Обеспечение гарантированным электропитанием АСУ ТП в группе нефтяных скважин

Нефтегазовая отрасль относится к категории критической инфраструктуры, где бесперебойное электропитание систем автоматизации имеет решающее значение. Любой отказ может привести не только к остановке технологического процесса, но и к аварийным ситуациям, связанными с выбросами газа или нефти, что может привести не только к экономическим рискам, но и к техногенной катастрофе.

Цели проекта:

• Непрерывность работы: обеспечение гарантированного питания контроллеров АСУ ТП, систем сбора данных и технологических приводов при полном отсутствии внешнего электропитания. 
• Высокая надежность: устойчивое функционирование оборудования в условиях высоких температур характерных для Астраханского региона.
• Интеграция с АСУ ТП: удаленный контроль и управление системой через операторскую панель и передачу данных в существующую инфраструктуру.
• Сложные условия эксплуатации: работа в герметичных боксах, при температурных перепадах и высокой нагрузке на систему вентиляции.

На основании технического задания было разработано специализированное решение — шкаф гарантированного питания на элементной базе оборудования ФОРПОСТ со сроком службы 25 лет, обеспечивающий высокую отказоустойчивость бесперебойного электропитания систем автоматизации скважин.

Состав решения:

1. Зарядно-выпрямительное устройство (ЗВУ) — обеспечивает заряд и буферное питание аккумуляторных батарей (АКБ).

2. Инвертор напряжения DC/AC — питает нагрузку переменного тока и поддерживает работу технологических контроллеров в аварийном режиме.

3. DC/DC-конвертор — стабилизирует выходное напряжение 24В и гарантирует надежную работу подключенной нагрузки.

4. Аккумуляторные батареи — применяются никель-кадмиевые элементы с увеличенным сроком службы (25 лет), высокой токоотдачей и устойчивостью к перепадам температур.

Принцип работы:

1. Рабочий режим:

• При наличии внешнего электропитания зарядное устройство питает инвертор и конвертор номинальным напряжением DC 24B и одновременно поддерживает АКБ в буферном режиме.
• DC/DC-конвертор стабилизирует напряжение 24В для нагрузок постоянного тока.
• Инвертор питает нагрузки переменного тока 220В через байпас.

2. Аварийный режим:

• При исчезновении сети питание автоматически переключается на АКБ.
• Переключение с байпаса на инвертор происходит за 5–10 мс, что исключает перебои в работе оборудования.
• Инвертор и конвертор питаются от АКБ и питают соответствующее нагрузки.

• При восстановлении внешнего электропитания система возвращается в рабочий режим.

Система мониторинга и управления:

Особое внимание уделено интеллектуальной системе мониторинга:

• Поэлементный контроль АКБ — система фиксирует напряжение каждой батареи в режиме онлайн, хранит архив данных о циклах заряда и разряда.
• Двухуровневая архитектура — отдельный контроллер выполняет обработку сигналов, управление системой и передачу данных в АСУ ТП, а операторная панель обеспечивает локальный доступ к информации.
• Интеллектуальное охлаждение — вместо дискретных термостатов используется система с аналоговыми датчиками температуры и PID-регулятором. Вентиляторы включаются и регулируют скорость плавно, что особенно важно для эксплуатации в условиях жары до +45 °C.

• Компактность и эргономика — шкаф имеет нестандартные габариты (высота 1800 мм), полностью разборную конструкцию и возможность деления на секции для удобства транспортировки и монтажа.
• Устойчивость к климатическим условиям — никель-кадмиевые АКБ сохраняют емкость и работоспособность при экстремальных температурах и имеют увеличенный ресурс по сравнению с герметичными свинцовыми аналогами.
• Повышенная надежность — использование инвертора с байпасом и конвертора позволяет обеспечить стабильные параметры питания даже при просадке батарей.
• Поэлементный контроль АКБ — система мониторинга позволяет отслеживать состояние каждой отдельной ячейки аккумуляторной батареи, что повышает надежность, облегчает диагностику и продлевает срок службы оборудования.
• Интеграция в АСУ ТП — поддержка стандартных промышленных протоколов и передача данных в систему диспетчеризации.

Результаты проекта: