Руководство по эксплуатации электростанций собственных нужд - файл n1.doc

Руководство по эксплуатации электростанций собственных нужд
скачать (518.9 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1359kb.06.07.2010 10:32скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9
МИНИСТЕРСТВО ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР
ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СВЯЗИ
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ (ВНИИГАЗ)


РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

СОБСТВЕННЫХ НУЖД

УТВЕРЖДЕНО начальником Главного управления энергетики и технологической связи.
Обязательно для электростанций системы Министерства газовой промышленности СССР.
"Руководство по эксплуатации электростанций собственных нужд на объектах газовой промышленности" составлено лабораторией Электропривода и электроснабжения ВНИИГАЗа с учетом существующих нормативных документов: "Правил технической эксплуатации дизельных электростанций", "Правил устройства электроустановок", государственных стандартов на двигатели внутреннего сгорания, электростанции и электрооборудование, а также действующие инструкции по эксплуатации электростанций типа (IIГД100, Г68, МГ-3500, АПС-14, ПАЭС-2500, АС-804, КАС-500), на предприятиях газовой промышленности.
Работа выполнена коллективом в составе: Трегубов И.А., Савенко Н.И., Фомин В.П., Овчаров В.П.
"Руководство...." предназначается для инженерно-технических работников и обслуживающего персонала электростанций собственных нужд, а также может быть рекомендовано проектно-конструкторским организациям.


ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с проектом "Основных направлений экономического и социального развития СССР на 1981-1985 гг. и на период до 1990 г." намечено дальнейшее значительное развитие топливно-энергетической базы страны, предполагается дальнейшее развитие Западно-Сибирского комплекса, который в перспективе станет основным поставщиком нефти и газа.
Успешное решение поставленных задач базируется на опережающем создании и развитии систем электроснабжения объектов бурения, добычи, переработки и транспорта газа. Создание высоконадежных систем электроснабжения в районах, характеризующихся сложными природно-климатическими условиями, отсутствием дорог, своеобразным световым режимом - полярные ночи, при большом количестве водных преград, болот и районов с вечномерзлыми грунтами, требует решения целого ряда проблем, большинство из которых не имеет аналогий и их необходимо было решать впервые и в весьма сжатые сроки.
Первый этап развития энергетики газовой промышленности базировался на строительстве электростанций собственных нужд, обеспечивающих промышленные объекты бурения, добычи и транспорта газа электроэнергией заданного качества при строго лимитированном количестве. Параллельно велось строительство линий электропередачи с целью создания локальных систем электроснабжения отдельных промышленных объединений.
Дальнейшее развитие энергетики опиралось на строительство и ввод в действие крупных подстанций и линий электропередачи напряжением 110-220 кВ от государственных энергосистем и создание резервных и аварийных электростанций собственных нужд.
В перспективе будет продолжено формирование единой системы электроснабжения объектов газовой промышленности в Западной Сибири. Дальнейшее развитие получит электросетевое строительство, объемы которого возрастут по сравнению с предыдущей пятилеткой. В перспективе намечается создание единой системы электроснабжения крупнейших газодобывающих провинций, объектов переработки газа и газового конденсата и объектов транспорта газа.
Решение проблем обеспечения высокой надежности в работе систем электроснабжения объектов газовой промышленности в предстоящий период должно базироваться на том богатом опыте, который был накоплен в ряде отраслей народного хозяйства и в газовой промышленности за прошедшие годы.
Планирование развития энергетики газовой промышленности должно базироваться на прогрессивных средних показателях, удовлетворяющих требованиям высокой надежности и обеспечивающих повышение эффективности работы промышленных объектов отрасли.
Электростанции собственных нужд в районах Крайнего Севера имеют статус источников обеспечения жизнедеятельности районов в экстремальных природно-климатических и аварийных ситуациях и являются одним из важнейших элементов систем электроснабжения.


