А. В. Худорожков, Д. М. Фарахшин, А. Н. Шишаев – ООО «Спутник-Комплектация»
В. В. Дурыманов, А. Л. Сабуров – ООО «Сименс»

Высокие требования, предъявляемые к надежности, безопасности и удобству эксплуатации объектов с газотурбинными двигателями – электростанции, энергетические центры, компрессорные станции, приводят к повышению требований к системам автоматического управления силовыми блоками (газоперекачивающий агрегат, энергоблок) и автоматизированным системам управления технологическими процессами объектов.

Проектные решения, закладываемые при разработке САУ и АСУ ТП, определяют характеристики не только систем управления, но и объекта в целом. Важнейшими элементами проектных решений являются:
•    структура системы управления (состав устройств ввода/вывода информации и контроллеров, серверов и операторских станций, а также организация связей между ними);
•    элементная база системы управления;
•    «полевое» оборудование.
САУ силового блока (БС) предназначена для автоматического управления входящим в состав блока оборудованием. Она осуществляет автоматическое регулирование заданных режимов БС, защиту систем блока при аварийных ситуациях, контроль параметров, сигнализацию об отклонении их от нормы, индикацию положения исполнительных механизмов, самодиагностику цепей САУ.
АСУ ТП объекта выполняет автоматизированное управление технологическими процессами во всех режимах работы объекта, включая режимы пуска и останова отдельных агрегатов. Система представляет оперативному и техническому персоналу необходимую технологическую информацию, реализуя такие функции, как получение расчетных параметров, создание и ведение архивов, подготовка и вывод на печать протоколов и другой оперативной документации.
Компания Siemens является признанным мировым лидером в области автоматизации технологических процессов в энергетической и других отраслях промышленности. Фирма «Спутник-Комплектация» в 2001 году заключила партнерское соглашение с департаментом Автоматизации и приводов ООО «Сименс» и стала официальным партнером и системным интегратором в регионе. Это стало определяющим фактором в выборе технических средств и программного обеспечения при создании систем управления энергоцентра.
Начиная с 2001 года ООО «Спутник-Комплектация» занимается разработкой и поставкой комплексов технических средств (КТС) САУ газотурбинных энергоблоков и КТС АСУ ТП электростанций на базе газовых турбин. Учитывая требования заказчика по унификации элементной базы и технических решений, применяемых при разработке САУ силовых блоков и АСУ ТП энергетических объектов, компания с 2004 года занимается разработкой и поставкой низковольтных комплектных устройств (НКУ) на базе оборудования Siemens.
Компания Siemens в рамках программы Totally Integrated Automation (TIA), представляющей интегрированную платформу для решения широкого спектра задач комплексной автоматизации, предложила новую систему управления процессами – SIMATIC PCS 7. Программа TIA позволяет охватить все уровни управления – от «полевого» до уровня управления производством и предприятием в целом. Система управления процессами SIMATIC PCS 7 является одним из основных компонентов платформы TIA.
С 2005 года ООО «Спутник-Комплектация» занимается разработкой и поставкой программно-технических комплексов (ПТК) САУ силовых блоков и АСУ ТП электростанций и энергетических центров на базе системы управления процессами SIMATIC PCS 7. Кроме того, она осуществляет шефмонтаж и пусконаладку данных систем.
Сложившиеся партнерские отношения получили дальнейшее развитие в 2006 году, когда фирма «Спутник-Комплектация» совместно с департаментом Нефти и газа ООО «Сименс» получила заказ на проектирование и поставку программно-технического комплекса АСУ ТП для строящегося энергоцентра нефтегазового месторождения «Южное Хыльчую» (Нарьянмарнефтегаз). Данный проект является для ООО «Спутник-Комплектация» достаточно серьезным и масштабным.
Площадка строительства энергоцентра располагается на южной стороне центрального пункта сбора и подготовки нефти (ЦПС) нефтегазового месторождения «Южное Хыльчую», которое находится в зоне многолетней мерзлоты. Энергоцентр является основным источником энергии для месторождения, включая объекты добычи и подготовки нефти, а также трубопроводную систему до морского терминала «Варандей» и оборудование для перекачки нефти на морские транспортные средства.
К оборудованию энергоцентра предъявлялись особые требования, которые были обусловлены его автономностью, суровыми климатическими условиями места расположения и требованиями технологии нефтяного месторождения. При этом надежность энергоснабжения носит приоритетный характер, из чего соответственно вытекают требования к высокой надежности оборудования, а также необходимости его резервирования. Кроме того, технология производства энергии и оборудование должны обеспечивать современные теплотехнические и эксплуатационные показатели.
