компоновка инверторных СКЗ значительно облегчает такую задачу, но не перекрывает затрат на пересылку и ремонт.
КПД
Расход электроэнергии на СКЗ зависит именно от коэффициента полезного действия, определяющего экономичность станций (см. табл.). Трансформаторные устройства проигрывают по этому параметру инверторным СКЗ 15 % и более, поскольку с уменьшением выходной мощности их КПД падает вплоть до 20-30 %.
ДИАПАЗОН НАПРЯЖЕНИЯ И ЧАСТОТА ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ
Большое преимущество по диапазону напряжения и частоте пи -тающей сети имеют инверторные устройства с корректором коэффициента мощности. В то же вре -мя они оказались очень чувстви -тельны к пиковым изменениям напряжения и падению напряжения ниже 190 В, а такие показате -ли совсем не редкость для сельской местности, где напряжение в начале линии может составлять 240-250, а в конце - 180-190 В. В результате первые серии инверторных СКЗ прошли 2-3 круга ремонтов, количество отказов доходило до 30 % от общего числа установленных преобразователей
(рис. 1). Основной причиной являлись отказы по входному каскаду. По заявке АО «Газпром газораспределение Тверь» завод-изготовитель разработал устройство защиты по входному напряжению с возможностью автоматического перезапуска. Дооснащение потребовало дополнительных расходов, но количество отказов резко сократилось.
На рис. 1 отражен рост количества отказов после 5-6 лет эксплуатации. Это связано не только с увеличением общего числа инверторных СКЗ, но и с несовершенством элементной базы первых серий оборудования.
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ПЕРЕГРЕВУ
Перегрев СКЗ может произойти по нескольким причинам, в числе которых повышенная температура окружающей среды, работа на максимальной нагрузке (большая выходная мощность), а также загрязнение радиаторов охлаждения. По данному параметру инверторы пока проигрывают трансформаторным СКЗ.
Особенно они чувствительны к запыленности элементной базы. Безусловно, предусмотрена защита от перегрева с выключением СКЗ, но для перезапуска устройства требуется выезд на место.
СИСТЕМА GSM-ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Любую станцию можно подключить к контроллеру ББМ-те-леметрии. При этом инверторные СКЗ, как правило, уже оснащены интегрированной системой дистанционного мониторинга и управления, позволяющей контроллеру телеметрии и станции обмениваться практически неограниченным количеством данных. В то же время диспетчерские программы различных производителей не стыкуются друг с другом. Поэтому эксплуатирующая организация вынуждена привязываться к одному производителю - как правило, к ближайшему территориально (для облегчения ремонта и обслуживания).
Стоит отметить, что весьма непростой задачей является ме-
Л '
УЭХЗ № 1 Д
4
\\ Чк
1
АНТЕННА
СЕРВЕР (УДАЛЕННЫЙ ТЕРМИНАЛ)
ВЫШКИ СОТОВОЙ СВЯЗИ
л
/ А
\\ лЧ,..
ПРИНТЕР
(г:И:Н -л $
ч2
УЭХЗ № 3 .4 ■ —
-> * т * т т
-1 .! ¿Л .1
ТРУБОПРОВОД 1
+ -I -I
ТРУБОПРОВОД 2
/1 \ ЧЧ
¿Л Л
ТРУБОПРОВОД 3
Рис. 2. Схема организации АСУ ТП ЭХЗ
трологическая поверка оборудования. Многие производители позиционируют свои изделия как средства измерения. При этом преобразователь может иметь нормируемые метрологические характеристики, но систему нужно рассматривать и поверять в целом. Установка ЭХЗ состоит из многих элементов, но провести метрологическую поверку как большинства из них, так и системы в целом невозможно, поскольку измерительным компонентом является стационарный медно-сульфатный электрод неполяризующийся (ЭНЕС). Кроме того, поверочные стенды для конкретного вида оборудования, как правило, есть только на заводе-изготовителе. Таким образом, поверка влечет затраты на демонтаж, транспортировку и повторный монтаж системы либо на вызов пред-
ставителя производителя на место установки. Экономически это нецелесообразно. Учитывая, что данные телеметрии не применяются для каких-либо расчетов, а служат только для контроля работы, подобные системы должны быть отнесены к индикаторным, а не к измерительным.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ВЫВОДЫ
Современные инверторные СКЗ более практичны, энергоэффек-тивны, дают больше возможностей для контроля параметров. В них заложен большой потенциал для организации глобальной автоматизированной системы управления технологическим процессом защиты стальных подземных газопроводов от электрохимической коррозии (АСУ ТП ЭХЗ) (рис. 2).
В перспективе система АСУ ТП ЭХЗ должна состоять из:
• первичных датчиков, измеряющих параметры (например, блоков измерения потенциалов);
• системы нижнего уровня, отвечающей за прием данных от датчиков и выдающей команду на локальное изменение параметров одной установки ЭХЗ;
• систем нижнего и верхнего уровней, причем система верхнего уровня базируется на сервере, «видит» все датчики и режимы работы установки ЭХЗ и может провести корректировку их совместной работы.
Стоит отметить, что такая система должна быть реализована не в рамках отдельного участка газопровода, а применительно ко всей системе газоснабжения и газопотребления города, района или газораспределительной организации. ■
