Регулируемый ЭП магистральных насосов НПС

На магистральных НПС во многих случаях требуется плавное регулирование давления и подачи насосов. На НС с центробежными насосами это достигается дросселированием потока, а также может быть обеспечено применением регулирования привода насоса.

При регулировании путем изменения частоты вращения рабочих колес и насосов, привод должен быть рассчитан на снижение частоты относительно номинальной, примерно на 30 – 40 %, диапазон регулирования должен быть определен в зависимости от конкретных условий эксплуатации трубопровода. При применении АД регулирование частоты вращения валодвигателя мощностью несколько тысяч КВт целесообразно осуществлять, либо изменением скольжения с возвратом энергии скольжения в питающую сеть, либо частотными методами. В первом случае целесообразно применять каскадные схемы, во втором питание обмотки статора от преобразователя частоты или использовать машину двойного питания.

Успешному внедрению регулируемых ЭП двигателей большой мощности способствует разработка силовых полупроводниковых приборов в модульном исполнении IGBT, они обеспечивают коммутацию током до 1200А, частоту переключений до 25 кГц. Выпускаются теристоры, рассчитанные на ток до 3 кА и обратное напряжение до 5 кВ, для управления ими достаточно сигналов малой мощности. Разработаны также полностью управляемые теристоры, например, GTO, значение коммутирующих напряжений и токов достигают 6 кВ и 6 кА. Последние годы появились новые полупроводниковые приборы (IGCT) на напряжение 5 кВ и токи до 3 кА, характеризующиеся более низким уровнем потерь энергии, большей надежностью и меньшей массой, чем полупроводниковые приборы GTO.

В ЭП все большее применение находят силовые интегральные схемы, получившие название интеллектуальных схем. С появлением силовых транзисторных модулей и запираемых теристоров, наиболее предпочтительными стали преобразователи частоты по схеме выпрямитель – инвертор, эта схема лишена недостатков, присущих преобразователям частоты с непосредственной связью, более проста и экономична, чем схемы с искусственной коммутацией, а также схемы нашли применение в частотно – регулируемом ЭП. Управление скоростью двигателя с помощью преобразователей частоты осуществляются путем изменения частоты и напряжения. ПЧ с ПЗПТ это возможно двумя способами:

*изменением значения напряжения в ЗПТ с помощью теристорного выпрямителя;

*ШИМ выпрямленного напряжения с помощью ключей инвертора.

Современные средства микропроцессорной техники позволяют формировать сложные законы управления АД, близкие по качеству регулирования с момента, скорости и других величин, к ЭП с ДПТ. Это становится возможным при раздельном воздействии на две составляющие тока статора, т.е. с использованием так называемого векторного управления. В системах микропроцессорного управления АД эта задача решается программными средствами. Для регулируемого привода сформирован закон, устанавливающий соотношение между частотой и напряжением питания АД

U1/U1н=(f1/f1н) * ÖМ/Мн;

U1, U1н- регулируемое и номинальное значения напряжения на зажимах статора;

f1, f1н-регулируемое и номинальное значения частоты;

М, Мн- нагрузочный и номинальный моменты ЭД.

При выполнении этого соотношения двигатель будет сохранять номинальную перегрузочную способность, если диапазон регулирования скорости вниз от номинальной не превышает 2:1. Для СД привода турбомашин целесообразно следующее соотношение между частотой и напряжением:

U1/U1н=f1/f1н; U1/f1=U1н/f1н=сonst

Так как Сд находят преимущественное распространение для привода главных насосов НПС приобретает практическое значение регулируемой частоты вращения вала двигателя путем изменения частоты питающего напряжения с помощью статическое ПЧ с ПЗПТ. В зависимом инверторе переключения вентилей обеспечивается ЭДС приводного СД и отпадает необходимость использования конденсаторов, как в случае автономного инвертора. Блок-схема ПЧ с ПЗПТ:

f1=50Гц f2=var к статору СД

сеть 1 2

1- управляемый выпрямитель

2- зависимый инвертор

Прошел промышленные испытания преобразователь частоты СПЧР – 4500/6 для питания СД мощностью 4500 кВт на 6кВ, который позволяет изменять частота на выходе, в пределах от 5 до 55Гц, что соответствует диапазону изменения частоты вращения вала двигателя от 300 до 3300 об/мин.

Серийные СД, питаемые от преобразователя частоты, имеют меньший КПД, чем при питании от сети и следовательно из-за потерь мощности ПЧ, КПД регулируемого привода насоса меньше, чем у нерегулируемого привода. Расчетами обосновано, что регулируемый ЭП энергетически выгоднее дросселирования напора, при значении дросселирования, составляющего 2-3 % общего дифференциального напора НПС. При меньшем значении дросселирования напора необходимо повысить КПД преобразователя и снизить потери в двигателе при питании от тиристорного преобразователя частоты. Разработаны комплектные тиристорные ЭП переменного тока на базе вентильного двигателя, мощностью до 25 МВт серии ПЧВН.

ЭП обеспечивают частотный пуск. СД, регулирование частоты вращения, торможения приводного двигателя с рекуперацией энергии в питающую сеть, повторное включение ЭП при вращении СД на выбеге в рабочем диапазоне частот вращения. Изменение вращения ротора, полуторократную перегрузку по току в течение 30 секунд и двукратную перегрузку в течении 10 секунд. ЭП обеспечивает коэффициент мощности порядка 0,9 при номинальном напряжении сети и номинальном напряжении на зажимах двигателя. Внедрение регулируемого ЭП приводит к экономии электроэнергии в размере 25 %, при этом ориентировочный срок окупаемости около двух лет.

Особенности электроснабжения нефтеперекачивающих насосных станций

Питание потребителей НПС, мощность которых составляет 40-60 МВт обеспечивается специальной понижающей подстанцией, получающей энергию от энергосистемы при напряжении 110, 220 или 35кВ. Головные НПС относятся к потребителям 1 категории, питаются по 2 воздушным линиям 35, 220 кВ от двух независимых источников питания, при этом провода линии подвешиваются на отдельных опорах. Наиболее распространенным типом подстанций 220/6 или 110/6 является тупиковая. На вновь строящихся НПС электроэнергия распределяется при напряжении 10кВ. Типовая схема электроснабжения НПС содержит 2 независимых источника питания (шины 1 и 10), каждый из которых питает свою секцию шин на 6 или 10кВ с подключенными двигателями, секции связаны между собой отключенным секционным выключателем. Характерными возмущениями, создающими предпосылку нарушения динамической устойчивости ЭД является короткое замыкание. Для устранения этого недостатка можно использовать схему с параллельной работой вводов или транзисторов, которые отличаются от рассматриваемой тем, что секционный выключатель 7 нормально замкнут, в этом случае продолжительность снижения напряжения на шинах, питающих двигатель, будет определятся только временем отключения короткого замыкания, что может обеспечить динамическую устойчивость двигателей, однако такая схема приводит к увеличению тока короткого замыкания в сети НПС до двух раз и при этом повышается стоимость коммутационной аппаратуры пропорциональной квадрату расчетного тока отключения.

Одним из способов повышения устойчивости СД НПС в переходных режимах энергосистемы вызванных кратковременными перерывами энергоснабжения является применение СД, имеющих две самостоятельные обмотки статора. В каждую из них присоединяют к разным секциям сборных шин распределительного устройства на 6 (10) кВ. При потере питания одной секции шин СД с двойной обмоткой статора переходит в генераторный режим, подпитывая другие двигатели секции потерявшие питание и увеличивая этим их устойчивость. При КЗ в цепи питания одной секции шин СД с двойной обмоткой статора не выпадает из синхронизма в течении времени достаточного для отключения поврежденного участка цепи даже при номинальной нагрузке двигателя. Таким образом, наличие СД с двойной обмоткой статора исключает необходимость применения сложных устройств, обеспечивающих самозапуск двигателя за счет использования быстродействующего автоматического включения резерва. Последние годы проектируют унифицированные блочно комплектные насосные станции БКНС. Элементы насосной станции поставляются в виде укрупненных блоков и при строительстве требуют минимального объема работ для ввода в действие.