Глава 1
СИСТЕМЫ ЭЛEKTPOCНАБЖЕНИЯ ГАЗОДОБЫВАЮЩИХ И

ГАЗОТРАНСПОТНЫХ КОМПЛЕКСОВ


1.1. Общие положения

Электроснабжение промышленных предприятий газовой промышленности осуществляется от сетей энергосистем или от собственных электростанций, оснащенных электроагрегатами с поршневым или газотурбинным приводом. Наиболее многочисленными в газовой промышленности промышленными объектами являются объекты транспорта газа - компрессорные станции (КС) магистральных газопроводов. Компрессорные станции осуществляют перекачку природного газа по трубопроводам и оснащены газоперекачивающими агрегатами различных типов. Наиболее многочисленны КС, оснащенные газотурбинными агрегатами различной мощности, затем идут КС, оснащенные электроприводными газоперекачивающими агрегатами и КС, оснащенные поршневыми агрегатами.
Установленная мощность КС с газотурбинными газоперекачивающими агрегатами (ГПА) достигает сотен МВт и к системам их электроснабжения предъявляются весьма высокие требования. КС, оснащенные электроприводными ГПА, имеют установленную мощность десятки и реже до 100 и более МВт и надежность их электроснабжения целиком определяется надежностью существующих внешних сетей энергосистем.
КС, оснащенные поршневыми ГПА, имеют мощность в десятки МВт и достаточно устойчивы к нарушению в питании их электроэнергией.
Энергетической системой называется совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической энергии и тепла при общем управлении этим режимом.
Электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии, называются электроэнергетической системой.
Электроустановками называется совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии.
Электроустановки по условиям электробезопасности разделяются “Правилами устройства электроустановок (ПУЭ-85)", на электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В (по действующему значению напряжения) /1/.
Потребителем электрической энергии называется электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.
Электроприемником (приемником электрической энергии) называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.
Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории.
Системой электроснабжения называется совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией.
Электроснабжением называется обеспечение потребителей электрической энергией /1/.
Централизованным электроснабжением называется электроснабжение потребителей от энергосистемы (СЭС).
Локальной системой электроснабжения называется электроснабжение потребителей от электростанции собственных нужд (ЭСН).
В состав системы электроснабжения входят источники электроснабжения и электрические сети, предназначенные для передачи электроэнергии от места ее производства до мест потребления, которые включают в себя воздушные и кабельные линии, трансформаторные и распределительные подстанции.
Электрические сети различают: районные, предназначенные для электроснабжения больших районов, связывающие районные электростанции между собой и центрами нагрузок (напряжение 110 кВ и выше), местные - для питания небольших районов с радиусом 15-20 км, например промысловые объекты, объекты КС - жилпоселка - водозабора и т.п. напряжением до 35 кВ включительно. В газовой промышленности достаточно большое количество вдольтрассовых ЛЭП, предназначенных для электроснабжения линейных потребителей магистральных газопроводов (установок катодной защиты, крановые площадки, пункты телемеханики и т.п.) с классом напряжения до 35 кВ.
Линии передачи свыше 220 кВ, связывающие между собой электрические системы, принято называть межсистемными.
Потребители электроэнергии промышленных объектов газовой промышленности имеют электроснабжение от районных и местных сетей электроэнергетических систем и от электростанций собственных нужд рис. 1.1, рис.1.2.
Нередко в районах со сложными природно-климатическими условиями электроснабжение осуществляется от ЭСН и централизованного электроснабжения. При напряжении 6-10 кВ обеспечивается электроснабжение потребителей в радиусе 10-15 км при их мощности до 500 кВт.
При напряжении 35-110 кВ можно обеспечить электроснабжение промышленных объектов в радиусе 20-50 км при их мощности до 10000 кВт. Линии локальных систем электроснабжения присоединяются к распределительным устройствам генераторного напряжения электростанций (6-10 кВ).
В этих районах на достаточно большой промежуток времени будут сохранены электростанции собственных нужд, которые и обеспечат электроснабжение промышленных и культурно-бытовых объектов этих районов в экстремальных условиях. Этот путь часто оказывается не только оправдан экономически, но и является единственно приемлемым в районах, где в достаточном количестве имеется природный газ.
Использование высокоавтоматизированных электроагрегатов с поршневым или газотурбинным приводом, работающих на природном газе, в блочном исполнении в ряде конкретных районов может обеспечить более экономичное и более надежное электроснабжение, чем при сооружении длинных линий передачи от энергосистем на сравнительно небольшие мощности, необходимые для электроснабжения промышленных объектов газовой промышленности.
Линии промышленных объектов присоединяются к распределительным устройствам генераторного напряжения ЭСН (6-10 кВ) или распределительным устройствам подстанций напряжением до 110 кВ, называемым центрами питания (ЦП). От ЦП электроэнергия подводится к распределительным пунктам (РП), от которых поступает к электроустановкам потребителей без изменения величины напряжения или к трансформаторным подстанциям (ТП), понижающим напряжение перед распределением между отдельными электроприемниками.



Рис. 1.1. Структурная схема электроснабжения

КС с ГТУ при наличии электростанции собственных нужд



Рис. 1.2. Структурная схема электроснабжения

КС с ГТУ при наличии внешнего источника

Линия передачи, по которой передается электроэнергия от ЦП к РП или подстанции без распределения этой энергии по ее длине, называется питающей, а линия передачи, имеющая несколько мест отбора электроэнергии по длине (несколько ТП или вводов к потребителям), называется распределительной.
Сети напряжением до 1000 В, прокладываемые непосредственно на территории промышленного объекта (и в зданиях) потребителей, также подразделяют на питающие, отходящие от источника питания (подстанции) к групповому распределительному пункту, и на распределительные, непосредственно питающие электроприемники.


