К.В. Бушмелев, Д.А. Деринский – ЗАО «Искра-Энергетика»
И.В. Белоусенко, В.Б. Лезнов – ОАО «Газпром»
Д.А. Капралов – ООО «Турбомашины»

Стратегия оснащения компрессорных станций ОАО «Газпром» собственными энергоисточниками, работающими в базовом режиме, реализована на КС «Вуктыльская». Здесь построена и введена в эксплуатацию газотурбинная электростанция мощностью 12 МВт на базе трех агрегатов ЭГЭС-4-03 производства ЗАО «Искра-Энергетика».

В последние годы наблюдается устойчивое снижение надежности электроснабжения от внешних сетей во многих регионах, в том числе и в районах прохождения экспортного газопровода СРТО (Северные районы Тюменской области) – Торжок. На КС «Вуктыльская» реализован вариант смешанного электроснабжения. В качестве основного источника используется газотурбинная электростанция, резервирование обеспечивается от энергосистемы и ДЭС.
Строительство и реконструкция электростанций в ОАО «Газпром» осуществляется в соответствии с Программой внедрения и строительства электростанций и энергоустановок в 2002-2005 гг. и на период до 2010 года. В ходе выполнения Программы на компрессорных станциях установлено несколько десятков газотурбинных, дизельных и газопоршневых агрегатов различной мощности.
Электростанция работает в когенерационном цикле, снабжая потребителя электроэнергией и теплом. Она создана на базе трех энергоблоков ЭГЭС-4-03, изготовленных и поставленных ЗАО «Искра-Энергетика». Компания также поставила АСУ Т электростанции, САУ ЭГЭС-4-03 (разработана при участии ОАО «Леноргэнергогаз») и выполнила шефмонтаж и пусконаладку оборудования. Генеральным подрядчиком выступило ООО «Северные газовые магистрали».
Энергоблок ЭГЭС-4.0000-000-03 разработан НПО «Искра» на базе газотурбинной установки ГТУ-4П, которая серийно производится Пермским моторным заводом. Турбогенераторы изготовлены Лысьвенским заводом тяжелого электрического машиностроения «Привод».
Генеральным проектировщиком ЭСН выступила компания «Гипроспецгаз», разработчиком главного корпуса – петербургская фирма «Модуль».
Станция обеспечивает потребности не только нового компрессорного цеха № 5 магистрального газопровода СРТО – Торжок, но и все промплощадки КС-3.