Указанным требованиям отвечает газотурбинная технология совместной выработки электрической и тепловой энергии в едином цикле с использованием надежного оборудования, управляемого САУ, созданной на базе системы SIMATIC PCS 7. Основным оборудованием для энергоцентра являются энергетические газотурбинные установки SGT-600 производства Siemens.
С 2008 года (после ввода в эксплуатацию 1-й очереди) энергоцентр «Южное Хыльчую» (фото 1) снабжает электрической и тепловой энергией объекты ООО «Нарьянмарнефтегаз». Вырабатываемая электрическая мощность при полном развитии энергоцентра составит около 250 МВт, тепловая – около 150 МВт.
Генеральным проектировщиком энергоцентра является НПП «Энергоперспектива». При разработке проектной документации были задействованы институты, специализирующиеся на проектировании энергообъектов, – «Теплоэлектропроект» (г. Ростов-на-Дону), «Теплоэлектропроект» (Н.Новгород), «РОСЭП»,
«Севзапэнергосетьпроект».
АСУ ТП Энергоцентра создавалась на базе SIMATIC PCS 7 с целью объединения в единое целое следующих подсистем и объектов автоматизации:
•    газотурбинные установки SGT-600 (фото 2) – 10 ГТУ по 25 МВт;
•    водогрейные котлы-утилизаторы (6 котлов);
•    дизель-генераторы (4 ДГ);
•    пиковые водогрейные котлы (2 котла);
•    система хранения и подачи дизельного топлива;
•    водоподготовительная установка;
•    пункт подготовки природного газа;
•    дожимная компрессорная станция;
•    общестанционное технологическое и электротехническое оборудование.
Одной из особенностей энергоцентра является работа основного оборудования, включая газотурбинные энергоблоки, на трех видах топлива – попутный нефтяной газ, природный газ, дизельное арктическое топливо.
Учитывая протяженность энергоцентра и значительное количество технологических объектов, АСУ ТП станции реализована в виде распределенной по технологическим объектам системы, с целью образования локальных децентрализованных структур. Такое распределение обеспечивает автономную работу технологических групп оборудования. При потере связи с вышестоящим уровнем устройство управления продолжает работать в автономном автоматическом режиме по имеющимся на данный момент уставкам. Центральный щит управления станцией представлен на фото 3.
Структура АСУ выполнена по принципу многоуровневой, иерархической информационно-управляющей системы и подразделятся на три уровня: верхний – операторский уровень; средний – уровень технологического объекта; нижний – уровень «полевого» оборудования. Структурная схема АСУ представлена на рис. 1.
Для обеспечения необходимого уровня надежности и безопасности работы объекта применены следующие решения:
•    используются технические средства производства Siemens, имеющие высокие показатели надежности;
•    во взрывоопасных зонах применяется сертифицированное оборудование во взрывозащищенном исполнении. В цепях, соединяющих САУ и АСУ ТП с оборудованием, размещенным во взрывоопасных зонах, устанавливаются искрозащитные разделительные барьеры;
•    на ответственных участках технологического процесса для измерения параметров устанавливаются по два, а при необходимости и по три, первичных измерительных преобразователя, информация с которых заводится в разные модули ввода, установленные в разные «корзины» устройств сопряжения с объектом (УСО);
•    электропитание САУ и АСУ осуществляется переменным напряжением 220 В от двух независимых источников (вводов), с использованием резервированных источников вторичного электропитания. Для ответственных узлов применяются дополнительные источники с аккумуляторными батареями;
•    производится непрерывный контроль содержания газа в воздухе под звукотеплоизолирующим кожухом силового агрегата и в зонах размещения основного технологического оборудования;
•    осуществляется контроль состояния технических средств АСУ (в том числе работоспособность контроллеров и модулей ввода/вывода);
•    применяется кольцевая структура локальной сети с использованием оптоволокна, обеспечивающая необходимую защиту от помех канала передачи данных, а также его высокую надежность. Локальная сеть объединяет все САУ энергоблоков и подсистем АСУ ТП;
•    осуществляется тройное резервирование средств автоматизации на уровне управления и дублирование на уровне регистрации потока поступающей информации. Алгоритмы дублирования встроены в программное обеспечение системы (WinCC).
Принятые технические решения позволяют полностью удовлетворить требования по обеспечению надежности и противоаварийной защиты электростанции.
В ходе строительства энергоцентра возник вопрос съема тепла и поддержания в заданных температурных пределах оборудования энергоблоков SGT-600. С этой целью фирмой «Спутник-Комплектация» совместно с департаментом Нефти и газа ООО «Сименс» разработана и обеспечена комплектная поставка систем воздушного охлаждения (по одной системе для каждого энергоблока).
В комплект поставки системы воздушного охлаждения входит аппарат воздушного охлаждения (АВО), САУ, низковольтное комплектное устройство (НКУ), частотно-регулируемые приводы (ЧРП), контрольно-измерительные приборы (КИП) и исполнительные механизмы.
