Современные электроэнергетические и электромеханические системы компрессорных станций газопроводов

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
СОВРЕМЕННЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ  
И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ  
КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ ГАЗОПРОВОДОВ 
 
 
Монография 
 
Под общей редакцией доктора технических наук О. В. Крюкова 
и доктора технических наук В. Н. Мещерякова 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 

УДК 621.3 
ББК 31.2 
С56 
Авторы: 
Крюков О. В., Мещеряков В. Н., Сычев М. Н., Сычев Н. И., Ипполитов В. А. 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ,  
профессор кафедры электрооборудования, электропривода и автоматики  
НГТУ им. Р. Е. Алексеева В. Г. Титов;  
доктор технических наук, профессор, руководитель  
НОЦ «Энергоэффективные двигатели двойного питания» НИ Мордовского  
гос. университета им. Н. П. Огарева, эксперт РАН РФ И. В. Гуляев 
С56 
Современные электроэнергетические и электромеханические 
системы компрессорных станций газопроводов : монография / [Крю- 
ков О. В. и др.] ; под общ. ред. д-ра техн. наук О. В. Крюкова и д-ра 
техн. наук В. Н. Мещерякова. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 
2022. - 200 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0983-4 
Рассмотрены конкурентные преимущества новых аппаратных и алгоритмических средств электроэнергетических и электромеханических установок, 
обеспечивающих эффективную работы технологического оборудования современных компрессорных станций газотранспортных систем. Предложены инновационные методы в разработке энергоэффективных систем электроснабжения 
и автоматизированного электропривода центробежных нагнетателей и аппаратов воздушного охлаждения газа при работе в статических и динамических режимах работы. Предложены методы и результаты комплексного проектирования 
АСУ ТП, включая телемеханику и диспетчеризацию работы электроприводных 
компрессорных станций магистрального транспорта газа. 
 Для специалистов электроэнергетических направлений, занятых в проектировании и эксплуатации оборудования компрессорных станций ЕГС России. 
Может быть использовано студентами при выполнении курсовых и дипломных 
проектов, при обучении в магистратуре и аспирантуре по соответствующим 
направлениям.  
УДК 621.3 
ББК 31.2 
ISBN 978-5-9729-0983-4 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
Ϯ 

 
 
 
 
 
СОДЕРЖАНИЕ 
 
Список используемых сокращений 
....................................................................... 5 
Введение ...................................................................................................................... 9 
 
Глава 1. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И ОБОРУДОВАНИЕ КС...…………….12 
 
1.1. Опыт пуско-наладочных работ по введению в эксплуатацию КС 
       в модульной компоновке…………………………………………………….12 
1.2. Моделирование пульсаций потока газа в трубопроводе с использованием 
       программного комплекса ANSYS CFX………………..…………………....23 
1.3. Основные направления и задачи энергосбережения 
       при реконструкции КС…….……...……...…….....……..…….....................31 
  1.4. Инновационные решения в проектировании систем наружного 
       освещения компрессорных станций………………….…………..…………38 
1.5. Особенности организации РЗиА вдольтрассовых ВЛ-10 кВ  
         магистральных газопроводов…….…….………….……………………..….48 
1.6. Программа внедрения и строительства электростанций  
       и энергоустановок на период до 2030 года ………….…………………..…59 
1.7. Расширение функциональных возможностей РУ КТП «Каскад»……..…...73 
1.8. Анализ вариантов резервирования объектов электроэнергетики газовой 
      промышленности……………..…………………………………….…………80 
 
Глава 2. НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕГУЛИРУЕМЫХ  
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ……..91 
 
   2.1.Перспективы применения современных преобразователей 
      частоты для регулирования производительности ЭГПА..…….…….........91 
   2.2. Исследование устойчивости магнитного подвеса ЭГПА ………..……...102 
   2.3. Синтез векторной САР возбуждения ЭГПА……………….…………......120 
   2.4. Теоретическое обоснование и аппаратные возможности 
          перехода на ТОиР ЭГПА по состоянию …………………...……………..133 
   2.5. Особенности групповой работы электроприводов КС………………......154 
   2.6. Инверторы напряжения и инверторы тока с релейным 
          регулированием выходных переменных ………………………………....160 
    
ϯ 
 

 
 
 2.7.Схема оптимального частотного управления электроприводом на 
        базе асинхронного короткозамкнутого двигателя и АИТ с РРТ ……...…166 
 2.8. Схема оптимального частотного управления асинхронным  
       электроприводом на базе АИН.……… .……… .……… .……… .……...…182 
 
Заключение ………………………………………………………………………187 
Список литературы……………………………...………………………………188 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ϰ 
 

 
 