Основное оборудование ГТЭС

Электростанция ГТЭС-12 размещена в легкосборном здании. В главном корпусе находится следующее оборудование:
•    три энергоблока ЭГЭС-4, установка промывки ГТУ, грузоподъемные механизмы;
•    системы отопления, кондиционирования и вентиляции, освещения;
•    системы пожарообнаружения и пожаротушения, контроля загазованности, водоснабжения, электроснабжения;
•    производственные и бытовые помещения;
•    операторная с главным щитом управления (ГЩУ) и оборудование АСУ ТП.
Стеновые и кровельные ограждения главного корпуса изготовлены из трехслойных металлических панелей типа «сэндвич» с эффективным утеплителем. Каркас выполнен по пространственной схеме, жесткость и устойчивость здания в продольном направлении обеспечена установкой вертикальных связей по всем рядам колонн всех отделений и в поперечном направлении – в торцах здания.
Газотурбинный энергоблок ЭГЭС-4 представляет собой технологический комплекс оборудования и систем, предназначенный для комбинированной выработки электрической и тепловой энергии.
Основу ГТЭС составляет турбоблок, состоящий из контейнера, с расположенным в нем двигателем. В контейнере размещаются: входная камера, ГТД, выходное устройство с компенсатором, а также системы, обеспечивающие работу двигателя и редуктора. Замена двигателя осуществляется выкаткой его из турбоблока с помощью специальных приспособлений.
Входное воздухозаборное устройство, состоящее из шумоглушителя и блока воздухоочистки; блок вентиляции; аппараты воздушного охлаждения масла двигателя, редуктора и генератора; система вентиляции электроагрегата размещаются за пределами энергоцеха.
Котел-утилизатор УТ-9, шумоглушитель и блок воздухоочистки смонтированы на отдельных опорах с внешней стороны энергоцеха, а блок аппаратов воздушного охлаждения масла – на отдельной площадке на крыше здания.
Конструкция контейнера двигателя с элементами шумоглушения обеспечивает уровень шума не более 80 дБ. С этой целью применены шумоглушители на тракте всасывания воздухозаборного устройства и на газоходах после котла-утилизатора. Уровень выбросов оксидов азота NОх в выхлопных газах из газотурбинной установки не превышает 50 мг/м³.
Система охлаждения газотурбинной установки обеспечивает охлаждение двигателя путем просасывания воздуха через подкапотное пространство. Охлаждающий воздух поступает в двигатель через блок вентиляции. Система выхлопа предназначена для отвода продуктов сгорания в выхлопной тракт общестанционных систем (с последующим получением горячей воды) и выброса отработавших газов в атмосферу на высоту, обеспечивающую требуемые экологические параметры.
Газотурбинный привод ГТУ-4П с двигателем Д-30ЭУ-2 и редуктором Р-45 спроектирован на базе авиадвигателя Д-30 III серии разработки ОАО «Авиадвигатель». В нем применен газогенератор базового двигателя, в качестве силовой турбины использована турбина низкого давления. Номинальная мощность привода ГТУ-4П составляет 4 МВт, эффективный коэффициент полезного действия на клеммах генератора – 23,77%.
Газовая система предназначена для подвода топливного и пускового газа к газотурбинной установке, а также для его очистки от продуктов коррозии, образующихся в процессе эксплуатации в трубопроводах, подводящих газ от источника к газовой системе. К системе подачи подводится газ, предварительно подготовленный общестанционными системами – подогретый до определенной температуры, редуцированный, очищенный от твердых частиц размером более 100 мкм и жидких фракций.
Запуск газотурбинного двигателя осуществляется пневматическим стартером, который работает на пусковом газе с рабочим давлением на входе в стартер 0,5...0,6 МПа.
Для выработки электроэнергии применяется двухполюсный синхронный турбогенератор трехфазного тока ГТГ-4-2РУХЛЗ частотой 50 Гц со встроенными трансформаторами тока, со станцией управления возбуждением генератора. Система возбуждения – бесщеточная. Охлаждение обмоток – воздушное, воздух на охлаждение турбогенератора подается из блока вентиляции.
Воздухоочистительное устройство (ВОУ) осуществляет очистку циклового воздуха ГТУ от капельной влаги, снега, пылевых частиц, вызывающих эрозионный износ лопаточного аппарата компрессора. ВОУ обеспечивает заданные технические характеристики при эксплуатации в зонах с относительной влажностью до 100%, максимальной кратковременной запыленностью атмосферного воздуха не более 200 мг/м³ и среднегодовой концентрацией пылевых частиц в воздухе не более 3 мг/м³.
В КВОУ энергоблока входит шумоглушитель и модуль воздухоочистки, состоящий из циклонных блоков. Второй уровень очистки – матерчатые фильтры. Для защиты от обледенения предусмотрена подача горячего воздуха, отбираемого из-за последней (десятой) ступени компрессора в противообледенительную систему двигателя. Подогрев циклового воздуха осуществляется за счет подачи на вход циклонных блоков ВОУ теплого воздуха из системы охлаждения ГТУ.
Маслосистема электростанции включает маслосистему двигателя, использующую масло марки МС-8П/8ГП или Петрим, и объединенную систему редуктора и турбогенератора, в которой применяется смесь (50х50%) масел марок МС-8П/8ГП и МС-20. Циркуляционные маслосистемы предназначены для раздельной подачи масла на смазку и на охлаждение узлов трения.
В состав маслосистемы входят маслобаки, насосы, система фильтров и трубопроводов. Маслоблок предназначен для поддержания работы оборудования в заданных температурных режимах оборудования систем маслообеспечения двигателя, редуктора и турбогенератора. Емкости маслобаков обеспечивают работу без дозаправки продолжительностью не менее 250 часов. Чистота заправляемого в маслобак масла должна быть не ниже 11 класса по ГОСТ 17216-71. Тонкость фильтрации масла, заливаемого в баки, не более 10 мкм.
Электропитание собственных нужд энергоблока осуществляется от внешней сети переменного трехфазного тока напряжением 380 В (основной источник) и от собственной батареи аккумуляторов 24 В (резервное питание для цепей управления). Максимальная потребляемая мощность составляет 50 кВт.
Утилизационный теплообменник УТ-9 использует тепло уходящих газов ГТУ для теплоснабжения потребителей КС, а также для снижения уровня шума выхлопа до допустимых значений. Применение теплообменника позволяет повысить коэффициент использования топлива, снизить выбросы в окружающую среду с выхлопными газами двигателя при минимальном перерасходе топливного газа. КУВ изготовлен в климатическом исполнении УХЛ, категория размещения 1 по ГОСТ 15150-69.
Расчетная тепловая мощность водогрейного котла-утилизатора УТ-9 при температуре +15°С составляет 9,42 МВт. Температура нагреваемой воды на входе в теплообменник равна 70°С, на выходе – 110°С. Уровень шума на расстоянии 1 м по периметру установки не превышает 85 дБА.
Выработка электрической и тепловой энергии производится исходя из максимально возможной загрузки ГТУ, с учетом максимально возможной утилизации тепла уходящих газов. Время использования установленной мощности – 8256 часов в год. Для газотурбинной установки учитывается зависимость характеристик агрегата от температуры наружного воздуха и климатических условий г. Вуктыла.