1.2. Требования к системам электроснабжения

При выборе вариантов схем электроснабжения объектов в газовой промышленности руководствуются существующими положениями ПУЭ /1/. Рекомендации ПУЭ не содержат количественных нормативов надежности и не позволяют количественно оценить надежность конкретной схемы, они представляют собой формализованную систему категорирования электроприемников, разработанную на основе практического опыта проектирования и эксплуатации электрических систем, сетей и установок.
Необходимая степень надежности электроснабжения в соответствии с ПУЭ определяется характером потребителей, их ролью и важностью в народном хозяйстве, масштабом возможного ущерба при перерывах электроснабжения. В связи с тем, что каждая отрасль народного хозяйства имеет часто присущую только для нее специфику производства (к таким отраслям относится и газовая промышленность), то в дополнение к ПУЭ в таких отраслях разрабатываются отраслевые руководящие технические материалы по нормированию категорийности электроприемников с учетом специфики, присущей данной отрасли (в газовой промышленности РД 51-122-87). При определении категорийности того или иного электроприемника оцениваются последствия, к которым приводит внезапный перерыв в электроснабжении того или иного электроприемника.
По характеру последствий внезапного перерыва в электроснабжении все электроприемники можно разделить на две группы:
- с экономическим характером последствий, случай, когда эти последствия можно подсчитать в денежном выражении;
- с неэкономическим характером последствий, случай, когда оценка последствий в денежном выражении невозможна или полностью не исчерпывает этих последствий. В этом случае руководствуются категорией тяжести последствий, возникающих при перерывах в электроснабжении, определяемой по имевшим место аналогиям, либо по прогнозам экспертов.
В различных отраслях народного хозяйства вводят нормированные показатели, как правило, по продолжительности внезапного перерыва в электроснабжении или величине разового ущерба, и на основании этих критериев определяется категорийность электроприемников.
Наиболее эффективным способом обеспечения электроприемников рациональным уровнем надежности электроснабжения является проведение технико-экономической оценки надежности электроснабжения.
Технико-экономическая оценка уровня надежности заключается в:
- количественной оценке разовых ущербов от внезапного перерыва электроснабжения потребителя;
- количественной оценке характеристик таких нарушений (чаще всего - в ожидаемой частоте и продолжительности перерывов) - т.е. расчете надежности;
- определении по первым двум вышеприведенным оценкам величины ожидаемого ущерба в год при существующем в данной схеме уровне надежности.
Методическая сторона вопроса достаточно ясна, и в ряде отраслей промышленности такие работы выполнены или же выполняются. Для газовой промышленности этот вопрос достаточно сложен, это объясняется отчасти неопределенностью задачи определения ущерба, поскольку продукция газовой промышленности - природный газ - используется очень широко и дать дифференцированную, либо какую-то усредненную оценку практически не представляется возможным.
Слагаемые ущерба весьма многоплановы и не поддаются точному математическому описанию - ущерб от перерывов электроснабжения в добыче газа, ущерб от перерывов электроснабжения при транспорте газа и ущерб от перерывов в подаче газа у потребителей. Однако не вызывает сомнений то, что необходимо иметь нормативную документацию, регламентирующую выбор варианта схем электроснабжения для различных электроприемников газовой промышленности в зависимости от требуемой по условиям технологического процесса надежности электроснабжения.
Многолетний опыт эксплуатации показал, что перерывы электроснабжения приводят к аварийным ситуациям на газодобывающих и газотранспортных комплексах (аварийная остановка оборудования, повреждение или выход из строя газоперекачивающих агрегатов КС, расстройство технологического процесса добычи и транспорта газа и ущерб народному хозяйству, связанный с недоотпуском газа потребителям).
Специфичной особенностью электроснабжения объектов газовой промышленности является и то, что не все объекты могут иметь питание от внешних независимых источников питания.
В настоящее время можно выделить три наиболее характерных типа схем электроснабжения:
- два независимых источника электрической энергии по двум питающим линиям,
- один независимый источник электрической энергии по одной питающей линии, второй независимый источник - электростанция собственных нужд,
- электростанция собственных нужд, как правило, оснащенная электроагрегатами с поршневым или газотурбинным приводом (IIГД100, 6ГЧН 36/45, МГ-3500, ПАЭС-2500).
Как это уже отмечалось выше, основными объектами, как по степени важности, так и по количеству, являются компрессорные станции магистральных газопроводов, поэтому целесообразно проводить анализ применительно к этим объектам.
В реальных условиях эксплуатации возможны следующие нарушения нормального режима электроснабжения:
- кратковременные или длительные отклонения напряжения (частоты) от номинального;
- перерывы электроснабжения по одному из независимых источников с предварительным предупреждением;
- внезапные кратковременные (до нескольких секунд) перерывы электроснабжения или глубокие посадки напряжения (частоты), вызванные переходными процессами в энергетической системе электроснабжения КС или внезапными кратковременными отключениями электростанций собственных нужд;
- внезапные длительные (до нескольких часов) отключения питающей линии электропередач или электростанций собственных нужд.
Как показывает опыт эксплуатации, кратковременные или длительные отклонения частоты и напряжения от номинального не вносят существенно изменений в режим работы КС.
В случаях перерывов электроснабжения по одному из независимых источников с предварительным предупреждением (как правило на несколько часов) питание КС осуществляется от другого независимого источника. В этом случае надежность обеспечения электроэнергией не соответствует требованиям и иногда имеют место остановки КС.
