< Предыдущая ] [ Следующая >

Журнал 1(91) 2015 год

Воздушные и кабельные линии

В последние годы многие нефтегазовые месторождения сталкиваются с проблемой ограниченной пропускной способности питающих линий электропередачи (ЛЭП) из-за прироста электрических нагрузок при увеличении или удержании дебита скважин. Для удовлетворения быстрорастущих потребностей электросетевые компании вынуждены постоянно модифицировать существующие сети. Реконструкция сетей и строительство дополнительных ЛЭП требуют значительных капиталовложений и трудовых ресурсов.
Такие трудности возникли и на Уренгойском нефтегазоконденсатном месторождении (НГКМ) в системе электроснабжения закрытого распределительного устройства (ЗРУ) 6 кВ «ЦПС-2». О принятых технических решениях – в материале наших авторов из Нового Уренгоя и Тюмени.

ПИТАЮЩИЕ ЛИНИИ 6 кВ НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Увеличение пропускной способности

Андрей Володько, главный энергетик,
Дмитрий Лапаев, зам. начальника ОГЭ
ООО «Газпром добыча Уренгой», г. Новый Уренгой
Иван Богачков, главный специалист,
Павел Овчинников, инженер
ООО «ТюменНИИгипрогаз», г. Тюмень

Для внешнего электроснабжения на Уренгойском месторождении используются классы напряжения 110, 10 и 6 кВ.

На существующем ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2» нагрузка в 2015 г. составляет 2,8 МВт. При этом наблюдается ее последовательный рост, а потери напряжения в питающих линиях уже превышают предельно допустимые величины.

От ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2» осуществляется электроснабжение потребителей:

кусты нефтяных скважин;
крановые узлы нефтесборных сетей;
объекты центрального пункта сбора нефти (в данном случае ЦПС-2);
объекты компрессорной станции (в данном случае КС-2).

Согласно СТО ГАЗПРОМ [1] большинство электроприемников, которые подключены к шинам ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2», относятся к первой категории надежности электроснабжения.

СХЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Источником питания ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2» является тупиковая ПС 110/6 кВ «УГП-3» с установленной мощностью 2х6,3 МВА (схема 110-4Н). Подстанция расположена в 4,6 км от площадки ЦПС-2. ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2» подключено к ПС 110/6 кВ «УГП-3» с помощью двух одноцепных питающих воздушных линий 6 кВ. Схема электроснабжения ЦПС-2 представлена на рис. 1.

Рис. 1. Существующая схема электроснабжения ЦПС-2

При существующей схеме электроснабжения потери напряжения в питающей линии в послеаварийном режиме (нагрузка 2,8 МВт с коэффициентом реактивной мощности tgφ = 0,22) составляют более 8%. После реконструкции кустов нефтяных скважин планируется увеличение нагрузки на шинах ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2» до 13 МВт, при этом потери напряжения составят более 30%, что недопустимо для электроснабжения потребителей по ГОСТ [2].

Поэтому возникает вопрос обеспечения электроэнергией существующих и новых потребителей ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2» в соответствии с руководящими документами.

На данный момент для повышения пропускной способности питающей ВЛ специалисты «ТюменНИИгипрогаза» и «Газпром добычи Уренгой» предложили ряд мероприятий:

Снизить нагрузку на ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2» путем подключения кустов нефтяных скважин (нагрузка около 0,4 МВт) к соседнему источнику питания ПС 110/6 кВ «УГП-2».
Убрать реактивную мощность в питающей линии путем подключения к шинам ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2» конденсаторных установок.
Повысить уровень напряжения путем перевода питающей линии с класса напряжения 6 кВ на класс напряжения 10–35 кВ.

Технические решения, указанные в пунктах 1 и 2, позволяют повысить качество электроэнергии на шинах ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2» и увеличить пропускную способность питающей линии, однако при передаче нагрузки в 13 МВт этих решений недостаточно.

Необходимо отметить, что для нагрузки 13 МВт требуется соответствующий источник питания. Согласно нормам на проектирование [3], в целях сохранения категории надежности электроснабжения потребителей, подключение новых тупиковых ПС 110/6 кВ к сети 110 кВ станет возможным после сооружения опорной ПС 110/6 кВ. Поэтому за источник питания в работе принимается не новая ПС 110/6 кВ, а существующая реконструированная ПС 110/6 кВ «УГП-3» с силовыми трансформаторами мощностью 16 МВА.

Из вышесказанного вытекает цель работы – увеличение пропускной способности существующих питающих линий от ПС 110/6 кВ «УГП-3» до ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2» с нормируемым качеством электроэнергии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач:

рассмотреть возможные варианты увеличения пропускной способности ЛЭП;
проанализировать технические решения и выбрать рациональное, применимое к существующей схеме электроснабжения;
предложить конструктивные решения для реализации выбранного способа.

СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ

В ходе изучения литературы [4–6] выделен ряд решений, позволяющих увеличить пропускную способность питающих линий:

Продольная компенсация реактивного сопротивления.
Применение пунктов автоматического регулирования напряжения (ПАРН), состоящих из вольтодобавочных трансформаторов.
Перевод питающей линии с класса напряжения 6 кВ в класс напряжения 10–35 кВ.
Увеличение сечения проводника ЛЭП.

