• Скачать в формате PDF

А. Я. Штраус; Н. А. Сингаевский, к.т.н.; А. Е. Церковный, к.т.н. – ДОАО «Электрогаз» (ОАО «Газпром»)
П. В. Яцынин, к.т.н. – ЭлектрогазПроект, филиал ДОАО «Электрогаз»

Построение систем электроснабжения линейных потребителей магистральных газопроводов ОАО «Газпром» в регионах со слабо развитой энергетической инфраструктурой должно выполняться в соответствии с рекомендациями, изложенными в [1]. В их основе – централизованный или смешанный тип применения блочно-комплектных устройств электроснабжения.

Для обеспечения требуемого уровня надежности в блочно-комплектных устройствах электроснабжения (БКЭС) необходимо предусматривать два независимых источника питания – основной и резервный. При этом в качестве основного целесообразно использовать источник питания, работающий на природном газе.
БКЭС представляют собой изделия полной заводской готовности, поэтому ввод их в эксплуатацию на объекте производится в сжатые сроки при незначительных затратах. Обслуживание оборудования в процессе эксплуатации также не связано с большими расходами. Это подтверждено производственно-эксплуатационными испытаниями головного образца БКЭС-ЭГ, разработанного и изготовленного в ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром» [1].
С 2006 года компанией освоен серийный выпуск БКЭС различных модификаций, в которых основным источником питания, как правило, являются микротурбинные установки (МТУ) Capstone С-30 мощностью 30 кВт или комплектная трансформаторная подстанция мощностью 10…100 кВА. В качестве резервных, наряду с этими источниками, используются также дизель-генераторные установки мощностью от 8,5 кВт до 100 кВт.
В соответствии с планом газоснабжения Сыктывкарского промузла компания «Электрогаз» разработала и изготовила для ГРС «Сыктывкар» блочно-комплектное устройство на базе двух МТУ мощностью по 100 кВт типа TA-100R компании Calnetix Power Solutions. Электрическая схема БКЭС представлена на рис. 1.
По выбору оператора каждая из микротурбинных установок может использоваться как в качестве основного, так и резервного источника питания. Параллельный режим работы МТУ не предусмотрен.
Перевод питания на резервную МТУ в случае отказа основной установки производится устройством автоматического включения резерва (АВР), которое контролирует напряжение на выходах микротурбин с помощью реле напряжения KV1, KV2 и воздействует на автоматические выключатели QF1, QF2. Пуск резервной установки осуществляется по команде устройства АВР.
Для электропитания ответственных потребителей (оборудования телемеханики, а также собственных нужд МТУ – подогрев масла и заряд аккумуляторов) в БКЭС предусмотрен бензоэлектрический агрегат (БА) мощностью 8 кВт. Пуск агрегата и включение его под нагрузку с помощью переключателя Q1 производится оператором вручную.
Конструктивно БКЭС выполнено в виде установленных рядом двух утепленных блоков – МТУ и электротехнического блока (рис. 2, фото).
В стенах блока МТУ имеются восемь вентиляционных проемов, в которых установлены воздушные клапаны с автоматическим управлением. Проемы защищены изнутри решеткой. Для монтажа микротурбинных установок в крыше предусмотрены два люка.
В корпусах обоих блоков выполнены закладные для крепления оборудования, проемы для ввода/вывода силовых и контрольных кабелей, а также для прохода выхлопных труб и труб системы газоснабжения.
В блоке МТУ расположены:

• две установки Calnetix TA-100R;
• оборудование системы газоснабжения;
• приборы контроля загазованности;
• восемь воздушных клапанов с электроприводом Belimo и два клапана – с вытяжными вентиляторами.

В электротехническом блоке размещается следующее оборудование:

• щит собственных нужд;
• распределительное устройство низкого напряжения;
• щит учета расхода газа и щит пожарной автоматики;
• модули газового пожаротушения;
• источник бесперебойного питания MDT10-A6;
• бензоэлектроагрегат AKSA мощностью 8 кВт;
• стол-верстак.

