Регулируемый электропривод магистральных насосов НПС.

В процессе перекачки нефти и нефтепродуктов ус­ловия работы трубопроводов изменяются, вследствие чего меня­ются давления на приеме и нагнетании перекачивающих на­сосных станций. Если промежуточные насосные станции име­ют промежуточные емкости, то расход и давление на каждом участке трубопровода определяются только работой насосной станции, расположенной в начале участка. Если трубопровод работает в режиме «из насоса в насос», то при остановке ка­кой-либо промежуточной насосной станции возрастает давле­ние на всасывании и нагнетании на предыдущих станциях и снижается на последующих. Соответственно при вводе в рабо­ту такой станции повышается давление нагнетания на этой станции и последующих и понижается давление на всасыва­нии этой станции и всех предыдущих.

При установленном постоянном режиме работы насосных станций в ходе последовательной перекачки нефтей или неф­тепродуктов, имеющих различные плотности или вязкости, ме­няются расход и давление по всему трубопроводу. Изменения происходят по мере засорения трубопровода, а также при об­разовании в нем воздушных мешков. Поэтому необходимо регулирование, обеспечивающее изменение давления на приеме и нагнетании, а также подачи насосной станции в соответствии с режимом работы трубопроводов. Методы регулирования определяются в каждом конкретном случае в зависимости от назначения трубо­провода и режима его работы. Иногда целесообразно вести сту­пенчатое регулирование изменением числа работающих насос­ных агрегатов.

Во многих случаях требуется плавное регулирование давле­ния и подачи насосов. На рассматриваемых насосных с цент­робежными насосами это достигается дросселированием пото­ка, а также может быть обеспечено применением регулируемо­го привода насосов.

В настоящее время на трубопроводном транспорте распрост­ранено регулирование дросселированием потока жидкости в нагнетательном трубопроводе.

При регулировании путем изменения частоты вращения ра­бочих колес насосов привод должен быть рассчитан на ее сни­жение относительно номинальной ориентировочно на 30-40 %. Диапазон регулирования должен быть определен в зависимос­ти от конкретных условий эксплуатации трубопровода. При применении асинхронных двигателей регулирование частоты вращения вала двигателей мощностью несколько тысяч кило­ватт 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 статора от преобразова­теля частоты либо от сети при частоте 50 Гц и введении в цепь ротора источника энергии переменной частоты (машина двойного питания).

Современное состояние частотно-регулируемых электропри­водов, в частности, выполнение их силовой основы - полупро­водниковых преобразователей частоты, а также средств управ­ления и регулирования позволяет заменить нерегулируемые электроприводы турбомашин большой мощности на регулируе­мые.

Этому способствуют разработанные за последние годы сило­вые полупроводниковые приборы в модульном исполнении IGBT, лишенные недостатков обычных транзисторов В настоящее время IGBT-модули обес­печивают коммутацию токов до 1200 Л, частоту переключения до 25 кГц.

Выпускаются тиристоры, рассчитанные на ток до 3 кА и об­ратное напряжение до 5 кВ и управляемые сигналами весьма малой мощности (3 В, 1-2 А). Разработаны также полностью управляемые тиристоры, или GTO-тиристоры (Gate Turn Off). Значения коммутируемых напряжений и токов для GTO в настоящее время достигают 6 кВ и 6 кА.

За последние годы GTO были модернизированы и появился новый класс полупроводниковых приборов IGCT на напряжение 4,5-5,5 кВ и токи до 3 кА, характеризующихся более низким уровнем потерь энергии, большей надежностью и меньшей массой по сравне­нию с GTO.

Низкий уровень потерь энергии, малая мощность управле­ния современных силовых полупроводниковых приборов позво­ляют реализовать силовые интегральные схемы, в которых на одном кристалле технологическими приемами изготавливаются силовые ключевые элементы, система их запуска и защиты, устройства управления и диагностики. Такие устройства полу­чили название интеллектуальных схем.

С появлением силовых транзисторных модулей и запирае­мых тиристоров наиболее предпочтительными стали преобра­зователи частоты (ПЧ) но схеме выпрямитель — инвертор. Эта схема более проста и экономична, чем аналогичные схемы ПЧ с искусственной коммутацией, и благодаря этому нашла широкое применение в частотно-регулируемом электроприводе.

Управление скоростью двигателя с помощью ПЧ осуществ­ляется воздействием по двум каналам путем изменения частоты и напряжения. Это в ПЧ с промежуточным звеном по­стоянного тока возможно двумя способами:

· изменением значения напряжения в звене постоянного тока, например, с помощью тиристорного выпрямителя, если устано­вить его вместо диодного моста – амплитудно – импульсная модуляция (АИМ);

· широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) выпрямленного напряжения с помощью ключей инвертора.

Современные средства микропроцессорной техники позволя­ют формировать сложные законы управления асинхронным двигателем (ЛД), близкие по качеству регулирования момента, скорости и других величин к электроприводам с двигателями постоянного тока. Это становится возможным, если раздельно воздействовать на две составляющие статорного тока ЛД: на­магничивающую, определяющую значение магнитного потока двигателя, и ортогональную ей составляющую тока, определя­ющую момент АД. Такое векторное представление составляю­щих тока для каждой фазы АД получило название векторного управления. Основным узлом векторного управления является преобразователь сигнала задания магнитного потока и момента в сигналы задания токов для фаз ЛД. В системах микропро­цессорного управления АД эта задача решается программными средствами.

Академиком М.П. Костенко сформулирован закон, устанав­ливающий соотношение между частотой и напряжением пита­ния асинхронного двигателя:

При выполнении этого соотношения двигатель будет сохра­нять номинальную перегрузочную способность, если диапазон регулирования скорости вниз от номинальной не превышает 2:1.

Учитывая, что момент турбомашины пропорционален квад­рату скорости вращения вала, при условии сохранения посто­янства перегрузочной способности двигателя можно установить соотношение между частотой и напряжением:

Для синхронных двигателей привода турбомашин целесооб­разно следующее пропорциональное соотношение между часто­той и напряжением:

Так как синхронные двигатели находят преимущественное распространение для привода главных насосов НПС, наибольшее практическое зна­чение приобретает регулирование частоты вращения таких ма­шин. Исследованиями установлена целесообразность регулиро­вания частоты вращения синхронных двигателей путем изме­нения частоты питающего напряжения с помощью статического полупроводникового преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока. В зависимом инверторе переключение вентилей обеспечивается ЭДС приводного син­хронного двигателя, вследствие чего отпадает необходимость в установке громоздких конденсаторов, которые необходимы при применении автономного инвертора.

По блок-схеме был изготовлен и прошел промышленные испытания преобразователь частоты СПЧР-4500/6, предназначенный для питания синхронного двигателя мощностью 4500 кВт, 6000 В Этот преобразователь позволяет изменять часто­ту на выходе в пределах 5-55 Гц, что соответствует диапазону изменения частоты вращения вала двигателя от 300 до 3300 об/мин при номинальной частоте вращения 3000 об/мин. Номинальные напряжения на входе и выходе преобразователя6 кВ.

Принципиальная схема СПЧР-4500/6;

1- шкаф выпрямителя;

2 - шкаф инвертора;

3- устройство охлаждения вентилей;

4 - дроссель;

5 - шкаф управления

С изменением частоты f₂ выходного напряжения U₂ меня­ется и его значение, так что U₂cosφ / f₂ = const. Изменения значений U₂ и f₂ осуществляются изменением входного посто­янного напряжения инвертора - выходного напряжения управ­ляемого выпрямителя.

Принципиальная схема одного из вариантов регулируемого электропривода магистрального насоса НМ-10000-210 с серий­ным электродвигателем СТД-6300-2 приведена на рис. На входе и выходе преобразователя применены трансформаторы Tpi-ТрЗ. Трансформатор Тр1 служит для согласования напря­жения сети с номинальным входным напряжением преобразо­вателя, Тр2 и ТрЗ - напряжения выхода преобразователя с номи­нальным напряжением двигателя. Силовая схема преобразовате­ля помимо двух основных выпрямительно-инверторных модулей СВ1, СВ2 и СВЗ, СВ4, рассчитанных на мощность 3500 кВт каждый, содержит еще и пусковой инвертор СВ5. Его необ­ходимость обусловлена следующим. Выходные зажимы основ ных инверторов (СВ2 и СВ4) присоединены к зажимам двига­теля через согласующие трансформаторы Тр2 и ТрЗ, которые при работе в зоне низких частот могут насыщаться. Чтобы ис­ключить это явление, применен пусковой инвертор СВ5, кото­рый на начальном участке пуска подключается к двигателю вы­ключателем В1. Затем выключателем В2 питание двигателя пе­реводится на основные инверторы, а пусковой инвертор СВ5 отключается выключателем В1 и блокируется.

Дата добавления: 2015-12-07