Система автоматического управления аппарата воздушного охлаждения создана на базе SIMATIC PCS 7 и предназначена для автоматического контроля параметров технологического процесса и комплексного управления оборудованием АВО. В составе САУ имеется местная операторская панель, позволяющая контролировать значения параметров и состояние исполнительных механизмов, а также управлять оборудованием АВО.
САУ АВО взаимодействует с локальной САУ SGT-600 и АСУ ТП энергоцентра. Для обмена информацией с внешними системами используются стандартные протоколы и цифровые каналы информационного обмена.
Структурная схема САУ аппарата воздушного охлаждения представлена на рис. 2.
В САУ АВО предусмотрена автоматическая самодиагностика технических средств «глубиной» до сменного блока, а также самодиагностика программного обеспечения. На контроллерном уровне возможна замена оборудования без отключения питания, если это не влияет на безопасность эксплуатации. В состав оборудования АВО, контроль и управление которым осуществляется САУ, входят:
•    насосы подачи этиленгликоля;
•    электродвигатели вентиляторов АВО;
•    жалюзийные заслонки АВО;
•    запорная арматура в трубопроводной обвязке;
•    бак для слива рабочей жидкости из системы.
Для обеспечения комплексного подхода к созданию систем управления оборудованием фирмой «Спутник-Комплектация» разработан и сертифицирован пожарный контроллер на базе SIMATIC PCS 7, а с 2008 года разрабатываются и поставляются заказчику системы пожарной автоматики как отдельных силовых блоков, так и объекта в целом.
Применение SIMATIC PCS 7 при создании систем управления теплоэлектростанций позволило решить следующие задачи:
•    автоматизация технологических процессов энергоцентра и основного оборудования, примененного в его составе, выполнена с использованием продукции серии SIMATIC. Таким образом, на базе одних и тех же технических и программных средств автоматизированы непрерывные технологические процессы и созданы САУ, выполняющие локальные задачи;
•    визуализация и контроль процесса осуществлены при помощи средств, имеющих одинаковую пользовательскую оболочку как на уровне центрального щита управления, так и на местных операторских панелях, устанавливаемых непосредственно около управляемого оборудования;
•    настройка всей системы ПТК АСУ ТП и локальных САУ осуществляется централизованно с автоматизированного рабочего места (АРМ) инженера, в основе работы которого лежит общая для всех систем база данных;
•    применение децентрализованных станций ввода/вывода и интеллектуальных периферийных устройств промышленного назначения в сочетании с системой коммуникации Profibus DP позволяет устанавливать периферийные модули в непосредственной близости от технологического оборудования;
•    связь между интеллектуальным «полевым» оборудованием, децентрализованными станциями ввода/вывода, программно-логическими контроллерами, серверным оборудованием и АРМ осуществляется с использованием шинных систем стандарта PROFIBUS и Industrial Ethernet. При этом обе сетевые системы позволяют реализовать конфигурации с резервированием на уровне среды передачи информации.
В данном проекте АСУ ТП энергоцентра успешно реализованы автоматизированные функции группового регулирования мощности и синхронизации электростанции на внешнюю сеть. Основной задачей группового регулирования мощности электростанции является равномерное распределение нагрузки между генераторами.
Групповой регулятор, реализованный в АСУ ТП энергоцентра, включает в себя системы группового регулирования реактивной и активной мощности. Регулятор автоматически, без участия оператора осуществляет оценку режимов работы газотурбинной электростанции и прилегающей сети. На основе данных производится выбор режимов группового регулирования, определение законов регулирования энергоблоками и контроль состояния главной электрической схемы при выборе режима синхронизации.
При работе электростанции параллельно с внешней сетью с АРМ оператора могут быть заданы два основных режима работы в групповом регулировании – с автоматическим ограничением выдачи мощности во внешнюю сеть (как активной, так и реактивной) и без ограничения выдачи мощности.
Возможность выбора режима синхронизации определяется состоянием главной схемы и отображается на рабочем месте оператора.
Система синхронизации обеспечивает полное взаимодействие с устройствами синхронизации, а также многоуровневую систему защиты от несинхронного включения, как аппаратную, так и программную. Синхронизация осуществляется с применением автоматических устройств, а также с помощью ручной синхронизации, когда включение производит оператор с панели ручной точной синхронизации.
На ноябрь текущего года программнотехнический комплекс АСУ ТП энергоцентра и локальные САУ находятся в эксплуатации больше года. За этот период не было ни одного случая аварийного останова оборудования по причине нестабильной работы систем автоматизации. Это подтверждает высокую надежность программно-технических средств и правильность выбора системы управления процессами SIMATIC PCS 7 в качестве основы для создания ПТК АСУ ТП энергоцентра и локальных САУ.