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ  
 
АБК - административно-бытовой корпус 
АВО - аппарат воздушного охлаждения 
АВР - автоматическое включение резерва  
АГК - автономный генераторный комплекс 
АД - асинхронный двигатель 
АИЭ - альтернативный источник энергии 
АО - аварийная остановка (приводного двигателя/агрегата) 
АРВ - автоматический регулятор возбуждения 
АРМ - автоматизированное рабочее место 
АС - автоматизированная система 
АСКУ - автоматизированная система контроля и управления 
АСУ - автоматизированная система управления 
АТК - автоматизированный технологический комплекс 
АТР - активный тектонический разлом 
БД - база данных 
ВЛ - воздушная линия электропередачи 
ВСМП - встроенная система мониторинга и прогнозирования 
ВТП - вдольтрассовые потребители 
ВЭУ - ветроэнергетическая установка 
ГИС - газоизмерительная станция 
ГК - генерирующая компания 
ГПА - газоперекачивающий агрегат 
ГПЗ - газоперерабатывающий завод 
ГРС - газораспределительная станция 
ГТП - газотранспортное предприятие 
ГТС - газотранспортная система 
ГТУ - газотурбинная установка 
ЕГС - Единая газотранспортная система 
ЕИП - единое информационное пространство 
ЕСГ - Единая система газопроводов 
ЗРУ - закрытое распределительное устройство 
ИВ - интеллектуальная измерительная вставка 
ИНС - искусственная нейронная сеть 
ИУС - информационно-управляющая система 
КЗ - короткое замыкание 
КМСГ - комплексный мониторинг состояния газопровода 
ϱ 
 

 
 
КО - коммерческий оператор 
КПД - коэффициент полезного действия 
КРУ - комплектное распределительное устройство 
КС - компрессорная станция 
КТП - комплектная трансформаторная подстанция 
КЦ - компрессорный цех 
ЛПУ - линейное производственное управление 
ЛЭП - линия электропередач 
МГ - магистральный газопровод 
МРСК - межрегиональная сетевая компания 
МТЗ - максимальная токовая защита 
МТР - материально-технические ресурсы 
МЭС - магистральные электрические сети 
НД - нормативная документация 
НБЗ - нейро-нечеткая база знаний 
НДС - напряженно-деформированное состояние 
НИОКР - научно-исследовательские опытно-конструкторские работы 
НТП - научно-техническая продукция 
ОЕ - относительная единица 
ОМРИЦ - Отраслевой метрологический расходоизмерительный центр 
ОРММ - общеотраслевые методические материалы  
ОС - операционная система  
ПВСД - приводной высоковольтный синхронный двигатель 
ПИД - пропорционально-интегрально-дифференциальный 
ПКА - пункт контроля акселерометрический 
ПО - программное обеспечение 
ПОД - подсистема обработки данных 
ПСД - проектно-сметная документация 
ПТК - производственно-технологический комплекс 
ПТП - производственно-технологические процессы 
ПУЭ - правила устройства электроустановок 
ПХГ - подземное хранилище газа 
ПЧ - преобразователь частоты полупроводниковый 
РДС - региональная диспетчерская связь 
РЗиА - релейная защита и автоматика 
РСТ - региональная служба тарифов 
РРЛ - радиорелейные линии 
РУ - распределительное устройство 
ϲ 
 

 
 
РЭБ - ремонтно-эксплуатационный блок 
СА - средства автоматизации 
САР - система автоматического регулирования 
САРВ - система автоматического регулирования возбуждения 
САУ - система автоматического управления 
СД - синхронный двигатель 
СМ ТС - система мониторинга технического состояния 
СМК - система менеджмента качества 
СММ - скрытые Марковские модели 
СО - системный оператор 
СОДУ - система оперативно-диспетчерского управления 
СПД - сеть передачи данных 
СППР - система поддержки и принятия решений 
СПТ - система постоянного тока 
СПЧ - сменная проточная часть 
СТМ - система телемеханики 
СУ - система управления 
СЭС - система электроснабжения 
ТОиР - техническое обслуживание и ремонт 
ТОУ - технологический объект управления 
ТП - технологический процесс 
ТПУ - тиристорное пусковое устройство 
ТС - техническое состояние 
ТСО - территориальная сетевая организация 
ТСС - телеметрическая сейсмическая станция 
УКПГ - установка комплексной подготовки газа 
УОГ - установка очистки газа 
УП - узел подключения 
УПТИГ - установка подготовки топливного, импульсного газа 
УСО - устройство связи с объектом 
ФСТ - федеральная служба тарифов 
ЦБН - центробежный нагнетатель 
ЦДП - центральный диспетчерский пункт 
ЦДС - центральная диспетчерская связь 
ЦПДД - центральный производственный диспетчерский департамент 
ЧР - частичные разряды 
ЧРП - частотно-регулируемый электропривод 
ШССМ - шкаф сервера системы мониторинга 
ϳ 
 

 
 
