CC BY
19ЭНЕРГЕТИКА
УДК 621.311:621.316.9
м.с. Ершов, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой, кафедра теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, e-mail: msershov@yandex.ru
рекомендации по повышению надежности работы потребителей производственных объектов при авариях в системах централизованного электроснабжения
Особенностью потребителей нефтегазовых объектов является чувствительность к кратковременным нарушениям электроснабжения, что обусловлено непрерывностью производств и большим составом электродвигательной нагрузки.
Следствием кратковременных нарушений электроснабжения является самопроизвольное отключение электрооборудования (из-за отпадания магнитных пускателей за время порядка одного периода) и нарушение устойчивости многомашинных электротехнических систем за время около 0,25-0,5 с, что приводит к массовым отключениям электрооборудования, нарушениям технологических процессов. Кратковременные нарушения электроснабжения, проявляющиеся в виде провалов напряжения в узлах
нагрузки и на вводах электроприемников, обусловлены короткими замыканиями, неизбежными при эксплуатации воздушных линий систем внешнего электроснабжения. Кратковременные нарушения электроснабжения обусловлены авариями - короткими замыканиями в электрических сетях, чаще в сетях внешнего электроснабжения. Как отмечалось в решении НТС секции «Энергетика» ОАО «Газпром» № 06/03-2006 от 21.02.2007, «в последнее время отмечается устойчивая тенденция
снижения надежности электроснабжения объектов ОАО «Газпром» от региональных энергосистем. Данная тенденция сохраняется и в настоящее время, о чем свидетельствуют показатели роста доли нарушений, аварий и остановов газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций магистральных газопроводов из-за нарушений внешнего электроснабжения, представленные в таблице. Проблема кратковременных нарушений электроснабжения усугубляется в связи с развитием непрерывных авто-
Таблица. Показатели нарушений в работе объектов магистрального транспорта газа из-за нарушений электроснабжения при авариях в системах централизованного электроснабжения
Год Доля нарушений (Н), в т.ч. аварий (А) и остановов ГПА (О) из-за нарушений внешнего электроснабжения, %
Н А О
2007 36 35 49
2008 50 48 54
2009 34 47 62
2010 34 49 63
2011 51 51 66
матизированных производств, ростом электродвигатель-ных нагрузок. Еще в конце прошлого века в США и Канаде ожидаемый ежегодный ущерб для экономики от таких нарушений оценивался суммой около 150 млрд долл. [1,
2]. Поэтому в этих странах была принята и реализована программа обеспечения надежного электроснабжения потребителей, чувствительных к кратковременным нарушениям электроснабжения, что позволило практически решить проблему.
Отечественные нормативные документы ограждают поставщиков электроэнергии от ответственности за кратковременные нарушения электроснабжения. Согласно ГОСТ 13109-97 [3], предельно допустимая длительность провала напряжения составляет 30 с, что, как показано выше, намного больше приемлемого для электроприемников времени нарушения электроснабжения. Но даже этот показатель не устраивает энергоснабжающие организации. Согласно новому стандарту по качеству электрической энергии ГОСТ Р 54149-2010 [4], введение в действие которого планируется с 01.01.2013 г., «учитывая непредсказуемость ряда явлений, влияющих на напряжение, не представляется возможным установить определенные допустимые границы значений для соответствующих характеристик напряжения. Поэтому изменения напряжения, связанные с такими явлениями, например, как провалы и прерывания напряжения, <...> в настоящем стандарте не нормируются».
Особенно тяжелы последствия кратковременных нарушений электроснабжения,если провалы напряжения происходят одновременно по обоим источникам централизованного электроснабжения. Однако и в данной ситуации существующие нормы правил устройств электроустановок (ПУЭ) [5] трактуют понятие независимости источников не в пользу потребителя. Согласно ПУЭ, независимым источником питания называется источник, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме при исчезновении его на другом или других источниках. При этом длительность послеаварийного режима не ограничивается.
На практике недооценивается положение пункта 1.2.19 ПУЭ «Электроснабжение электроприемников первой категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени восстановления нормального режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса». Между тем очевидно, что число провалов напряжения прямо зависит от качества изоляции открыто установленного электрооборудования и воздушных линий (ВЛ), наличия эффективной молниезащиты, способа выполнения сетей 6-110 кВ (кабельные и воздушные), быстродействия устройств РЗиА и коммутационной аппаратуры и других условий [б]. Наилучшим решением для электроснабжения непрерывных производств является применение подстанций глубокого ввода с минимальным количеством открыто установленного оборудования. Изоляция на вводах ОРУ
WWW.NEFTEGAS.INFO |
Уёажаемыс аоллеш!
