Разработка и внедрение систем режимного управления АСУТП на газотурбинных электростанциях собственных нужд

 Автор: Степанов В.В. - начальник отдела систем управления  ООО «Силовая электроника» (Stepanov@sil-el.ru)

   С 1999 года активизировалось строительство объектов малой энергетики на базе газотурбинных энергоблоков. Основными Заказчиками данных объектов являются нефтегазовые компании и крупные промышленные производства. Электростанции на нефтегазовых месторождениях строятся с целью утилизации попутного газа и обеспечения электроэнергией собственных потребителей. Поэтому такие электростанции часто называют электростанциями собственных нужд (ЭСН).

  ЭСН проектируются на современном техническом уровне с высокой степенью автоматизации. Одним из требований, предъявляемых Заказчиками к системам АСУТП ЭСН, является обеспечение функций режимного управления энергоблоками при регулировании активной и реактивной мощности, частоты и напряжения. При разработке и внедрении систем режимного управления в составе АСУТП на газотурбинных электростанциях (ГТЭС) собственных нужд мощностью от 12 до 125 МВт выявлено ряд проблем организационного и технического характера:

    1)    Необходимость создания системы режимного управления и требования нормативной документации к системе режимного управления,

            2)    Состав системы режимного управления,

    3)    Взаимодействие подсистем АСУ ТП электростанции собственных нужд (АСУ электроснабжения, САУ энергоблоков, подсистемы противоаварийной автоматики, подсистемы телемеханики) при реализации задач режимного управления ЭСН.

На большинстве ЭСН, построенных в последние 15 лет, система режимного управления входит в состав АСУТП электростанции и включает в себя следующие подсистемы:

- подсистема определения режима работы энергоузла или отдельной его части, определение режима работы энергоблока (параллельная работа на внешнюю сеть большой мощности, параллельная работа энергоблоков в локальной сети, автономная (изолированная) работа единичного энергоблока);

            - подсистема группового регулирования активной мощности (ГРАМ);

- подсистема группового регулирования реактивной мощности (ГРРМ);

- подсистема синхронизации.

Также есть варианты создания систем режимного управления, входящих в состав САУ энергоблоков, имеющих между собой уравнительные связи на информационном контроллерном уровне.

Состав подсистем режимного управления определен исходя из основных задач, стоящих перед электростанцией собственных нужд – обеспечение качественной электроэнергией объектов энергоснабжения во всех возможных режимах энергоузла.

При параллельной работе с внешней энергосистемой может возникнуть необходимость регулирования перетоков активной мощности через выключатели связи с энергосистемой, или ограничение перетока мощности, связанное с ограничением пропускной способности трансформаторов, линий электропередач. В соответствии с ПТЭ и стандартами СО ЕЭС должно быть обеспечено участие генерирующего оборудования в общем первичном регулировании частоты при работе в единой энергосистеме.

В части регулирования напряжения - ГТЭС является основным регулирующим органом генераторного напряжения (6  кВ или 10 кВ) во всех режимах работы энергоузла.

При выделении электростанций на автономную (изолированную от внешней энергосистемы) работу ГТЭС является основным источником поддержания частоты и напряжения и должна обеспечить выработку качественной электроэнергии. Без подсистем режимного управления при изменяющейся нагрузке данная задача не может быть выполнена. Требования к качеству электроэнергии, предъявляемые Заказчиком при работе в автономной сети, зачастую не совпадают с техническими возможностями основного оборудования, закрепленными в заводских ТУ (допустимое время восстановления частоты при сбросах/набросах нагрузки, ограничение по величине допустимых сбросов/набросов нагрузки для ГТУ).

Отдельно стоит отметить вопрос о состоянии нормативной базы. К сожалению, в большой энергетике вопросу небольших электростанций собственных нужд не было уделено должного внимания. Существуют требования к системам ГРАМ и ГРРМ для гидроэлектростанций, выпущено ряд стандартов в области первичного и автоматического вторичного регулирования частоты и мощности в ЕЭС.

Основным вопросом при разработке систем режимного управления при использовании зарубежных энергоустановок является вопрос интеграции их систем управления в единую информационно-управляющую систему. Иногда вообще отсутствует возможность дистанционного управления частотой и напряжением данных установок. Чаще всего это объясняется отсутствием подробных технических требований к поставляемому оборудованию при заказе. Использование предусмотренных заводом-изготовителем уравнительных связей между энергоустановками для распределения мощности возможно не во всех эксплуатационных режимах и затруднительно для не однотипного оборудования.

Создание многоагрегатных газотурбинных электростанций (ГТЭС) на ряде нефтегазодобывающих предприятий определяет необходимость эффективного регулирования активной и реактивной мощности этих объектов. В рамках этой задачи разработаны и внедрены (на ряде объектов ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Лукойл», РАО «Газпром», ОАО «НК «Роснефть» и других) системы группового регулирования активной и реактивной мощности в составе АСУТП ГТЭС.

При групповом регулировании активной и реактивной мощности обеспечивается возможность регулирования перетоков через выключатели связи с энергосистемой, задания «уставки» по мощности для энергоблоков, ввода-вывода энергоблоков из системы распределения нагрузки. Система оптимального регулирования и распределения активной и реактивной мощности учитывает изменение режимов работы энергообъекта в соответствии со схемой подключения ГТЭС к энергосистеме и автоматически изменяет задание для газотурбинных агрегатов в соответствии с текущим режимом.

Успешное функционирование разработанных систем регулирования мощности в составе АСУТП газотурбинных электростанций повышает их уровень регулирования, оптимизирует режим работы энергоагрегатов в составе электростанции и обеспечивает точное поддержание диспетчерского графика нагрузки.

 Объем работ ООО «СИЭЛ» при разработке и внедрении систем режимного управления АСУ ТП включает:

Ø  Анализ проекта и/или разработка отдельных частей проекта

Ø  Разработка алгоритмов математического обеспечения АСУ ТП ЭСН

Ø  Разработка программы комплексного опробования ЭСН

Ø  Разработка эксплуатационной документации

Ø  Отладка алгоритмов и проведение режимных испытаний

Ø  Обучение персонала.

 Принципы проектирования, используемые при разработке систем режимного управления:  

Ø  Участие в разработке технического задания на АСУТП. Разработка «философии» управления ЭСН;

Ø  Исходные данные: САУ энергоблока, перечни сигналов, однолинейная схема электроснабжения, схемы вторичной коммутации;

Ø  Анализ и согласование принципиальных схем синхронизации;

Ø  Анализ и согласование перечня сигналов обмена данными между АСУТП ЭСН и САУ энергоблока.

 Опыт сотрудничества специалистов компании с производителями и поставщиками ПТК АСУ ТП при проектировании и реализации АСУТП ЭСН: 

Ø  Metso Automation (представитель «Метсо -Автоматизация», г.Москва), г.Тампере, Финляндия

Ø  ABB (представитель «АББ Автоматизация», г.Москва), Швеция

Ø  Siemens AG  (разработчики и поставщики АСУ ТП: «Газпром автоматизация», «Спутник-Энергетика», «Интеравтоматика», «НПФ Система-сервис», «СМС - Автоматизация») CB13 Postfach 3220 D-91056 Erlangen Deutschland / Германия

Ø  «ПИК-Прогресс» (ПТК «Космотроника-ВЕНЕЦ»), г.Москва

Ø  Emerson («РусГазАвтоматика», «ИЦ Уралтехэнерго»)