Для предотвращения остановок КС из-за кратковременных перерывов электроснабжения при глубоких падениях напряжения или частоты необходимо решать ряд задач по увеличению интервала времени, в течение которого возможна работа ГПА без электроэнергии от внешнего источника (до 5 мин), и оснащение КС аварийными источниками электроснабжения с автоматизированным запуском (III степень автоматизации по ГОСТ 10032-80) и временем от момента подачи сигнала на пуск до момента приема нагрузки до 30 с.
В случаях внезапных, длительных отключений питающих линий или остановки электростанции собственных нужд, как правило, происходят остановки КС и нарушается нормальный режим работы всей газотранспортной системы. Предотвращение подобных случаев является важнейшей задачей проектирования и эксплуатации электростанции, сетей и электроустановок.
Создание систем, полностью исключающих перерывы в электроснабжении, сопряжено со значительными капитальными и эксплуатационными затратами и практически недостижимо. Поэтому создание систем электроснабжения газодобывающих и газотранспортных комплексов основывается на методах проектирования и эксплуатации, обеспечивающих минимальные затраты при заданном уровне надежности.
В последние годы выполнен ряд работ, посвященных вопросам повышения надежности работы систем электроснабжения КС магистральных газопроводов /2-8/. Вопросам повышения надежности работы систем электроснабжения в электроэнергетике посвящено досточно большое количество работ /8-15/. Однако применение инженерных методик расчета применительно к объектам газовой промышленности затруднено из-за отсутствия достоверной информации по ряду показателей вновь применяемого оборудования и специфики его использования.
В связи с этим оценка показателей надежности систем электроснабжения предприятий добычи и транспорта газа выполняется недостаточно точно, часто приводит к проектным решениям, обладающим заниженными эксплуатационными показателями надежности.
В энергетике народного хозяйства можно выделить три основные группы задач, требующих количественной оценки надежности при проектировании электрических систем, сетей и установок:
- определение оптимальных резервов мощности генерирующих источников в энергетике и распределение их по электростанциям;
- выбор оптимальных схем электрических сетей (межсистемных, системообразующих, распределительных) и схем электроснабжения отдельных энергоузлов и предприятий;
- выбор рациональных схем распределительных устройств (РУ) электростанций и подстанций.
Поставленные задачи решаются на основе ретроспективного анализа статистических данных тем успешнее, чем достовернее статистические показатели надежности элементов энергосистем.
Поставленные задачи решаются в энергетике народного хозяйства применительно к мощным энергетическим системам (мощностью более 1 млн. кВт).
Причем при числе параллельных цепей, равном трем, и при условии, что каждая из цепей обеспечивает 100% потребности в электроэнергии, электроснабжение считается практически безотказным, расчет надежности не приводится.
Однако для объектов, располагающихся в районах Крайнего Севера и Западной Сибири, суммарная мощность не превышает тысяч и самое большее десятков тысяч киловатт (см. табл. 1.1) и, кроме того, создание систем с числом параллельных цепей, равным трем, в данных районах даже в отдаленном будущем весьма проблематично.
Следовательно, необходимо решать задачи создания надежных систем электроснабжения объектов газовой промышленности, располагающихся в районах Севера, на базе накопленного опыта эксплуатации аналогичных объектов, с учетом специфики и особенностей, присущих объектам газовой промышленности, работающих в сложных климатических и природных условиях.
Для обеспечения оптимального уровня надежности электроснабжения электроустановок газодобывающих и газотранспортных комплексов с учетом плановых и внеплановых отключений основного оборудования электростанций и систем, будем исходить из следующих основных положений:
- на этапах строительства объектов и первых лет эксплуатации электроснабжение обеспечивается от электростанций собственных нужд, оснащенных электроагрегатами с поршневыми или газотурбинными двигателями;
- при строительстве ЛЭП и наличии внешних источников электроснабжения, учитывая отсутствие достаточно достоверных данных о работе ЛЭП в условиях Севера, основным источником электроснабжения следует считать электростанцию собственных нужд, работающую на природном газе, а ЛЭП используется как резервный источник электроснабжения (АВР);
- в качестве мер, повышающих уровень надежности систем электроснабжения КС и других объектов, отнесенных к первой категории электроснабжения в соответствии с ПУЭ, следует применять аварийные источники электроснабжения, обеспечивающие пуск и прием нагрузки за время не более 30 с /9/.
Наиболее важными вопросами проектирования и эксплуатации являются вопросы разработки оптимального варианта электростанции собственных нужд объекта, расположенного в районах, где энергетические системы отсутствуют или проектируются в перспективе.
Разработка рекомендаций по проектированию электростанций собственных нужд должна учитывать решение вопросов резервирования и аварийного электроснабжения электроприемников первой категории.
Как известно, надежная работа современного технологического оборудования КС, располагающего большим количеством различных потребителей электрической энергии, невозможна без создания дифференцированных систем электроснабжения, с введением и обеспечением предпочтительного электроснабжения электроприемников первой категории в самых сложных ситуациях энергетических кризисов в системах электроснабжения. Одним из методов, позволяющих повысить надежность электроснабжения потребителей и устойчивость работы электростанции, является резервирование. Резервирование источников электроснабжения очень широко применяется в ряде различных производственных процессов, где не допускаются перерывы в электроснабжении. Требования к резервным источникам оговариваются в каждом конкретном случае.

