02.07.2007
< Назад

Подсистема режимного управления для газо-поршневых электростанций собственных нужд объектов нефтегазовой промышленности. «Турбины и дизели» № 5

Повышение требований к надежности электроснабжения заставляет нефтяные и газовые компании при строительстве собственных электростанций применять технологии и технические средства, обеспечивающие увеличение надежности их работы и живучести систем электроснабжения нефтяных промыслов.

Мартынов Е.В., Першин П.И.
ОАО «Звезда-Энергетика»

Обеспечение бесперебойной и надёжной работы электростанций на нефтегазовых месторождениях невозможно без использования высокоинтеллектуальных и высокоорганизованных автоматизированных систем контроля и управления технологическими процессами на электростанции.

Типовая структура автоматизированной системы управления технологическими процессами электростанции собственных нужд (АСУ ТП ЭСН) имеет вид, показанный на рис. 1. АСУ ТП ЭСН состоит из автоматизированной системы управления электротехнической части станции АСУ Э и автоматизированной системы управления технологической части станции АСУ Т.

Подсистема режимного управления (ПРУ) входит в состав АСУ Э. В состав объектов управления ПРУ входит основное и вспомогательное оборудование электростанции. Прочее оборудование электрического хозяйства станции, которое не вошло в состав объектов управления ПРУ, входит в состав АСУ Э. Подсистема режимного управления электростанций собственных нужд (ПРУ) предназначена для автоматизированного управления работой основного и вспомогательного оборудования электростанции во всех режимах работы, представления персоналу необходимой технологической информации, получения расчётных параметров, создание и ведение архивов, подготовки и вывода на печать протоколов и другой оперативной документации.

Основные режимы работы электростанции

  • «Автономная работа» — работа ЭСН на нагрузку при отсутствии электроснабжения от внешней энергосистемы.
  • «Параллельная работа с внешней энергосистемой» — работа ЭСН на нагрузку совместно с внешней энергосистемой.
  • «Дежурство» — работа ЭСН при остановленных электроагрегатах и при питании потребителей ЭСН от внешней энергосистемы.

Режим параллельной работы с энергосистемой имеет два рабочих подрежима управления по выбору с автоматизированного рабочего места — АРМ ПРУ: в виде базовой нагрузки или в виде импорта/экспорта мощности. Подрежим базовой нагрузки подразумевает работу электроагрегата с постоянной заданной мощностью. Подрежим импорта/экспорта подразумевает поддержание заданного перетока мощности в лини связи с энергосистемой.

Среди основных задач при создании подсистемы режимного управления нужно выделить следующие:

  • контроль и предоставление точной оперативной информации о параметрах всего основного и вспомогательного оборудования электростанции;
  • комплексное управление работой основного и вспомогательного технологического оборудования электростанции за счёт использования современных методов контроля, управления и регулирования технологических процессов и применения высоконадёжной микропроцессорной элементной базы;
  • устойчивую работу электростанции в заданном режиме за счет автоматического поддержания частоты и напряжения на шинах электростанции в соответствии с ГОСТ 13109–97 (при автономном режиме работы) или заданной мощности в линии связи с энергосистемой (при работе параллельно с энергосистемой) и распределения активных и реактивных нагрузок между параллельно работающими электроагрегатами. «Звезда-Энергетика», пожалуй, одна из немногих компаний, которая может реализовать такие возможности на энергетическом оборудовании.
  • надежную и безопасную эксплуатацию технологического оборудования ЭС за счет автоматического обнаружения неисправностей и предотвращения развития аварийных ситуаций;
  • удобство работы оперативного персонала при управлении автоматизируемым оборудованием за счёт создания современных автоматизированных рабочих мест;
  • предотвращение ошибочных действий оператора;
  • снижение затрат на эксплуатацию и ремонт оборудования электростанции.

При построении ПРУ принята концепция, отвечающая следующим требованиям

  • использование современных программно-технических средств (ПТС), соответствующих международным стандартам;
  • повышение эффективности управления и контроля технологических объектов за счет применения современных методов управления;
  • обеспечение заданной надежности ПРУ;
  • упрощение процесса обслуживания и ремонта;
  • расширение функциональных возможностей в процессе эксплуатации.
  • Структурная схема ПРУ представлена на рис. 2. На нижнем «полевом» уровне ПРУ располагается контрольно-измерительное оборудование (датчики, измерительные устройства, сигнализаторы, преобразователи сигналов и т. д.) и управляемая аппаратура (исполнительные механизмы, электромеханические устройства).

Первичный анализ и обработку данных от контрольно-измерительной аппаратуры проводят локальные системы автоматического управления (САУ) (терминалы микропроцессорных защит ячеек РУ, САУ агрегатов, САУ вентиляции, щиты собственных нужд). На основе полученных команд и данных о параметрах контролируемого процесса они формируют сигналы управления оборудованием.

На среднем, «станционном» уровне структуры ПРУ реализуются алгоритмы контроля и управления оборудованием электростанции и САУ нижнего уровня на основе данных, получаемых как от собственных первичных источников информации (датчиков), так и от других САУ через информационную сеть.

Верхний уровень структуры ПРУ составляет автоматизированное рабочее место (АРМ) специалиста, с помощью которых можно полностью контролировать состояние технологического и прочего оборудования ЭС, анализировать текущие или архивные данные, осуществлять управление работой отдельных установок или подсистем.

