|
Добыча и транспортировка нефти и газа требует применения насосов, компрессоров с большой единичной установленной мощностью. Для привода таких механизмов обычно применяются высоковольтные синхронные и асинхронные двигатели, обладающие малыми пусковыми моментами и большими пусковыми токами (до 6-8 кратных от номинального), что при значительном удалении насосных станций от генерирующих источников электроэнергии приводит к большим просадкам напряжения в питающей сети и возможным отключениям других потребителей. При прямом пуске таких двигателей возникают также ударные моменты, отрицательно влияющие на сам двигатель и приводной механизм, разрушающие обмотку двигателя и шестерни редуктора.
В связи с отмеченными явлениями персонал предприятий, эксплуатирующий высоковольтные двигатели, старается обеспечивать их работу без остановок максимально длительное время, даже когда указанное не требуется по технологии.
Из-за неблагоприятного воздействия ударных пусковых моментов сокращается гарантированный срок службы агрегатов. Например, по данным ООО «Межрегиональное проектно-производственное объединение «РЕГИОНТУРБОКОМ» каждый пуск центробежного компрессора К-250 или К-500 с электродвигателями 1600 кВт и 3150 кВт сокращает срок службы агрегата на 50 часов, а у более мощных агрегатов – до 200 часов. Поэтому изготовители высоковольтных электродвигателей и приводимых ими в движение механизмов ограничивают число пусков до 50-60 в год, из-за чего компрессорные агрегаты с высоковольтными электродвигателями останавливают крайне редко, несмотря на технологические возможности. Это приводит к неоправданному расходу электроэнергии. Остановка в ночное время на 8 часов, а также в выходные и праздничные дни компрессора К-250 дает годовую экономию электроэнергии свыше 3,5 миллионов киловатт часов (в зависимости от стоимости электроэнергии в регионе - не менее 3-х миллионов рублей в год).
Проблема исключения ударных пусковых нагрузок и, следовательно, повышения надежности работы и снятия ограничения на число пусков и остановок агрегатов с высоковольтными электродвигателями, а так же снижения просадок напряжения может быть решена посредством применения разработанных в нашем институте устройств типа УБПВД для плавного пуска высоковольтных электродвигателей.
В зависимости от нагрузочной характеристики приводимого механизма могут использоваться два исполнения устройств:
УБПВД-В для пуска асинхронных и синхронных электродвигателей механизмов с «вентиляторной» характеристикой нагрузочного момента (центробежные насосы, компрессоры, вентиляторы);
УБПВД-С для пуска синхронных электродвигателей механизмов с большими статическими нагрузками и инерционными массами (мельницы, вентиляторные установки, эксгаустеры и т.д.), а также механизмы, где пусковой ток не должен превышать номинальный, например, на удаленных от источника энергии нефте и газоперекачивающих станциях.
Цифровая система управления устройства выполнена на основе сигнального процессора. Устройством УБПВД-С двигатель запускается в режиме регулирования частоты с включенным возбуждением. До частоты 5 Гц (в зависимости от статической нагрузки на валу двигателя) осуществляется принудительная коммутация тиристоров инвертора методом прерывания тока путем перевода.
В дальнейшем ЭДС двигателя становится достаточной для коммутации тока тиристоров инвертора и последний переходит в режим естественной коммутации за счет ЭДС двигателя.
Устройство УБПВД-С обеспечивает максимальную надежность и качество при эксплуатации электромеханической системы вследствие наличия набора защит: от затяжки пуска, короткого замыкания в системе, электрической перегрузки, превышения напряжения, обрыва фазы, неправильного чередования фаз, а так же защиту от провалов напряжения сети. В устройстве УБПВД-С реализованы функции логического контроллера и возможность программных заданий настроек параметров устройства. Пользователь может осуществлять программную коррекцию регуляторов, выбирать величину пускового тока, время разгона. Устройство УБПВД-С легко встраивается в разработанную систему поочередного пуска нескольких высоковольтных двигателей, выполненную на базе промышленного контроллера.
При обеспечении усиленного охлаждения силовых модулей устройство УБПВД-С может так же использоваться для регулирования скорости высоковольтных синхронных двигателей в диапазоне скоростей от 10 % до 100 %. При этом для механизмов с вентиляторной характеристикой нагрузочного момента электродвигатель должен иметь запас мощности 20-25 % по отношению к мощности требуемой механизмом, а для электродвигателей механизмов с нагрузочным моментом, независящим от скорости (шаровые мельницы, нагруженные конвейеры и другие механизмы), требуется дополнительное охлаждение. Система регулирования скорости на базе устройства УБПВД-С с зависимым инвертором тока, в котором используются тиристоры с фазовым управлением, в 3-5 раз дешевле преобразователей частоты на базе транзисторов IGBT, менее сложная, а, следовательно, более надежная.
В 2006 г. впервые на ДНС «Загорская» ООО «Терминал» г.Оренбург осуществлен также пуск газового центробежного компрессора ЭКА-50/8-60, приводимого во вращение синхронным двигателем СТДП-3150-2 мощностью 3150 кВт с вращающимся возбудителем при пусковом токе не выше номинального.
По причине удаленности ДНС от мощного источника энергии из-за падения напряжения в линии прямой пуск и пуск с токоограничением от устройства УБПВД-В не был возможен.