На практике указанные способы могут применяться как отдельно, так и в комбинации друг с другом. Выбор технического решения должен сопровождаться оценкой целесообразности его использования, которая является основанием для анализа способов повышения пропускной способности ЛЭП.

Технические характеристики существующих питающих линий следующие: провод типа АС-185/24, опоры в габаритах 35 кВ, линейная арматура для класса напряжения 35 кВ.

Таким образом, питающие линии позволяют передавать мощность в других классах напряжения – 10, 20 или 35 кВ в соответствии с существующими нормами и без привлечения инвестиций в их реконструкцию.

Вариант с увеличением сечения проводника ЛЭП не рассматривался из-за больших инвестиций при низком результате (требуется вместо одного провода в фазе использовать несколько).

Были рассмотрены комбинированные способы, сочетающие дополнительную компенсацию реактивной мощности у потребителя:

с установкой ПАРН в конце питающих линий;
с переводом питающей линии в другой класс напряжения.

Анализ способов, увеличивающих пропускную способность линии, представлен в табл. 1. Выбор наиболее эффективного технического решения был выполнен с учетом таких критериев, как:

возможность передачи мощности 13 МВт по существующей воздушной линии;
низкие потери электроэнергии в питающей линии;
низкие потери напряжения в питающей линии;
большая зона действия и чувствительность токовых защит.

Таблица 1. Анализ технических решений, увеличивающих пропускную способность линии

Параметр	Техническое решение
	Установка в питающую линию ПАРН с компенсацией реактивной мощности на шинах ЗРУ	Повышение класса напряжения питающей сети с компенсацией реактивной мощности на шинах ЗРУ
	Вариант 1	Вариант 2.1	Вариант 2.2	Вариант 2.3
Класс напряжения, кВ	6	10	20	35
Длительно допустимый ток АС 185/24, А	500
Максимальная передаваемая мощность по линии в своем классе напряжения, МВт	5,2	8,9	17,3	30,2
Потери напряжения	0 % с учетом ПАРН	0 % с учетом РПН (ПБВ)
Двухфазный ток короткого замыкания в конце питающей линии, кА *	1,51	2,74	3,46	4,04
Потери в питающей сети за год, тыс. кВт·ч**	11845	4264	1066	348
Оценка варианта	Не проходит по трем критериям	Не проходит по двум критериям	Вариант рабочий	Вариант рабочий

— Значения, не решающие поставленной задачи.

* Для всех вариантов ток короткого замыкания рассчитан для напряжения 6 кВ.
** Для правильной оценки параметра расчеты выполнены с нагрузкой 5,2 МВт (при максимальной передаче на напряжении 6 кВ).

---------------------------

Как видно из табл. 1, варианты 2.2 и 2.3 являются более эффективными. Варианты 1 и 2.1 не решают поставленную задачу: мощность, передаваемая по линии, ограничена длительно допустимым током провода АС-185/24; на напряжении 6 кВ можно передать максимальную мощность 5,2 МВт; на напряжении 10 кВ – 8,9 МВт.

Выбор между классами напряжения 20 и 35 кВ рекомендуется сделать в пользу 20 кВ. Из табл. 1 видно, что для передачи мощности 13 МВт по существующим ВЛ длиной 4,6 км оптимальным вариантом является класс напряжения 20 кВ. Напряжения 10 кВ недостаточно, а 35 кВ нерационально использовать при такой длине линий.

Схема электроснабжения с питающими линиями 20 кВ представлена на рис. 2. Для реализации выбранного варианта увеличения пропускной способности существующей ЛЭП, в работе приняты двухтрансформаторные подстанции ПС 6/20 кВ и ПС 20/6 кВ со схемой «линия–трансформатор» по СТО ФСК ЕЭС [7].

Рис. 2. Схема электроснабжения ЦПС-2 с питающими линиями 20 кВ

Конструктивно ПС 6/20 кВ и ПС 20/6 кВ состоят из:

двух блоков трансформаторов тока 6 кВ;
двух силовых трансформаторов 6/20 кВ (с ПБВ или РПН) с установленной мощностью 10 МВА;
двух блоков трансформаторов тока 20 кВ;
двух реклоузеров 20 кВ.

Для организации цепей дифференциальной защиты трансформатора на ПС 110/6 кВ «УГП-3» и ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2» потребуется реконструкция ячеек КРУ 6 кВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, отметим, что в проделанной работе:

рассмотрен ряд решений, увеличивающих пропускную способность ЛЭП;
рекомендован комбинированный способ, который основан на переводе линий 6 кВ на класс напряжения 20 кВ с установкой конденсаторных установок на шинах ЗРУ 6 кВ «ЦПС-2».
По сравнению с 6 кВ данный класс напряжения позволит увеличить передаваемую мощность в 3,3 раза и снизить потери электроэнергии в ЛЭП в 11 раз.
Более того, класс напряжения 20 кВ можно использовать для увеличения пропускной способности линии с опорами в габаритах 10 кВ. Способы решения этой задачи отражены в работе [4];
для реализации рекомендованного способа в работе предложены компактные конструктивные решения подстанций ПС 6/20 кВ и ПС 20/6 кВ.

ЛИТЕРАТУРА