Таблица 1.1.

Краткая характеристика систем электроснабжения

промышленных предприятий газовой промышленности



Наименование объекта



Категорийность по ПУЭ


Ориентировочная мощность, МВт



Компрессорные станции (КС) магистральных газопроводов, оснащенные газотурбинными установками (ГТУ)



I


5

Головные сооружения газопроводов


I

540

Электроприемники буровых установок


I

1,54

Газовые промыслы (УКПГ)


I

12

Газоперерабатывающие заводы


I

200400

Предприятия машиностроения и стройиндустрии


II-III

5 (опр. при проектировании)



Например, электроснабжение предприятий связи, как правило, должно резервироваться собственными дизель-генераторами, стационарными электростанциями, автоматизированными по III степени (ГОСТ 10032-80), принимающими на себя нагрузку за время не более 30 с. Число и мощность агрегатов сетевых узлов определяется в соответствии с расчетом. Должен предусматриваться 100% резерв агрегатов (двойной комплект).
В энергетике, для обеспечения оптимального уровня надежности электроснабжения потребителей с учетом разного рода отключений, планируют создание эксплуатационных резервов мощности следующих видов:
- частотный (пиковый),
- ремонтный,
- аварийный.
Частотный (пиковый) резерв предназначен для поддержания частоты в энергосистеме и компенсации случайных колебаний нагрузки.
Величина его определяется при разработке перспективных режимов электроснабжения.
Ремонтный резерв предназначен для компенсации располагаемой мощности системы при выводе агрегатов электростанций в плановый (текущий, капитальный) ремонт. Мощность ремонтного резерва пропорциональна суммарной установленной мощности электростанций и определяется типом оборудования.
Аварийный резерв служит для компенсации мощности в энергосистеме при вынужденных, внеплановых остановках электроагрегатов электростанций и определяется в зависимости от ряда факторов, таких как:
- располагаемой структуры и мощности генерирующих установок;
- среднегодовой величины внеплановых простоев;
- конфигурации графиков электрической нагрузки;
- пропускной способности и надежности межсистемных связей.
Экономическим критерием величины аварийного резерва мощности является минимум приведенных затрат в энергетике - на установку и эксплуатацию дополнительной резервной мощности, а у потребителя - величина ущерба от перерывов в электроснабжении.
В газовой промышленности последняя величина не является стабильной для различного технологического оборудования и, например, для КС может колебаться в очень широких пределах (нормальная остановка ГПА - минимум затрат, выход из строя ГПА по причине перерыва в электроснабжении - максимум затрат, плюс затраты на недоотпуск газа потребителям).
Расчет оптимальной величины аварийного резерва ЭЭС производится по специальным алгоритмам на ЦВМ. Вопросы аварийного резервирования источников электроснабжения наиболее важных объектов являются весьма актуальными и в настоящее время единого мнения на ряд специфичных вопросов не имеется, хотя данному вопросу посвящено немало трудов как в отечественной, так и в зарубежной литературе.
Например /12/, при анализе вопросов создания надежного резервирования электроснабжения для атомных электростанций отмечается, что в качестве резервных источников используются дизель-генераторы мощностью 3300-7000 кВт, наиболее распространены дизель-генераторы мощностью 5000 кВт.
Основное требование к дизель-генераторам - это высокая надежность. Дизель-генераторы должны обеспечивать быстрый и безотказный пуск, принятие нагрузки и достаточно длительную безаварийную работу. Они должны обладать 99% надежностью при степени доверительности 95%.
Дизель-генераторы должны обеспечивать пуск, выход на номинальную частоту вращения и прием нагрузки за 10-30 с. Система охлаждения дизель-генераторов должна обеспечивать поддержание установки в нагруженном резерве для осуществления пуска с первой попытки.
Отмечается также, что отсутствие общепринятого квалификационного стандарта на процедуру испытаний дизель-генераторов для обеспечения 99% надежности вносит несогласованность в программы испытаний, разработанных различными фирмами.
Например, с требованием, чтобы из 300 пусков дизель-генераторов с выходом на 50% нагрузку, 298 были успешными, некоторые фирмы не соглашаются, считая эту процедуру слишком дорогостоящей и не дающей полной гарантии достижения требуемой цели.
Фирма "Делавель Энджи" предлагает испытания, состоящие из 30 запусков, при этом 29 пусков должны быть успешными, выход на номинальную частоту вращения и принятие 50% нагрузки за 10 с и меньше. Пуск осуществляется из прогретого состояния.
Как видно из приведенных материалов, требования по надежности электроснабжения очень тесно связаны с характером производства и в каждом конкретном случае разрабатываются с учетом ряда факторов, характеризующих специфику производства.
Как показывает анализ зарубежного опыта и опыта многолетней эксплуатации КС магистральных газопроводов, имеющих различные схемы электроснабжения, наиболее экономичны и надежны схемы электроснабжения, имеющие резервированные источники электроснабжения плюс аварийные источники, включаемые на время перехода с одного источника на другой. Как отмечалось выше, вопросы, связанные с определением количества источников электроснабжения, качественных показателей электростанций собственных нужд и их характеристик надежности, имеют сугубо специфические решения в самых различных областях общественного производства.