От лица коллсктиёа
040 ёиачо^?раёилю бас
с Ънем энершьнкл/
Энергетика осноёа жонолшки Тесс и я. От бис. ул&исшН оЩашЛён&я. вйдоЧа проммшиелиых предприятии н социальных, оЬьсктсЬ, ка\сстЬс /хиуни /саждощ \£лоёаса и страны О целом.
Агете ним с бет и тепло, щШаёллл риЬопщть Ьо'иср, ёоли/я, природный ну,
Нсрмекне иг$от урЬинны с злекУпроа'паицни, со ^да иные и а ов£с аёнацноиных МехнолошЛ, с£оЩ ЬсспереЬойной работой полют/от ёам Ь&налмлЯц ёо^ломенш/ю о&щсс&ёем 0т ё{тсличенную МИССИЮ,
Я желаю ёам ноёмх профессиональных. паШ, радости н уЬоёлшёоршия оМ сёоей работы/ Пусть ааетлиёос сирине ииф и № спло
е тори цен опми»лт ёаш. МриЫ
Аеиералшмй конструктор 04О *46 и а дёи 1 аж ел а* 4.4. Иио^е.ицсё
есрещ лшллнеиоь людей
ЭНЕРГЕТИКА
110 кВ, на подходящих ВЛ 110 кВ в зонах химического загрязнения должна быть усилена согласно главе 1.9 ПУЭ. Питающие линии 110 кВ должны приходить от действительно независимых источников, одним из которых часто бывает районная ПС 220/110 кВ, а вторым - РУ 110 кВ ТЭЦ. На источниках питания необходимо принять меры по максимальному быстродействию защит и коммутационной аппаратуры на всех отходящих ВЛ 110 кВ и на линиях связи.
НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ БЕСПЕРЕБОЙНОСТИ РАБОТЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННЫХ НАРУШЕНИЯХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ВКЛЮЧАЮТ [7]:
• увеличение мощности источников питания или пропускной способности элементов питающих электрических сетей;
• разукрупнение узлов электрической нагрузки;
• отказ от упрощенных схем электроснабжения предприятия (с короткоза-мыкателями и отделителями);
• оптимизация структуры распределительных сетей внешнего электроснабжения, локализация зоны глубоких провалов напряжения во внешних сетях;
• уменьшение числа длительных коротких замыканий во внешних сетях;
• предотвращение самопроизвольного отключения электрооборудования, электроприемников на напряжение до 1000 В;
• рациональный выбор параметров защит минимального напряжения и проверка выдержки времени токовых защит в сети 6(10) кВ предприятия;
• применение быстродействующих АВР (БАВР) в системе внутреннего электроснабжения предприятия;
• облегчение условий самозапуска и использование автоматического повторного пуска ответственных электроприводов;
• повышение устойчивости синхронных двигателей;
• управление режимом напряжения системы внутреннего электроснабжения;
• обеспечение технологического резерва и правильного функционирования систем технологической автоматики,согласование ее параметров с параметрами систем РЗиА, действующих при нарушениях электроснабжения;
• применение систем частотного пуска и мягкого пуска электроприводов.
Перечисленным мероприятиям должен предшествовать мониторинг напряжения в основных узлах нагрузки (РУ-6(10) кВ ГПП) предприятия. В настоящее время регистрация напряжения применяется ограниченно, в части систем электроснабжения объектов ОАО «Газпром» и осуществляется средствами,которые протоколируют события, выходящие за установленные пороги колебаний напряжения. Современный уровень цифровой техники позволяет реализовать концепцию непрерывного мониторинга напряжения в системах электроснабжения (Full Disclosure Monitoring), имеющую очевидные преимущества, поскольку она обеспечивает контроль не только аварийных событий, но и основных показателей качества электроэнергии в непрерывном процессе ее поставки и потребления,с отслеживанием тенденций изменения этих показателей.