Блок управления электроагрегатом

Подготовка к запуску, автоматический запуск двигателя, контроль работы энергоблока в процессе эксплуатации производится комплексом управления агрегата. Шкафы управления расположены в электрощитовой и предназначены для индивидуального управления энергоблоком, его настройки. Наши услуги Срочно ЕГРЮЛ Москва с доставкой Выбор места дистанционного управления (шкафы НКУ или операторская станция) осуществляется виртуальным переключателем, который находится на операторской станции. Агрегатная САУ блока управления решает следующие задачи:
•    пуск, останов, защита и управление газотурбинной установкой;
•    контроль вспомогательного технологического оборудования электроагрегата (вентиляция, отопление, регулирование температуры масла и т.д.);
•    синхронизация генератора электроагрегата с сетью;
•    управление активной и реактивной мощностью генератора;
•    управление и контроль параметров КУ;
•    управление кранами газовой обвязки;
•    взаимодействие с другими системами агрегата (пожарная и силовая автоматика, система контроля содержания метана в отсеках и др.);
•    взаимодействие с верхним уровнем АСУ ТП.
Агрегатная система силовой автоматики осуществляет подачу электропитания на исполнительные электроприводы технологического оборудования энергоблока и другое электрооборудование.
Агрегатная часть пожарной автоматики имеет пульт управления – пожарные контроллеры. Они выполняют функции управления системой противопожарной защиты и функции приемного устройства пожарной сигнализации. Агрегатная САУ, включая САУ ГТУ, генератора, КУ, выполняется на единых программных и технических средствах, допускающих в процессе всего периода эксплуатации (не менее 15 лет) модернизацию и ремонт АСУ.

Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП)

АСУ ТП предназначена для комплексного управления оборудованием ЭСН на всех эксплуатационных режимах работы станции при отсутствии постоянного персонала в технологических помещениях станции. Интегрированная АСУ ТП ЭСН объединяет в единое целое АСУ электрической частью и электроснабжением ЭСН (АСУ ЭС ЭСН) и технологической части (АСУ Т) электростанции, обеспечивающей устойчивую работу ГТЭС, объектов электроснабжения КС «Вуктыльская» и прилегающего энергорайона в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах.
Автоматизированная система управления электростанции (верхнего уровня) находится в главном щите управления ГТЭС. Верхний уровень состоит из базового компьютера (сервера), автоматизированных рабочих мест оператора-электрика и инженера-релейщика. Базовый компьютер является ядром системы управления и используется в качестве рабочего места программиста. Все данные о процессе хранятся в этом компьютере. Регистрация событий ведется на жестком диске и на принтере событий. В качестве системы автоматизации объектов электроснабжения выбран программный продукт EMCS фирмы «Шнейдер Электрик».
АСУ ТП обеспечивает:
•    формирование команд на синхронизацию генераторов энергоблоков между собой и с энергосистемой;
•    принятие и распределение нагрузки;
•    управление всеми выключателями главной электрической схемы энергоблоков и ГТЭС;
•    управление выключателями питания собственных нужд энергоблоков, системой электропитания собственных нужд энергоблоков и ИГП;
•    формирование команд на управление КУ
•    через агрегатную САУ;
•    аварийную и предупредительную сигнализацию о работе энергоблоков;
•    взаимодействие с релейной защитой и противоаварийной автоматикой;
•    автоматическую регистрацию аварийных режимов;
•    взаимодействие с операторской станцией пожарной автоматики энергоблоков;
•    синхронизацию с АСУ ТП верхнего уровня (энергосистемы);
•    учет и архивирование работы энергоблоков и ГТЭС.
АСУ ТП выполнена на единых программных средствах Siemens. Система управления теплотехническим оборудованием ЭСН и режимного управления (АСУ Т) представляет собой трехуровневую систему с распределенной архитектурой. Она осуществляет автоматический контроль параметров и комплексное управление оборудованием энергоблоков ЭГЭС-4-03, общестанционными системами и выключателями вводов, генераторов, секционным выключателем.
В состав АСУ Т входит подсистема режимного управления, ее функциями является поддержание напряжения и частоты на шинах электростанции в требуемых пределах; распределение активной и реактивной мощности между параллельно работающими генераторами; поддержание заданной активной и реактивной мощности на вводе энергосистемы.
Верхний (операторский) уровень главного щита управления включает:
•    АРМ оператора-технолога, оборудованное двумя мониторами 19``;
•    АРМ инженера АСУ ТП, предназначенное для выполнения анализа состояния системы (оборудовано одним монитором 19``);
•    АРМ режимного управления и синхронизации, оборудованное двумя мониторами 19``;
•    два сервера для приема, обработки и архивирования информации, поступающей от подсистемы АСУ Т (САУ энергоблоков, теплотехнического и электротехнического оборудования);
•    оборудование для организации локальной вычислительной сети АСУ Т и связи с внешними сетями (с АСУ ЭС ЭСН);
•    пульт аварийного останова для обеспечения ручного экстренного останова энергоблоков путем прямого (минуя ПТК) управления исполнительными механизмами по физическим линиям связи;
•    операторские средства ручного управления и синхронизации.
Операторский пульт, включающий АРМ операторов и пульт аварийного останова, выполняется на основе пультовых секций, приспособленных для размещения и подключения средств вычислительной техники. Поставку пультовых секций для размещения всех АРМ (АСУ ТП, АСУ ЭС ЭСН, АСУ Т) осуществляет НПФ «Газ-Система-Сервис».
Средний (уровень технологического объекта) уровень контроллеров общестанционных систем и САУ энергоблоков содержит аппаратно-программные средства, обеспечивающие автоматическое управление группами технологически связанного оборудования (энергоблок, общестанционное электротехническое и тепломеханическое оборудование). Средний уровень включает средства и системы локальной автоматики и управления, построенные на базе программируемых контроллеров и устройств связи с объектом фирмы Siemens.
Нижний уровень, агрегатный, включает систему автоматического управления, комплектно поставляемую с оборудованием (САУ газотурбинного двигателя, СУВГ, контроллеры электротехнических защит, автосинхронизатор).
Применение технических средств Siemens на верхнем и среднем уровнях АСУ Т, в том числе контроллеров и модулей серии S7-300, S7-400 и УСО ЕТ-200М, в составе САУ энергоблока и общестанционных систем позволяет оптимизировать номенклатуру оборудования и обеспечивает единство среды разработки программного обеспечения и наборов инструментальных программных средств.
Для повышения надежности подсистема АСУ Т выполнена на базе резервированного контроллера Siemens S7-400H с дублированным каналом связи контроллера, с распределенными УСО. За счет использования распределенных УСО ЕТ-200М для контроля и управления технологическим оборудованием существенно уменьшается общая длина линий связи с датчиками и исполнительными механизмами. Это способствует повышению стабильности работы АСУ за счет снижения влияния помех и сокращает сроки монтажа в результате экономии времени при прокладке кабельных линий.
Электроснабжение компрессорной станции осуществляется от электростанции собственных нужд, состоящей из трех энергоблоков ЭГЭС-4-03 мощностью по 4 МВт, и от энергосистемы (две линии связи 6,6 кВ с ПС «Вуктыл II» 110/35/6,6 кВ). Применена схема со сборными шинами генераторного напряжения, состоящая из двух секций, объединенных секционным выключателем.
Для комплектации ЗРУ-6 кВ приняты ячейки типа MCset производства ООО «Калининградгазавтоматика». Ячейки изготавливаются в соответствии с ГОСТ 14693-90, имеют сертификат соответствия Госстандарта России и выпускаются по лицензии Shneider Electric industry (Франция).
Система электропитания собственных нужд состоит из сухого трансформатора 6,6/0,4 кВ, АВР, шкафов распределения напряжения 0,4 кВ и системы контроля параметров, агрегатной силовой автоматики. В помещении ЗРУ-6 кВ и КТП СН предусмотрен щит постоянного тока 220 В.
Комплектное распределительное устройство включает высоковольтное оборудование главной схемы энергоблока (выключатели, разъединители, трансформаторы тока и напряжения, разрядники, реакторы при необходимости и т.д.) и оборудование релейной защиты и автоматики.

Итоги реализации проекта

Реализация проекта строительства ГТЭС позволило обеспечить КС «Вуктыльская» электричеством и теплом. Как потребитель первой категории, компрессорная станция имеет три независимых источника электоэнергии – газотурбинную электростанцию мощностью 12 МВт и две высоковольтные линии электропередачи напряжением 6,6 кВ. Аварийное электропитание КС осуществляется от дизельной электростанции мощностью 630 кВт.