При проектировании источников электроснабжения КС приходится учитывать ряд специфических требований, предъявляемых отдельными потребителями электрической энергии к эксплуатационной надежности источников электроснабжения, применяемого технологического оборудования, данных ретроспективного анализа эксплуатации аналогичных источников в близких климатических условиях и целый ряд местных факторов. Надежность работы системы электроснабжения в конкретных условиях эксплуатации может быть оценена по соответствующей статистической информации, накапливаемой в течение ряда лет.
В соответствии с методами статистических вычислений величина вероятности отказа исследуемой системы /8/ определяется в результате анализа статистических данных и зависит от количества обрабатываемого статистического материала. Так, например, для определения вероятности события Р = 0,95 при допустимой ошибке Е = 0,05 необходимо иметь не менее 384 наблюдений, а для Р = 0,99 потребуется 663 наблюдения. Таким образом, из приведенных данных следует, что для определения вероятности безотказной работы системы электроснабжения КС требуется проведение длительных наблюдений в течение ряда лет, в конкретных природно-климатических условиях, что не всегда приемлемо, поскольку задача проектирования систем электроснабжения в условиях Севера и Западной Сибири актуальна именно сегодня.
Отечественный опыт построения таких систем недостаточно велик, и в данном случае весьма полезным может быть анализ работы аналогичных систем за рубежом. В зарубежной практике на КС с газотурбинным приводом (ГТУ) наиболее распространены следующие схемы электроснабжения:
- автономное электроснабжение от электрогенераторов с приводом от ГТУ - обеспечиваются потребности насосов и вспомогательного оборудования. Промежуточный резерв - аккумуляторная батарея, обеспечивающая питание в течение времени, необходимого для ввода в действие основного резерва, вспомогательного генератора с газовым двигателем, как правило, поршневым;
- электроснабжение от внешнего источника. Промежуточный резерв - аккумуляторная батарея, основной резерв - вспомогательный генератор с газовым двигателем. В некоторых случаях масло-насосы навешены на ГТУ.
Такие схемы электроснабжения типичны для КС мощностью 6-14 тыс. кВт США и Канады. Для резервирования электроснабжения более мощных КС используются электроагрегаты с газотурбинным приводом. Примером может служить КС Оммен (Нидерланды) мощностью 220 тыс. кВт.
Электроснабжение КС осуществляется от внешних источников (два независимых ввода), но в то же время на станции установлены два резервных электроагрегата с газотурбинным приводом мощностью по 750 кВт (резервируется каждый из двух вводов).
На время запуска этих турбогенераторов в течение 5-10 мин. работает мощный преобразователь постоянного тока в переменный (от аккумуляторных батарей). Как видно из приведенных материалов, зарубежные КС средней мощности имеют двойное резервирование (внешний или автономный источник, аккумуляторная батарея, резервный электроагрегат), а более мощные КС имеют электроснабжение, резервированное четырехкратно (от двух независимых резервируемых источников и аккумуляторной батареи).
В зависимости от того, какова надежность внешних источников электроснабжения (ЛЭП), первичных двигателей электрогенераторов, электростанций собственных нужд (6ГЧ, 6ГЧН 36/45, IIГД100, МГ3500, ПАЭС-2500 и др.), а также каково количество работающих и резервных агрегатов, применяемых на электростанциях собственных нужд, будет зависеть и уровень надежности каждой из перечисленных схем электроснабжения КС.
Системы электроснабжения от ЛЭП по данным некоторых источников /13/ характеризуются высокими коэффициентами готовности, близкими к единице, благодаря чему в большинстве случаев можно ограничиться для резервирования - вторым параллельно включенным элементом - двумя линиями, двумя трансформаторами и т.п.
Расчеты, выполненные в работе /13/, показывают, что для потребителей II категории величина ущерба при отключении 1 раз в 25 лет настолько незначительная, что разница в приведенных затратах на двойную цепь не оправдывается экономией на ущербе.
В эксплуатации, кроме простоев при отказах, имеют место профилактические ремонты, длительность которых соизмерима с временем восстановления при отказах. Возникает вопрос, насколько вероятно появление отказа в одной цепи при профилактическом ремонте другой цепи. В этом случае рассматривается вероятность одновременных отказов обеих цепей и вероятность наложения отказа в одной цепи на ремонт другой. В работе /13/ делается вывод, что наложение ремонта одной цепи на отказ другой исключается.
Фактические данные не всегда соответствуют расчетным и существенно отличаются для различных экономических, климатических и географических зон. Несмотря на общий технический прогресс в развитии сетей ЛЭП общая повреждаемость, по данным Минэнерго СССР, в целом не снижается.
Основными причинами аварийных повреждений являются: воздействие атмосферных нагрузок, превышающих допустимые - 38%, перекрытие загрязненной изоляции 32 %, а также повреждения случайного характера /14/.
Опыт эксплуатации систем электроснабжения КС магистральных газопроводов, имеющих внешние источники электроснабжения, показал, что параметры надежности указанных систем существенно отличаются от расчетных. На основании имеющегося опыта эксплуатации систем электроснабжения объектов газовой промышленности и с учетом опыта создания схем электроснабжения в смежных отраслях промышленности и за рубежом были разработаны в 1980 г. РТМ 51-33-80 "Методические указания по нормированию категорийности электроприемников объектов газовой промышленности", а в 1987 г. РД 51-122-87 "Категорийность электроприемников промышленных объектов газовой промышленности" /11/.