Первоочередной научной задачей для решения проблемы надежности и независимости источников питания централизованного электроснабжения объектов ОАО «Газпром» должна быть разработка нормативного документа «Рекомендации по определению показателей и повышению надежности и независимости источников питания объектов ОАО «Газпром» при авариях в системах централизованного электроснабжения». Наличие такого документа для количественной оценки независимости источников питания на стадии эксплуатации и проектирования систем электроснабжения наряду с возможностью мониторинга напряжения позволят более обоснованно выбирать мероприятия по повышению бесперебойности работы потребителей при кратковременных нарушениях электроснабжения.
Из технических рекомендаций по повышению надежности работы потреби-
телей производственных объектов при авариях в системах централизованного электроснабжения можно выделить возможность применения БАВР на секционных выключателях РУ 6(10) кВ. Современные БАВР обеспечивают переход с основного на резервный источник за время порядка 70 мс, что в сочетании с использованием источников бесперебойного питания для цепей управления позволяет обеспечить бесперебойную работу потребителей при авариях в сетях централизованного электроснабжения. Однако применение БАВР целесообразно при достаточно высоком уровне независимости основных источников питания объекта. Известно, что в системах централизованного электроснабжения не существует полностью независимых источников питания [8]. Это подтверждается и оценками независимости источников питания таких крупных производств ОАО «Газпром», как Астраханский и Оренбургский ГПЗ, показатели зависимости источников питания (вероятность одновременных провалов напряжения со стороны источников) которых в зависимости от структуры схемы внешнего электроснабжения колеблются в пределах от 0,15 до 1,0. В этой связи отмеченная выше возможность оценки уровня независимости источников приобретает особую роль.
Другое техническое решение в системе электроснабжения потребителей связано с применением динамических компенсаторов искажения напряжения (ДКИН), называемых также динамическими компенсатором провалов напряжения. Динамические компенсаторы выпускаются на напряжение 0,4 кВ и 6(10) кВ, включают вольтдобавоч-ные трансформаторы и инверторы на КВТ-транзисторах, обеспечивая поддержание напряжения при остаточных напряжениях в питающей системе до 40% длительностью до 3000 мс. Мощность выпускаемых ДКИН составляет 25-50 000 кВ.А. Известны различные модификации ДКИН. Стоимость ДКИН по сравнению с сопоставимым по мощности источником бесперебойного питания в несколько раз меньше.
Кроме технических в условиях рыночной экономики могут быть исполь-
зованы и нормативно-правовые средства компенсации ущерба от нарушений электроснабжения, например система страхования рисков. К сожалению, подобные услуги страховых компаний в нашей стране пока не применяются. Другой формой компенсации ущерба от нарушений электроснабжения может быть включение соответствующих пунктов в договор на пользование электроэнергией с энергоснабжающей организацией. Оба эти направления нуждаются в развитии и совершенствовании [6].
ВЫВОДЫ
1. Тенденция снижения надежности электроснабжения объектов ОАО «Газпром» от региональных энергосистем продолжается.
2. Технические решения энергоснабжения производственных объектов ОАО «Газпром» должны быть направлены на повышение бесперебойности работы потребителей электроэнергии в условиях невозможности обеспечить бесперебойность централизованного электроснабжения.
3. Программа,ориентированная на бесперебойность работы потребителей, должна предусматривать развитие нормативной базы и средств мониторинга энергообеспечения производств ОАО «Газпром», совершенствование договорных отношений с энергоснабжающими организациями.
Литература:
1. Ершов М.С., Егоров А.В., Комков А.Н. Новый стандарт качества электроэнергии и вопросы регулирования взаимоотношений ее поставщиков и потребителей/ «Территория «НЕФТЕГАЗ», №6, 2012.
2. Куско А., Томпсон М. Качество энергии в электрических сетях/ Пер. с англ.. - М.: Додэка-ХХ1, 2008.
3. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
4. ГОСТ Р 54149-2010 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения (вводится в действие с 01.01.2013).
5. Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Общие правила. Главы 1.1,1.2,1.7,1.9.- 7-е изд. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002.
6. Фишман В. Провалы напряжения в сетях предприятий / Новости электротехники, № 1(73), 2012.
7. Ершов М.С., Егоров А.В., Трифонов А.А. Устойчивость промышленных электротехнических систем. - М.: Изд-во РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2010.
8. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е., Окин А.А. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах. - М.: Энергоатомиздат, 1990.
WWW.NEFTEGAS.INFO
