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

Применение современных систем управления газотурбинными энергоблоками позволяет оптимально использовать технические возможности оборудования и оптимизировать алгоритм распределения нагрузки между параллельно работающими агрегатами.

В последнее десятилетие все большее внимание уделяется применению газотурбинных технологий в малой энергетике. Объясняется это тем, что для удовлетворения растущих потребностей в электроэнергии нужен надежный, экономичный, экологически чистый источник ее производства, к тому же позволяющий утилизировать сжигающийся на факелах попутный нефтяной газ. Газотурбинные энергоблоки в полной мере соответствуют этим требованиям, поэтому именно они используются в составе электростанций собственных нужд нефтяными и газовыми компаниями.
Компания «Лукойл-Западная Сибирь» занимает лидирующие позиции в применении газотурбинных технологий при создании предприятий собственной генерации электроэнергии. На сегодня в эксплуатации находятся две многоагрегатные газотурбинные электростанции мощностью 72 МВт и 48 МВт.
Поставщиком основного оборудования для электростанций собственных нужд компании «Лукойл-Западная Сибирь» являются предприятия Пермской кооперации. Головной поставщик – ОАО «Авиадвигатель», разработчик энергоблоков – НПО «Искра», изготовитель и поставщик пэкиджа энергоблока – ЗАО «ИскраЭнергетика».
Энергоблок ЭГЭС-12С создан на базе высокотехнологичной газотурбинной установки ГТУ-12П, разработанной в ОАО «Авиадвигатель». В составе энергоблока применен турбогенератор ТС-12-2РУХЛ (ОАО «Привод») с микропроцессорной системой возбуждения.
Энергоблок оснащается системой автоматического управления и низковольтным комплектным устройством, разработанными ГП «Спутник» на базе программно-технических средств Siemens.
В качестве топлива для энергоблоков ЭГЭС-12С используется попутный нефтяной газ, добываемый на месторождениях компании «Лукойл-Западная Сибирь». Электростанции собственных нужд (ЭСН) позволяют снизить себестоимость добычи нефти, обеспечивают электроэнергией инфраструктуру месторождений с учетом планируемого увеличения объемов добычи нефти и газа.
Известно, что наиболее эффективно использование ГТУ на номинальном режиме, так как при снижении нагрузки до 50 % (и ниже) электрический КПД газовой турбины значительно уменьшается. В связи с этим необходимо совершенствовать системы автоматического управления энергоблоков, чтобы оптимально использовать технические возможности входящего в состав ГТЭС оборудования и оптимизировать алгоритмы распределения нагрузки между параллельно работающими энергоблоками. Это, в свою очередь, требует автоматического (без участия оперативного персонала) управления работой газотурбинных энергоблоков на всех режимах. Решением подобных задач на протяжении последних десяти лет занимается коллектив ГП «Спутник».
Для строительства новых ЭСН компанией «Лукойл-Западная Сибирь» принято решение использовать энергоблоки ЭГЭС-12С с повышенной эффективностью использования газообразного топлива. Это достигается за счет утилизации тепла выхлопных газов при помощи котла-утилизатора, то есть совместной выработкой электрической и тепловой энергии в едином цикле, с применением САУ, созданной на базе SIMATIC PCS 7.
ГП «Спутник» постоянно совершенствует проектные решения, заложенные при разработке САУ технологических систем ЭГЭС-12С, что оказывает определяющее влияние на характеристики как энергоблока, так и электростанции в целом.
Являясь официальным партнером ООО «Сименс» и системным интегратором в Уральском регионе, ГП «Спутник» с 2001 года занимается разработкой и поставкой комплексов технических средств (КТС) САУ газотурбинных энергоблоков, КТС автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) электростанций на базе газовых турбин, низковольтных комплектных устройств (НКУ) на базе оборудования фирмы Siemens.
Начиная с 2005 года ГП «Спутник» выполняет разработку, поставку, шефмонтаж, пусконаладку и обслуживание программно-технических комплексов (ПТК) САУ энергоблоков и ПТК АСУ ТП электростанций и энергетических центров на базе SIMATIC PCS 7 и «интеллектуальных» НКУ на базе оборудования Siemens.
За время работы компанией «Спутник» разработаны и изготовлены САУ энергоблоков и силовых блоков на базе ГТУ различной мощности, которые сейчас находятся в эксплуатации:
•    ЭГЭС-4; ГТЭИ-4; ГТЭС4 на базе ГТУ-4П – 16 комплектов;
•    ЭГЭС-12С; ГТП-10 на базе ГТУ-12П – 37 комплектов;
•    АСУ ТП электростанций и энергетических центров – 6 систем.
САУ и НКУ энергоблока предназначены для автоматического управления входящим в его состав оборудованием, регулирования заданных режимов работы, защиты систем энергоблока при аварийных ситуациях, контроля параметров, сигнализации отклонений их от нормы и индикации положения исполнительных механизмов, самодиагностики цепей САУ и НКУ.
САУ и НКУ энергоблока ЭГЭС-12С создавались с целью объединения в единое целое различных подсистем и оборудования, входящего в состав газотурбинного энергоблока:
•    газотурбинная установка – ГТУ-12ПГ2 в комплекте с локальной САУ;
•    редуктор;
•    генератор в комплекте с СУВГ;
•    система электрозапуска;
•    система маслообеспечения ГТУ;
•    объединенная система маслообеспечения генератора и редуктора;
•    система воздухоочистки и всасывания;
•    система охлаждения и вентиляции ГТУ;
•    система охлаждения генератора;
•    система пожарной сигнализации и пожаротушения, совмещенная с системой контроля загазованности;
•    система выхлопа;
•    система контроля вибрации;
•    система синхронизации;
•    блок защит генератора.
В связи с отсутствием в составе ЭСН АСУ ТП от заказчика поступили дополнительные требования к функционированию САУ энергоблока и выполняемым ею функциям, а также требования к общестанционному автоматизированному рабочему месту (АРМ) оператора:
•    САУ параллельно работающих энергоблоков должны в автоматическом режиме выполнять распределение мощности (в связи с отсутствием общестанционного группового регулятора) с учетом ограничений, накладываемых режимами работы энергоблоков, параметрами сети и эксплуатационными ограничениями;
•    в состав каждой САУ должно входить АРМ оператора местного управления, размещаемое в машинном зале рядом с энергоблоком и позволяющее управлять оборудованием, задавать режимы работы и анализировать работоспособность энергоблока;
•    в САУ должна быть реализована функция синхронизации на генераторном выключателе и общестанционных или удаленных от электростанции выключателях;
•    для обеспечения централизованного управления всеми энергоблоками ЭСН должно быть предусмотрено общестанционное АРМ.
В результате проработки требований заказчика структура САУ энергоблока выполнена по принципу многоуровневой иерархической информационно-управляющей системы и подразделяется на три уровня. Верхний (операторский) уровень включает АРМ оператора местного управления; средний (уровень технологического объекта) включает контроллеры и устройства сопряжения с объектом; нижний – уровень полевого оборудования.
С целью обеспечения необходимого уровня надежности и безопасности работы энергоблока ЭГЭС-12С в составе САУ применены следующие решения:
•    используются технические средства, производимые фирмой Siemens, имеющие высокие показатели надежности;
•    применена «надсистемная» защита – блок аварийного останова;
•    предусмотрено АРМ оператора местного управления;
•    электропитание САУ осуществляется по двум вводам от систем бесперебойного питания;
•    во взрывоопасных зонах применяется сертифицированное оборудование во взрывозащищенном исполнении. В линиях связи с оборудованием, размещенным во взрывоопасных зонах, устанавливаются искрозащитные разделительные барьеры;
•    непрерывно контролируется содержание газа в воздухе под звукотеплоизолирующим кожухом энергоблока;
•    производится непрерывный контроль и анализ значений технологических параметров энергоблока, архивирование поступающей информации и действий оперативного персонала;
•    осуществляется контроль состояния технических средств САУ (в том числе работоспособность контроллеров и модулей ввода/вывода).
Данные технические решения позволяют полностью удовлетворить требования по обеспечению надежности и противоаварийной защите.
В заключение нужно отметить следующие основные особенности САУ энергоблока ЭГЭС-12С:
1.    Возможность взаимодействия между САУ энергоблоков посредством обмена информацией, что позволило обеспечить их совместную работу в режиме группового распределения мощности между параллельно работающими энергоблоками при отсутствии общестанционного группового регулятора. Для этого на ЭСН организована информационная сеть, объединяющая САУ всех энергоблоков, а в САУ реализованы специализированные алгоритмы распределения мощности.
2.    В состав каждой САУ входит АРМ оператора местного управления, установленное в одном из шкафов системы, размещенных в машинном зале, рядом с энергоблоком. АРМ предназначено для выполнения пусконаладочных и сервисных работ (даже в период неполной готовности ЭСН), что позволяет одновременно выполнять их на нескольких энергоблоках. АРМ обеспечивает полнофункциональное управление работой энергоблока: сбор, архивирование и отображение технологической, настроечной и диагностической информации.
3.    В САУ реализована функция синхронизации как на генераторном выключателе (по командам автоматического синхронизатора или колонки ручной синхронизации, входящих в состав энергоблока), так и общестанционных или удаленных от станции выключателях (по командам от удаленного синхронизатора).
4.    Для обеспечения централизованного места управления всеми энергоблоками ЭСН разработано, поставлено и эксплуатируется общестанционное АРМ, позволяющее полнофункционально управлять работой всех энергоблоков.

Опыт эксплуатации энергоблоков ЭГЭС-12С под управлением САУ и НКУ на базе технических средств Siemens в очередной раз доказал высокую надежность применяемой техники, правильность выбранных технических решений, возможность расширения функциональных возможностей и реализации дополнительных требований заказчика.