Оба блока оснащены системой отопления и вентиляции, автоматически поддерживающей заданную температуру, а также рабочим, аварийным и ремонтным освещением.
Система газоснабжения обеспечивает микротурбинные установки природным газом необходимого качества. Допускается также использование попутного нефтяного газа и биогаза.
В состав системы газоснабжения входят:

• газопровод с термозапорным клапаном КТЗ-50-01;
• три электромагнитных клапана-отсекателя КЭ-1;
• три газовых фильтра типа ФГ;
• ротационный газовый счетчик RVG G-16 с электронным корректором расхода газа ВКГ-2;
• линия байпаса с отключающей арматурой и продувочными газопроводами;
• комплекты топливной аппаратуры микротурбинных установок.

Термозапорный клапан срабатывает при повышении температуры в блоке МТУ до 80…100 °С, герметично перекрывая газопровод на входе в блок.
Электромагнитный клапан-отсекатель прекращает подачу газа в микротурбинные установки при превышении в блоке МТУ концентрации оксида углерода 100 мг/м3, а также при поступлении сигнала «Пожар».
Кроме того, в составе каждой микротурбинной установки имеются клапаны-отсекатели, управляемые контроллерами МТУ. Они обеспечивают безопасность эксплуатации микротурбин с учетом технологических особенностей пуска, работы и остановки МТУ.
Установка Calnetix TA-100R представляет собой агрегат полной заводской готовности со всеми вспомогательными системами, смонтированными на единой раме. Для повышения электрического КПД используется газовоздушный теплообменник-рекуператор. Во время работы МТУ обеспечивается постоянная частота вращения ротора. Это позволяет без использования дополнительных источников энергии, например, аккумуляторных батарей, принимать в один прием до 100 % нагрузки. Диапазон изменения нагрузки составляет от 0 до 100 %.
Вырабатываемое высокочастотное напряжение подвергается двойному преобразованию: в постоянное, а затем в переменное – 400 В (50 Гц). Выработка электроэнергии начинается в течение 3-4 мин после запуска установки (одновременно с выходом на режим холостого хода).
МТУ выполнена в виде единого агрегата, в который интегрированы газотурбинный двигатель и электрический генератор. На одном валу последовательно расположены втулка с постоянными магнитами, колеса одноступенчатого центробежного компрессора и одноступенчатой центростремительной турбины. Такое решение позволило отказаться от редуктора.
Эксплуатация МТУ возможна при температурах окружающего воздуха от –60 °С до +50 °С. Назначенный ресурс установки составляет 72 тыс. часов, межремонтный – 24 тыс. часов. Зависимость КПД и мощности установки от нагрузки и температуры воздуха на входе показана на рис. 3.
Выбор для БКЭС в качестве привода микротурбинной установки Calnetix TA-100R обусловлен следующими ее достоинствами:

• МТУ может работать как в автономном режиме, так и параллельно с сетью;
• установка способна воспринимать 100 %-е  набросы и сбросы нагрузки;
• в качестве топлива может использоваться низкокалорийное топливо с минимальной концентрацией метана 30 %;
• может работать в течение длительного времени при очень низких нагрузках, в том числе в режиме холостого хода.

Важным фактором являются экологические показатели: низкий уровень эмиссии NOx (25 ppm при 15 % О2) и низкий уровень шума (30…40 дБ на расстоянии 1 м от контейнера), практически полное отсутствие вибрации.
Кроме того, микротурбинные установки данного типа характеризуются малыми затратами времени на техническое обслуживание, которое должно производиться после 4 тыс. часов наработки. Таким образом, за 24 тыс. часов работы (что составляет около трех лет) на техобслуживание затрачивается не более 55 нормочасов. Замена масла в турбогенераторе производится через 24 тыс. моточасов.
При проектировании и изготовлении БКЭС на базе МТУ Calnetix TA-100R применялись  инновационные конструкторско-технологические решения и материалы, что позволило обеспечить высокую степень надежности электроснабжения потребителей.

Использованная литература
1. Перспективы применения автономных источников для электроснабжения линейных потребителей: Материалы заседания секции «Энергетика» Научно-технического совета ОАО «Газпром» (Санкт-Петербург, 13-15 февраля 2007 г.). М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007.
2. БКЭС-ЭГ на базе микротурбины: результаты испытаний/А.Я. Штраус, Н.А. Сингаевский, А.Е. Церковный и др.//Турбины и дизели. 2008, № 4. С.10-13.