Помимо АРМ в состав программно-технических средств верхнего уровня ПРУ может быть включена «Система единого времени», которая посредством единой информационной сети осуществляет синхронизацию системного времени рабочих станций и контроллеров подсистем.

По желанию заказчика, ПРУ интегрируется в автоматизированную систему управления верхнего уровня. Связь обеспечивается по сети «Ethernet». Доступ к данным ПРУ предоставляется через программу RSLinx Gateway посредством протокола OPC (DA 2.0).

Связь между частями ПРУ осуществляется по каналам последовательной передачи информации на базе современного высоконадёжного интерфейса RS485 (Modbbus, Industrial Ethernet) и по индивидуальным линиям связи для передачи особо ответственных команд управления. На структурной схеме (рис. 2) ПРУ входит в состав АСУ Э.

В качестве интерфейса оператора предложен программный комплекс cсозданный на базе RSview Studio, работающий в среде Windows 2000 и обеспечивающий многоуровневое представление оператору всей необходимой информации, включая активные мнемосхемы, тренды контролируемых параметров и т. п.

Для резервирования микропроцессорной системы управления, измерения и сигнализации (при неисправности контроллера) предусмотрено дублирование традиционными средствами, установленными на шкафах ПРУ: переключателями, стрелочными измерительными приборами, сигнализатором. Существует возможность ручного управления и синхронизации электроагрегатов со шкафов управления ПРУ.

Функции ПРУ

К общесистемным функциям ПРУ относятся:

обнаружение недопустимых отклонений технологических параметров и технологическую сигнализацию предаварийных и аварийных ситуаций;
выдача команд на пуск, вывод на режим, останов и аварийный останов энергоблоков ЭС;
взаимодействие между отдельными подсистемами электростанции (АСУ Э, пожарная автоматика, система контроля загазованности, ЩСН, САУ вентиляции и т. д.);

Информационные функции ПРУ:

Перед подсистемой режимного управления ставятся и информационные задачи. Для решения этих задач ПРУ выполняет следующие функции.

  • отображение на мониторе рабочей станции (АРМ) видеограмм текущего состояния технологического процесса (мнемосхем, таблиц, графиков и др.);
  • отображение состояния исполнительных механизмов, включая такие состояния как:
    — включено,
    — отключено,
    — открывается или закрывается задвижка,
    — неисправность по задвижке (несанкционированный останов в промежуточном положении);
  • отображение технологической, предупредительной и аварийной сигнализации (текстовой, графической и звуковой) об изменениях параметров, режимов, состояний контролируемого оборудования, включая сообщения о:
    — срабатывании АВР,
    — отклонении технологических параметров за соответствующие уставки,
    — аварийных отклонениях параметров,
    — срабатывании технологических защит,
    — состоянии технологических защит (выведена, проверка),
    — квитировании сообщений оператором;
  • формирование базы данных, ведение суточной и сменной ведомости, графиков изменения текущих параметров, ведомости событий, архива по заданным контролируемым технологическим параметрам и событиям;
  • отображение на мониторе рабочей станции информации из архивов технологических параметров и событий виде таблиц и графиков.

Управляющие функции ПРУ:

  • автоматическое управление исполнительными механизмами;
  • дистанционное управление с помощью мнемосхем, диалоговых окон и меню, а также средств местного управления механизмами, запорно-регулирующей арматурой и коммутационными аппаратами электрической схемы по командам оператора с учетом имеющихся в системе блокировок;
  • управление с использованием аварийных и местных пультов управления, кнопочных постов и выключателей;
  • блокировка команд оператора при выполнении определенных алгоритмов автоматического управления;
  • автоматический контроль исполнения команд, выданных на исполнительные механизмы (ИМ).
К функциям регулирования ПРУ относятся:

  • регулирование активной мощности отдельного энергоблока с выдачей уставок по регулированию активной мощности для САУ агрегатов;
  • регулирование частоты и активной мощности ЭСН с распределением генерируемых мощностей между энергоблоками с учётом выбранного критерия, например, с учетом равномерного распределения;
  • поддержание среднего отклонения частоты от заданного значения в пределах ±0,1 Гц (в соответствии с ГОСТ -13109-97);
  • регулирование напряжения и реактивной мощности ЭС с распределением реактивной мощности между энергоблоками;
  • выработка команды на пуск или останов энергоблоков при недостатке или избытке генерирующих мощностей;
Поставщиком ПРУ для газопоршневых электростанций является канадский партнёр ОАО «Звезда-Энергетика» компания Thomson Technology.

В настоящий момент ОАО «Звезда-Энергетика» делает очередной шаг в своём развитии — выходит на рынок с ПРУ собственного производства, что позволяет ей предложить своим заказчикам: оборудование отечественной сборки на основе импортных комплектующих таких известных производителей как Allen Bradley, Schneider. Видеокадры для АРМ ПРУ производства ОАО «Звезда-Энергетика» представлены на рис. 6, рис. 7, рис. 8.

ПРУ, созданные по проектам ОАО «Звезда-Энергетика», успешно функционируют
на поставленных электростанциях в ОАО «Газпром», таких как:

  • Электростанция собственных нужд компрессорной станции (ЭСН КС) Торжокская;
  • ЭС СН Невского ПХГ;
  • ЭС СН КС Жирновская;

Следует отметить, что применение подсистем режимного управления позволяет увеличить моторесурс газо-поршневых двигателей на 20–30%, оптимизировать расходы топлива, а следовательно уменьшить срок окупаемости на значительный период. Такие выводы можно сделать по факту эксплуатации подобных систем на существующих электростанциях.