Агрегат бесперебойного питания для критической инфраструктуры нефтегазового месторождения

Нефтегазовая отрасль является основой критической инфраструктуры. Любой сбой в электропитании технологического процесса, отвечающих за транспортировку сырья, может привести к:

• Остановке производства и многомиллионным убыткам;
• Техногенным авариям и тяжелым экологическим последствиям;
• Нарушению контрактных обязательств по поставкам.

Цели проекта

1. Непрерывность работы: обеспечить бесперебойное электропитание на месторождении при полном отсутствии внешней сети.
2. Отказоустойчивость: обеспечить максимальную надежность и стабильность выходных параметров (напряжения, частоты).
3. Комплексное питание: обеспечить нагрузку как переменным (AC ~400В), так и постоянным (DC 230В) стабилизированным напряжением.
4. Интеграция в АСУ ТП: обеспечить удаленный мониторинг статуса и управление системой в круглосуточном режиме.

На основании анализа ТЗ и специфики объекта была специально разработана и внедрена система, состоящая из двух шкафов: преобразовательного и шкафа с аккумуляторными батареями (АКБ).

Полный состав решения

1. Зарядно-выпрямительное устройство (входной преобразователь) преобразует переменное трёхфазное напряжение сети (3х400 В, 50/60 Гц) в стабильное постоянное напряжение для питания инвертора и заряда АКБ.
2. Инвертор напряжения (выходной преобразователь) преобразует постоянное напряжение от выпрямителя или АКБ в стабилизированное переменное напряжение 3х400 В / 50 Гц для питания критичной нагрузки.
3. Специальный DC/DC-преобразователь (DC/DC-6000-384/220В-30А-3U-D-23) обеспечивает потребителей стабильным постоянным током 230 В, питаясь от шины постоянного тока 384 В.
4. Аккумуляторная батарея (АКБ): 32 свинцово-кислотные АКБ напряжением 12 В каждая, соединенные для формирования шины постоянного тока номинальным напряжением 384 В.
5. Система автоматического и ручного байпаса: Автоматический байпас осуществляет мгновенное переключение нагрузки при аварии, а ручной используется для обслуживания оборудования.
6. Система коммутации и защиты включает в себя клеммные колодки для всех подключений и комплект автоматических выключателей для защиты от коротких замыканий и перегрузок.

Режимы работы СГЭП

1. Штатный режим (наличие внешней сети):

Внешняя трехфазная сеть переменного тока AC 400В (с широким допустимым диапазоном от +15% до -15%) поступает на вход системы. Выпрямитель преобразует переменное напряжение в стабилизированное постоянное DC 230В.

Это постоянное напряжение формирует промежуточное звено постоянного тока. К этому звену подключены:

• Аккумуляторные батареи через выпрямитель, обеспечивающий их оптимальный заряд по заданным характеристикам. АКБ постоянно находятся в буферном режиме и поддерживаются в состоянии полной готовности.
• Инвертор и DC/DC-преобразователь.

Система работает в режиме онлайн, постоянно питая нагрузку через инвертор переменным напряжением АС 400В и через конвертер напряжением DC 230В, что обеспечивает максимальное качество выходного напряжения и полную защиту от всех неполадок во внешней сети.

1. Аварийный режим:

При полном отключении внешнего электропитания система мгновенно и без разрыва фазы переходит на питание от аккумуляторных батарей. Инвертор преобразует стабилизированное постоянное напряжение в переменное с чистой синусоидой (230В фазное / 400В линейное, 50 Гц), которое питает критически важное оборудование ГПУ.

Разработка ФОРПОСТ:

Ключевой особенностью системы энергоснабжения данного шкафа является конвертер DC/DC ФОРПОСТ, который был специально разработан с учетом специфики его работы от аккумуляторных батарей (АКБ).

Преобразователь оптимизирован для работы с нестандартным входным напряжением номиналом DC 384В, которое формируется аккумуляторами в аварийном режиме работы. Это гарантирует стабильное функционирование системы и полное использование емкости АКБ без необходимости в дополнительных промежуточных преобразователях.

Данное решение обеспечивает потребителей не только переменным, но и постоянным током. Преобразователь питается от общего буфера постоянного тока и выдает стабилизированное напряжение DC 230В мощностью до 6 кВт.

Для обеспечения электробезопасности и защиты оборудования между входом и выходом СГЭП установлена гальваническая развязка на основе низкочастотного трансформатора.

Система мониторинга и интеграция в АСУ ТП

Для обеспечения круглосуточного контроля и управления работа системы мониторинга также реализована в непрерывном онлайн-режиме и предоставляет данные на верхний уровень по трем независимым каналам:

1. Сухие контакты логических сигналов, показывающие ключевые события и аварии.
2. Интерфейс ModBus RTU для передачи полного массива телеметрии на верхний уровень (напряжение и ток на входе/выходе, состояние АКБ, текущий режим работы, коды ошибок).
3. Отдельный интерфейс ModBus RTU для детального контроля и управления специальным преобразователем DC/DC ФОРПОСТ, что позволяет мониторить его параметры и статус независимо от основной системы.

Результаты

Решение успешно прошло все этапы испытаний и согласовано с заказчиком.