1.3. Электростанции собственных нужд

Удовлетворение существующих потребностей в электроагрегатах для выработки электроэнергии на различных промышленных объектах по добыче и транспорту природного газа - задача достаточно сложная. Ее решение связано с разработкой ряда теоретических проблем и проведением значительного количества экспериментальных работ по разработке мощностного ряда электроагрегатов различного назначения, созданию серийных газовых электроагрегатов на базе дизель-генераторов и агрегатов с газотурбинным приводом, а также согласованию работ в данном направлении между министерствами заказчиками и изготовителями электроагрегатов и электростанций.
Потребность в газовых двигателях для использования в составе электроагрегатов по выработке электроэнергии постоянно растет, а с течением замени ценность природного газа как моторного топлива будет возрастать, и следует ожидать разработки специальных двигателей, работающих по циклам с частичным использованием или только на чистом природном, попутном, синтегазах и водородосодержащих смесях.
Потребность в двигателях для привода генераторов электрической энергии и ряда других потребителей газовых промыслов и газотранспортных предприятий, с ростом объема добычи и транспорта газа в районах Севера и Средней Азии непрерывно возрастает.
Разработка месторождений природного газа, строительство магистральных газопроводов и других объектов в районах Западной Сибири и др. требует создания высоконадежных, мобильных силовых агрегатов в блочной компоновке, приспособленных к работе в суровых климатических условиях как автономно, так и в составе групповых производственных комплексов. В табл. 1.2 приведены данные по электроагрегатам и электростанциям общепромышленного назначения.
Требования повышенной надежности предъявляются ко всем источникам электрической энергии, обеспечивающим потребности предприятий газовой промышленности. Зарубежный и отечественный опыт создания систем гарантированного обеспечения электроэнергией как передвижных установок (судовые энергоустановки, тепловозные и т.д.), так и промышленных предприятий, показал, что наиболее полно отвечают требованиям, предъявляемым к резервным и аварийным источникам электроснабжения - энергетические установки с поршневыми двигателями внутреннего сгорания.
Газовые мотор-генераторы в газовой промышленности используются в качестве основных, резервных и аварийных источников электроснабжения на компрессорных станциях магистральных газопроводов и промыслов, головных сооружениях газопроводов, в бурении, на станциях радио-релейной связи, станциях катодной защиты и ряде других объектов.
Необходимая мощность источников электроснабжения для наиболее важных объектов газовой промышленности может быть оценена следующим рядом: 630, 1000, 1600, 2500, 6000, 12000 кВт. Усредненные данные по объектам взяты по фактическим данным эксплуатации и проектам новых объектов.
Анализ показал, что необходимая мощность источников электроснабжения для отдельных объектов в основном не превосходит 5000 кВт.
Как показывает зарубежный опыт /15/, при необходимости обеспечения нагрузки в пределах от 0,5 до 50 МВт, наиболее надежным и экономичным является использование электростанций, оснащенных поршневыми двигателями внутреннего сгорания (дизели, газодизели и газовые двигатели). Известны электростанции, оснащенные поршневыми ДВС мощностью до 75 МВт во Франции и до 100 МВт в г. Монровии (Либерия) и ряд других. Использование поршневых ДВС на автономных электростанциях кроме выработки электроэнергии позволяет получать технологическое тепло за счет использования в котлах-утилизаторах тепла выхлопных газов, что существенно улучшает экономические показатели работы электростанции и поднимает общий к.п.д. до 60-70% (рис.1.3). Применение поршневых двигателей для выработки электроэнергии обусловливается высокими к.п.д. и стабильностью выработки электрической энергии в условиях больших колебаний нагрузки, что особенно важно для потребителей, не допускающих перерывов в электроснабжении (КС магистральных газопроводов и др.), и, кроме того, следует отметить, что количество вырабатываемого вторичного тепла (в комплексных установках) не зависит от величины вырабатываемой злектроэнергии и может поддерживаться на постоянном уровне.

Таблица 1.2.