ЩПТ - щит постоянного тока 
Э - энергообеспечение 
ЭГПА - электроприводной газоперекачивающий агрегат 
ЭДС - электродвижущая сила 
ЭК - энергокомпания (ТСО, МРСК, МЭС, ГК, СО, КО, ЭСО) 
ЭП - электропривод 
ЭС - электроснабжение 
ЭСН - электростанция собственных нужд 
ЭСО - энергосбытовая компания 
ЭХЗ - электрохимическая защита 
ЭЭС - электроэнергетическая система 
 
 
 
 
ϴ 
 

 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
В настоящее время перед всей отечественной промышленностью и лидерами экономики, такими как группа компаний ПАО «Газпром», стоят грандиозные задачи нового проектирования, строительства, модернизации систем газодобычи, транспорта и переработки природного газа в Российской Федерации 
и устойчивых поставок газа зарубежным потребителям. Президент Российской 
Федерации Владимир Владимирович Путин заявил [1], что Россия за 20 лет может увеличить добычу природного газа практически в 1,5 раза до уровня 1 трлн 
кубометров, и все возможности для этого у страны имеются. Россия должна сохранять лидерство и увеличивать свое присутствие на мировом рынке углеводородов. Глава Минэнерго России также отметил [2], что, в соответствии с проектом Генеральной схемы развития газовой отрасли, инвестиции на ее развитие до 
2030 года могут составить 12,3-14,7 трлн рублей. 
Еще 15-20 лет назад на российском рынке нового электроэнергетического 
оборудования практически отсутствовали понятия «энергоэффективность», «ресурсосбережение», «мониторинг онлайн», не говоря уже про интеллектуальные 
системы, системы прогнозирования технического состояния, адаптивные системы. Сегодня все эти тенденции не только получили реальное воплощение в 
различных технических системах и технологических агрегатах, но и продолжают 
свое развитие. Так, например, еще в 2011 году запущена первая компрессорная 
станция, работающая по принципам малолюдных и безлюдных технологий, а сегодня таковых уже несколько. Подобные объекты, относящиеся к категории объектов повышенной опасности реализованы в электроэнергетике, химии и других 
отраслях промышленности и особенно в ТЭК. 
Под термином «энергоэффективность» сегодня понимается эффективное 
(рациональное) использование энергетических (электрических, тепловых, углеводородных, возобновляемых и прочих) ресурсов. То есть стремление использования меньшего количества энергии для обеспечения того же уровня энергетического обеспечения технологических процессов на производстве или условий 
жизнеобеспечения зданий и сооружений при соблюдении требований к охране 
окружающей среды. Эта отрасль знаний находится на стыке нескольких наук в 
инженерии, экономики, юриспруденции и социологии.  
В этой связи при подходе к анализу состояния энергоэффективных технологий необходимо учитывать действующие нормативные и правовые документы 
национального и международного уровней: 
ϵ 
 

 
 
- Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в 
отдельные законодательные акты РФ». 
- Энергетическая стратегия России на период до 2030 года (утверждена 
распоряжением Правительства РФ от 28.08.2003 № 1234-Р). 
- Климатическая доктрина РФ (утверждена Распоряжением Президента 
РФ от 17 декабря 2009 г. № 861-рп). 
- Доктрина энергетической безопасности РФ (утверждена Указом Президента РФ от 13 мая 2019 г. № 219). 
- Указ Президента РФ от 30 сентября 2013 г. № 752 «О сокращении выбросов парниковых газов». 
- Постановление Правительства РФ от 15 мая 2010 г. № 340 «Правила 
установления требований к программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности организаций, осуществляющих регулируемые виды деятельности». 
- Генеральная схема развития газовой отрасли на период до 2030 года 
(утверждена приказом Минэнерго России от 6 июня 2011 г.). 
- Политика ПАО «Газпром» в области энергоэффективности и энергосбережения (утверждена постановлением Правления ПАО «Газпром» от 11 октября 
2018 г. № 39). 
- ISO 50001:2018-08 (второе издание) Системы энергетического менеджмента. Требования и руководство по применению. 
 
В этой связи только комплексный и системный подход к задаче энергоэффективности и энергосбережению на различных объектах может дать ощутимый 
результат. Однако сегодня на рынке энергоэффективных и энергосберегающих 
технологий и оборудования можно наблюдать лишь технические решения локальных задач, которые могут приводить в целом для производств и к отрицательным результатам. Так, например, массовое увлечение внедрением преобразователей частоты для плавного регулирования параметров электроприводов 
технологических агрегатов без должного технико-экономического обоснования 
приводит к ухудшению энергетических показателей электрических сетей и большим потерям на компенсацию реактивной мощности и гармонического состава 
напряжения в узлах подключения нагрузки и снижению ресурса электрооборудования. При этом незначительная экономия активной электроэнергии на локальном объекте нередко приводит к значительному росту других видов энергии 
(реактивной, тепловой и др.). 
Кроме того, большая часть производителей нового отечественного электрооборудования в рамках концепции импортозамещения слепо копирует 
ϭϬ