При этом до 15 Гц синхронный двигатель работал в режиме частотного регулирования без возбуждения с принудительной коммутацией тока тиристоров инвертора методом прерывания тока, а затем, когда на зажимах вращающегося возбудителя могло появиться достаточное напряжение, на его обмотку возбуждения подавалось напряжение. В дальнейшем коммутация тока тиристоров инвертора осуществлялась за счет ЭДС фаз двигателя.
Типы и основные параметры устройств плавного пуска УБПВД-С представлены в таблице 1.
Таблица 1
|
Тип устройства |
Номинальное напряжение (линейное), кВ |
Максимальная мощность запускаемого двигателя, кВт |
Номи-
наль-
ный ток,
А |
Типовой
размер устройства ШхВхН, мм |
|
УБПВД-С-6-200УХЛ4 |
6 |
2000 |
200 |
1500х1200х
х2300 |
|
УБПВД-С-6-500УХЛ4 |
4000 |
500 |
|
УБПВД-С-6-800УХЛ4 |
6300 |
800 |
|
УБПВД-С-6-1250УХЛ4 |
10000 |
1250 |
|
УБПВД-С-10-200УХЛ4 |
10 |
2500 |
200 |
2х1680х1200х
х2300 |
|
УБПВД-С-10-500УХЛ4 |
6300 |
500 |
|
УБПВД-С-10-800УХЛ4 |
10000 |
800 |
|
УБПВД-С-10-1250УХЛ4 |
12500 |
1250 |
Устройство УБПВД-В предназначено для безударного плавного пуска высоковольтных асинхронных и синхронных электродвигателей механизмов с «вентиляторной» (квадратично зависимой от скорости) характеристикой нагрузочного момента (центробежные компрессоры, насосы, вентиляторы, дымососы, эксгаустеры и другие аналогичные механизмы). Устройство, выполненное по принципу тиристорного регулятора напряжения (рис.2), обеспечивает ограничение скорости нарастания и значения пускового тока электродвигателя изменением углов отпирания тиристоров через систему импульсно-фазового управления (СИФУ). В течение заданного времени пуска электродвигателя происходит плавное нарастание напряжения на обмотках статора от нуля до номинального значения. Пусковой ток увеличивается плавно с заданным токоограничением, не создавая ударных электромагнитных моментов, отрицательно сказывающихся на электродвигателе и механизме. Устройство УБПВД-В обеспечивает следующие виды защит:
- максимально-токовую от превышения заданного значения пускового тока и коротких замыканий;
- время-токовую от перегрузки силовых тиристоров;
- от затягивания времени пуска двигателя;
- от неполнофазного пуска и недопустимой асимметрии фазных токов;
- от неисправности тиристоров главных цепей.
В устройствах УБПВД-В предусмотрены 4 регулируемые, программно выбираемые уставки начального токоограничения с равномерной шкалой от 1,0 до 4,0 Iном. Эта опция обеспечивает возможность запуска посредством одного устройства нескольких двигателей разной мощности.
В устройстве предусмотрена связь по интерфейсу RS-485 для возможности дистанционного управления от АСУ ТП. Использование удобного пользовательского интерфейса обеспечивает максимально-улучшенные сервисно-эксплуатационные характеристики устройства.
Типы и основные параметры устройств плавного пуска серии УБПВД-В представлены в таблице 2.
Таблица 2
|
Тип устройства |
Номинальное напряжение (линейное), кВ |
Максимальная мощность
запускаемого двигателя,
кВт |
Номинальный
ток, А |
Максимальный ток главных
цепей в течение не более 60 с, А |
Типовой размер устройства |
|
УБПВД-В-6-125 УХЛ4 |
6,0;
6,3;
6,6 |
1000 |
125 |
350 |
750(1500)х1100х2200 |
|
УБПВД-В-6-250УХЛ4 |
2000 |
250 |
750 |
750(1500)х1100х2200 |
|
УБПВД-В-6-400УХЛ4 |
3150 |
400 |
1400 |
750(1500)х1100х2200 |
|
УБПВД-В-6-630УХЛ4 |
5000 |
630 |
1800 |
1700х1100х2200 |
|
УБПВД-В-6-800УХЛ4 |
6300 |
800 |
2500 |
1700х1100х2300 |
|
УБПВД-В-6-1250УХЛ4 |
10000 |
1250 |
3400 |
1700х1100х2300 |
|
УБПВД-В-10-125УХЛ4 |
10,0 |
1600 |
125 |
350 |
1500х1100х2200 |
|
УБПВД-В-10-250УХЛ4 |
3150 |
250 |
750 |
1500х1100х2200 |
|
УБПВД-В-10-400УХЛ4 |
5000 |
400 |
1400 |
1500х1100х2200 |
|
УБПВД-В-10-630УХЛ4 |
8000 |
630 |
1800 |
1700х1100х2300 |
|
УБПВД-В-10-800УХЛ4 |
12500 |
800 |
2500 |
1700х100х2300 |
С целью снижения затрат разработана и успешно эксплуатируется система плавного пуска (СПП) от одного устройства УБПВД нескольких электродвигателей, подключенных к одной или нескольким секциям шин. СПП позволяет осуществлять как прямой, так и поочер
|
|