Передвижные электроагрегаты и электростанции

переменного тока частотой 50 Гц, выпускаемые

отечественной промышленностью



Тип агрегата



Мощность, кВт напряжение, В ток, А


Расход на номинальной мощности, кг/ч



Габаритные размеры, мм


Сухая масса, кг








топлива


масла








1

2

3

4

5

6






Перевозимые эл. агрегаты с бензиновыми двигателями





АБ-0,5-О/230


0,5; 230; 2,17

0,5

0,04

475х030х445

30




АБ-1-О/230
АБ-1-Т/230


5,44

1,0; 230

3,12



0,04

695х395х535

72




АБ-2-О/230


10,9

1,5



880х560х870

195




АБ-2-О/230М1




1,4



934х560х735

170




АБ-2-Т/230

2; 230


1,5



380х560х870

195




АБ-2-Т/230М1


6,3

1,4

0,04

934х560х735

170




АБ-4-О/230


21,8

3



1075х560х870

250




АБ-4-О/230М1


4; 230

2,6



1114х560х735

200




АБ-4-Т/230


4; 230

3

0,08

1075х560х870

220




АБ-4-Т/230М1




2,6



1114х560х750

195




АБ-4-Т/400




3



1075х560х870

220




АБ-4-Т/400М1




2,6



1114х560х735

195




АБ-8-Т/230


8; 230; 25

4,8

0,12

1440х810х1090

440




АБ-8-Т/400М


8; 400; 14

4,8

0,12

1440х810х1090

440




ПЭС-15Л

230; 37,5

12

400; 21,7



6,8


0,145


11880х740х1650


700




АБ-12-Т/230
АБ-12-Т/400


230; 37,5

12

400; 21,7


6,8


0,145


1700х1000х1470


880




Перевозимые эл. агрегаты с дизельными двигателями





АД-5-Т/230
АД-5-Т/400


230; 15,7

5

400 9


1,95

0,06

1500х760х1180

710




АД-10-Т/220
АД-10-Т/400


230 31,5

10

400 18


4,28


0,125


2115х936х1240


1170




АД-20-Т/230


230 63



8,4








АД-20-Т/230


400 36

20

8,4



2330х950х1600

2200




АД-20-Т/230М


230 63


7,8


0,4








АД-20-Т/400М


400 36





2100х1100х1700

1485




АД-30-Т/230


230 94

30





2400х1720х960

1810




АД-30-Т/400


400 54

13,8

0,26








АД-30-Т/230М2


230 94





2300х1450х960

1700




АД-30-Т/400М2


400 54












АД-50-Т/230М















АД-50-Т/230МУ


230 156












АД-50-Т/400М


50

20,5

0,8

3300х1200х1980

3600




АД-50-Т/400МУ


400 91












АД-75-Т/230М


230 236












АД-75-Т/230МУ



75












АД-75-Т/400М




27,5

0,825

3300х1200х1980

4000




АД-75-Т/400МУ


400 136












АД-100-Т/400


100 400 -

29,5

0,84

2865х1185х1570

2755




АД-200-Тсп/У36/


200 400 -

56,4

1,5

3380х1220х1645

3760





Передвижные эл. станции с дизельным и газотурбинным приводом





ЭСД-5-Т/230


5 230 15,7

2,1

0,08

3150х2000х1790

1390

ЭСД-10-Т/230

10 230 31,5


4,6

0,16

3150х2000х2100

2000

ЭСД-10-Т/400


400 18









ЭСД-20-Т/230


230 63









ЭСД-20-Т/400

400 36

20

8,6


0,25

5750х1890х2230

3600

ЭСД-20-Т/230М1


230 63









ЭСД-20-Т/400М1


400 36

9,0

0,2

3943х2070х2440

2367

ЭСД-30-Т/230


230 94









ЭСД-30-Т/400


400 54









ЭСД-30-Т/230М2


30 230 94

14,4

0,4

5750х1890х2470

3590

ЭСД-30-Т/400М2

400 54










ЭСДА-30-Т/2301Р
ЭСДА-30-Т/4001Р


230 94

30

400 54


12,0


0,38


5750х1890х2500


3600

ЭСД-50-Т/230М












ЭСД-50-Т/230МУ

230 156

50


22,0


0,8


6240х2350х2670


5900

ЭСД-50-Т/400М












ЭСД-50-Т/400МУ


400 91









ЭСД-75-Т/230М




230 236









ЭСД-75-Т/230МУ












ЭСД-75-Т/400М

75

27,0

0,83

6440х2430х2850

7700


ЭСД-75-Т/400


400 136









ЭСД-75-Т/400МУ












ЭСД-100-Т/400



100 400 180



29,0



1,6



6940х2580х3290


8500

ЭСДА-100-Т/400ЗРК










9200

ЭСДА-200-Т/4001РК












ЭСДА-200-Т/400ЗРК


200 400 360

56,4

3,2

9545х2950х3100

12600

КАС-500 “Бам”


500 400 902

118,6

2,56

10000х3200х3000

15000

ПЭ-5


1050 6300 112

272

4,8

15880х2950х4080

74000

ПЭ-6


1050 6300 112

260

4,0

18080х3100х4700

76000

ПАЭС-2500


2500 6300 300

1100

1,0

11565х2500х3750

29000

ГТЭ-4,0


4000 6300 480

1320

5,0

55000х3200х6000

130000

ПЛЭС “Северное сияние”


24000 6300 -

9000

16,0

74800х17000х20800

-

ПРИМЕЧАНИЕ:



в таблице приняты следующие обозначения: АБ - эл. агрегат с бензиновым двигателем, АД - с дизельным двигателем, О - однофазный переменный ток; Т - трехфазный переменный ток; расход топлива дан с точностью ± 5%.

ПАЭС - 2500, ГТЭ - 4,0 и ПЛЭС - газотурбинные эл. станции в автомобильном, ж/д и судовом исполнении соответственно.


Газовые турбины, особенно с разрезным валом, не могут воспринимать резкие набросы и сбросы электрической нагрузки, в то время как поршневые двигатели свободны от этого недостатка. Кроме того, при уменьшении нагрузки к.п.д. газовых турбин резко падает, а поршневые двигатели сохраняют свой достаточно высокий к.п.д. в широком диапазоне нагрузок. У поршневых двигателей может быть достигнуто более точное регулирование параметров работы и более высокая экономичность энергоустановки, чем в случаях с использованием газовых турбин (рис.1.4). Следует отметить, что в ряде случаев источники электрической энергии с поршневыми двигателями позволяют обеспечить более надежное электроснабжение объектов, чем от ЛЭП, а как аварийные источники электроснабжения они наиболее эффективны.
Наиболее целесообразным представляется эксплуатация автоматизированных автономных электростанций (стационарных, резервных, аварийных, пиковых). Автоматизация операций последовательности пуска агрегатов, синхронизации, приема и распределения нагрузки, автоматическая сигнализация нарушения нормального режима эксплуатации, автоматизация вспомогательных операций дозаправки систем охлаждения, масла и остановки двигателя и т.п. позволяет обслуживать автономные электростанции минимальным числом обслуживающего персонала или обходиться без него.


  1   2   3   4   5   6   7   8   9


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации