На территории России создана разветвленная сеть магист­ральных газо-, нефте - и продуктопроводов, проходящих по территории многих субъектов Федерации.

Протяженность магистральных трубопроводов, по которым осуществляется транспорт продукции нефтегазового ком­плекса на начало 2004 г. составила 219 тыс. км, в том числе газопроводных магистралей, включая газопродуктопрово - ды, — 151 тыс. км, нефтепроводных магистралей — 48,6 тыс. км, нефтепродуктопроводных магистралей — 19 тыс. км.

С помощью магистрального трубопроводного транспорта, осуществляется транспорт около 100 % добываемого газа, 99 % добываемой нефти и более 50 % продукции, производи­мой подключенными к системе магистральных продуктопро - водов нефтеперерабатывающими предприятиями.

Технологические процессы транспорта углеводородного сырья характеризуются высокой энергоемкостью. Примене­ние регулируемого электропривода на установках транспорта нефти и газа, мощность которых составляет тысячи кВт, яв­ляется радикальным средством энергосбережения. Так, вне­дрение частотно-регулируемых электроприводов на нефтепе­рекачивающих станциях АК «Транснефть» обеспечит годо­вую экономию электроэнергии около 10 млрд кВт ч [27].

Поскольку основные требования к электроприводам газо­перекачивающих и нефтеперекачивающих агрегатов одина­ковые, можно ограничиться рассмотрением вопросов приме­нения частотно-регулируемого электропривода для техноло­гических установок транспорта газа.

Режим работы компрессорных станций (КС) на магист­ральных газопроводах переменный, т. е. изменяются количе­ство перекачиваемого газа и давление на его приеме КС. Это обусловлено главным образом неравномерностью и случай­ным характером потребления газа. Кроме того, значительное влияние на изменение режима работы КС может оказать по­этапный ввод в эксплуатацию газопровода и соответствую­щее этому постепенное увеличение его мощности, а также изменение давления газа на приеме турбокомпрессора (ТК) вследствие изменения пластового давления и появления от­ветвлений к промежуточным потребителям.

Совместная работа газопровода и ТК как турбомашины определяется точкой пересечения их газодинамических ха­рактеристик. При этом количество газа, транспортируемого по газопроводу, соответствует производительности ТК при данном давлении на приеме КС. В зависимости от потребле­ния газа можно изменять характеристики ТК или газопро­вода. Этого можно добиться дросселированием (регулирова­нием задвижкой), отключением (включением) нескольких по­следовательно и параллельно включенных ТК. При этом сис­тема регулирования производительности КС должна преду­сматривать регулирование как по графику потребления газа в течение года, так и в динамических режимах при текущих изменениях нагрузки газопровода.

На КС с электроприводными ТК регулирование произво­дительности может осуществляться следующими способами:

дросселированием потока газа;

регулированием потока газа путем установки входного по­воротного направляющего аппарата перед колесом ТК, закру­чивающего поток газа на входе в ТК; байпасированием потока газа; заменой сменной проточной части ТК; изменением передаточного числа передаточного меха­низма;

установкой гидромуфты; изменением числа работающих агрегатов; изменением частоты вращения вала электродвигателя. Регулирование дросселированием потока газа может осу­ществляться с помощью дросселирующего органа, создающе­го дополнительное гидравлическое сопротивление, в резуль­тате чего искусственно изменяется характеристика газопро­вода. При дросселировании производительность ТК уменьша­ется, потребляемая при этом мощность электродвигателя также снижается, но несущественно. Дросселирование газа ведет к резкому увеличению удельных на 1000 м3 энергоза­трат и является весьма неэкономичным способом регулиро­вания производительности. Однако этот способ нашел при­менение на некоторых КС благодаря своей простоте.

Эффективным способом с точки зрения энергозатрат яв­ляется регулирование потока газа путем установки входного поворотного направляющего аппарата, однако попытки его внедрения на электроприводных полнонапорных ТК с элек­тродвигателями СТД-12500-2 из-за сложности конструкции распространения не получили.

Установка гидромуфт для обеспечения регулирования производительности на практике не находит применения вследствие низкого значения КПД и больших эксплуатаци­онных расходов, связанных с их обслуживанием и ремонтом.

Ступенчатое регулирование производительности КС изме­нением числа работающих ТК не может в общем случае обеспечить нормальную работу при переменном режиме га­зопровода. Однако этот способ регулирования в сочетании с плавным регулированием позволяет уменьшить требования к диапазону плавного регулирования,

Значительная экономия электроэнергии достигается регу­лированием частоты вращения ТК. Необходимый диапазон регулирования частоты вращения приводного электродвига­теля при изменении подачи ТК составляет (1 — 0,7)л„ом, т. е. привод ТК должен обеспечить плавное регулирование часто­ты вращения вала на 30 % ниже ее номинального значения,

За последние годы в качестве основных вариантов при вы­боре типа привода ТК рассматриваются приводы трех типов:

газотурбинный привод:

частотно-регулируемый электропривод с быстроходным электродвигателем переменного тока;

частотно-регулируемый электропривод на основе электро­двигателя с частотой вращения не выше 3000 об/мин и муль­типликатором.

Ведущие электротехнические фирмы используют три типа быстроходных частотно-регулируемых электроприводов пе­ременного тока для ТК магистральных газопроводов:

1. Частотно-регулируемый электропривод с ПЧ на основе автономного инвертора тока и быстроходным асинхронным двигателем.

2. Частотно-регулируемый электропривод с ПЧ на основе автономного инвертора напряжения и быстроходным асин­хронным двигателем.

3. Частотно-регулируемый электропривод по схеме вен­тильного двигателя на базе быстроходного синхронного дви­гателя.

Частотно-регулируемый электропривод ТК с быстроход­ным двигателем по сравнению с обычным двигателем и муль­типликатором обеспечивает экономию площади до 50 %.

Быстроходные частотно-регулируемые электродвигатели мощностью 4,0—12,5 МВт производят фирмы «ALSTOM» (Франция), CKD (Чехия), «ТМЕІС» (Япония), «SIEMENS» (Германия) и др.

В России ведутся работы по созданию электроприводов газоперекачивающих агрегатов с быстроходными асинхрон­ными двигателями с ротором на магнитном подвесе на 8200 об/мин мощностью 4,0 и 6,3 МВт.

Применение электромагнитного подвеса ротора обеспечи­вает:

исключение из компоновки агрегата мультипликатора;

использование компрессоров с высокой частотой враще­ния;

исключение системы смазки подшипников и соответст­венно необходимости в запасах масла;

повышение показателей надежности агрегата, его ресурса и уменьшение затрат на обслуживание и ремонт;

повышение готовности агрегата к пуску, сокращение времени пуска и др.

В настоящее время в России реализованы технические решения по применению частотно-регулируемого электропри-

Рис. 7.10. Функциональная схема электропри­вода по схеме вентильного двигателя мощно­стью 25 МВт

вода по схеме вентильного двигателя на синхронном двигате­ле типа 4Б284-021 мощностью 25 МВт.

На КС Путятинская и Павелецкая установлены по три электропривода мощностью 25 МВт (два рабочих и один резервный) для привода ТК газоперекачивающего агрегата ЭПГА-25.

Привод данного типа предназначен для осуществления плавного пуска, регулирования и стабилизации частоты вра­щения ТК. Электропривод (рис. 7.10) включает четырехобмо­точный трансформатор Т1 мощностью 40 MB-А, преобразова­тель частоты А с промежуточным звеном постоянного тока, синхронный электродвигатель СД, управляемый возбудитель U5, получающий питание от трансформатора Т2. Преобразо­ватель частоты состоит из двух идентичных модулей, вклю­чающих в себя управляемые выпрямители U1 (U2) и инверто­ры U3(U4). Использование трансформатора Т1 со вторичными обмотками, одна из которых соединена звездой, а другая треугольником, обеспечивает 12-пульсную систему выпрям­ления.

В цепи промежуточного звена постоянного тока ПЧ вклю­чены сглаживающие дроссели LI, L2 (L3, L4). Преобразовате­лем частоты управляет регулятор R, с помощью которого можно изменить частоту от 0 до 65 Гц. Статорная обмотка электродвигателя имеет две трехфазные обмотки, которые соединены в схему «две звезды» и сдвинуты одна по отноше­нию к другой на 30°. Применение такой схемы позволяет уменьшить пульсации мощности и снизить добавочные поте­ри. Кроме того, наличие сдвоенной трехфазной обмотки ста­тора позволяет в тех же габаритах увеличить номинальный момент и мощность двигателя примерно на 6 %. Для решения проблемы электромагнитной совместимости с питающей се­тью используется фильтрокомпенсирующие устройства мощ­ностью 12000 квар, подключенные к третьей вторичной об­мотке трансформатора ТІ (на рис. 7.10 не показано).

Электропривод поддерживает заданную частоту вращения

двигателя с точностью ±2 %. Пуск электропривода — автома­тический до частоты 2600 об/мин с током, не превышающим номинальное значение.

Технические характеристики электродвигателя типа 4Б284-021

Номинальная мощность, МВт............................................................... 25

Номинальная частота вращения, об/мин................................................. 3700

Диапазон регулирования частоты вращения, об/мин................................ 2600 — 3900

Номинальная частота, Гц...................................................................... 61,7

Номинальный момент, кН-м................................................................. 64,6

Номинальное напряжение статорной обмотки, кВ................ 10

Номинальный КПД, %........................................................................ 96,3

Номинальный коэффициент мощности (опережающий) 0,85

Номинальный ток статора, А................................................................ 925

Номинальное напряжение возбуждения, В............................................. 215

Номинальный ток возбуждения, А........................................................ 418

Момент инерции турборотора, кгм2....................................................... 750

Критические скорости турборотора, об/мин:...........................................

первая критическая скорость............................................................ 1900

вторая критическая скорость............................................................ 5500

Степень защиты.................................................................................. IP44

Масса двигателя, кг............................................................................. 84000

Система управления электроприводом выполнена на ана­логовых элементах с использованием элементной базы 1980-х годов и к настоящему времени является морально устарев­шей. В связи с этим поставлен вопрос о модернизации сис­темы управления, защиты и сигнализации электропривода.

ОАО «Электропривод», АООТ «ЭНИН» им. Г. М. Кржижа­новского совместно с ОАО «Электровыпрямитель» (г. Са­ранск) разработаны тиристорные ПЧ на напряжения 6; 10; 15,75 кВ серии ПЧ-ТТП. Преобразователи частоты предназна-

Технические характеристики преобразователей частоты серии ПЧ-ТТП Параметры ПЧ-ТТП-100 6 кВ/10 кВ ПЧ-ТТП-200 6 кВ/10 кВ ПЧ-ТТП-500 6 кВ/10 кВ ПЧ-ТТП-800 15,75 кВ ПЧ-ТТП-2000 0,4-0,95 кВ Номинальное входное и выходное напряжение тиристорной (сило­вой) части преобразователя, В 6000/10000 Г 6000/10000 I 6000/10000 I 15750 I 380-950 ІГ Номинальный выходной ток, А 100 200 500 800 3000-1000 Перегрузка по току, А: в течение 5 мин 1,2 /,,ом в течение 40 с 1,5 /„„ч 120 150 240 300 600 750 960 1200 3600-1200 4500- 1500 Максимальный выходной ток при работе в качестве пускового уст­ройства в повторно-кратковре­менном режиме, А 200 400 1000 1500 В зависимости от типа приме­няемого тиристора 4500- 1500 Габариты блока силового, мм: высота ширина глубина Одностороннее обслуживание 2200 2000 600 Одностороннее обслуживание 2200 2400 600 Одностороннее обслуживание 2400 3400 650 Двухстороннее обслуживание 2200 6000 1200 Двухстороннее о бслуживание 2200-1800 1200- 800 1200 - 800 Время пуска двигателя в зависи­мости от момента инерции и на­грузки Не более 5 мин при естественном охлаждении Количество пусков в час Не ограничено Режим работы для пусковых пре - о бразо вателей 'I — высоковольтный вариант. " Отключен или в горячем состоянии II — трансформаторный вариант.

388

мі'ньї для пуска и регулирования скорости электроприводов насосов, вентиляторов и ТК с синхронными электродвигате­лями, выполненными по схеме вентильный двигатель.

Технические характеристики преобразователей частоты серии ПЧ-ТТП приведены в табл. 7.10.

Разработанные за последние годы полностью управляемые мощные силовые полупроводниковые приборы (GTO, IGBT, IGCT) в модульном исполнении внесли радикальные измене­ния в системы частотно-регулируемых электроприводов пе­ременного тока. Значительно увеличились предельные мощ­ности, функциональные возможности, диапазон регулирова­ния скорости и улучшились технико-экономические показа - голи частотно-регулируемых электроприводов. Использова­ние в качестве исполнительных двигателей переменного тока открыло возможность значительного увеличения мощности и перегрузочной способности электропривода, недостижимых при применении двигателей постоянного тока, имеющих ог­раничения по условиям коммутации. Отсутствие коллектора, кроме того, значительно расширяет области применения >лектропривода и обеспечивает экономию меди. Современ­ный уровень развития силовой полупроводниковой техники позволяет создавать частотно-регулируемые электроприводы мощностью до 80 МВт и более, а КПД современных ПЧ мо­жет достигать 98 %.

Применение микропроцессорных средств управления ра­дикально изменило системы управления, защиты и сигнали­зации. Появились широкие возможности приспосабливания ілектропривода к конкретным требованиям технологического процесса, сопряжения с управляющей ЭВМ, системой авто­матического управления верхнего уровня, диагностики и др.

Концерном АВВ для привода ТК, оснащенных синхронны­ми двигателями, .разработана серия частотно-регулируемых электроприводов MEGADRIVE-LCI.

Рассмотрим электропривод ТК мощностью 12,5 МВт. Диа­пазон регулирования скорости 1800 — 3000 об/мин. Функцио­нальная схема управления электроприводом MEGADRIVE-LCI показана на рис. 7.11.

В качестве элементной базы ПЧ используются GTO - тиристоры. Преобразователь частоты контейнерного испол­нения с явно выраженным звеном постоянного тока включа­ет в себя 12-пульсные управляемый выпрямитель и инвертор тока. Питание ПЧ осуществляется от 3-обмоточного транс­форматора 17 MB-А напряжением 10000/2x3600 В. Система охлаждения ПЧ имеет промежуточный водяной контур (вода

Рис. 7.11. Функциональная схема управления электроприводом MEGADRIVE-LCI: О — сетсвой выключатель; Т — трансформатор; В — управляемый выпрями­тель; Д — дроссель; И — инвертор; М — синхронный двигатель; ТН1, ТН2 — трансформаторы напряжения; ДТ, ДТВ, ДН, ДС — датчики соответственно тока, тока возбуждения, напряжения, скорости; СУВ, СУИ — системы управ­ления соответственно выпрямителем, инвертором; PC, РТ, PH, РТВ, РМ — регуляторы соответственно скорости, тока, напряжения, тока возбуждения, мощности; ЗС, ЗН — задатчики соответственно скорости, напряжения; ФПС — функциональный преобразователь сигналов

с добавлением глюколя) и обеспечивает рассеивание мощно­сти потерь 120 кВт.

Для обеспечения электромагнитной совместимости с пи­тающей сетью предусмотрено двухступенчатое фильтроком­пенсирующее устройство мощностью 4000 + 3500 квар (на рис. 7.11 не показано).

Управление электроприводом осуществляется от микро­контроллера. Система управления воздействует на управляе­мый выпрямитель, инвертор, бесщеточный возбудитель и реализует требуемый закон регулирования U/f.

Цифровое управление используется для регулирова­ния момента и скорости, реализации систем защит, управ­ления последовательностью включения и отключения в ре­жиме нормального функционирования, аварийного отключе­ния, а также текущего контроля электропривода и диагно­стики.

Внутренняя структура микроконтроллера разработана и оптимизирована таким образом, что он является не только быстродействующим для применения в электроприводе, но также облегчает применение проблемно-ориентированного языка, ориентированного на пользователя.

Автоматический пуск и останов электропривода разбива­ется на ряд последовательных этапов с промежуточным кон­тролем за правильностью функционирования. Возможно как местное, так и дистанционное управление.

Защита элементов силового оборудования и системы управления, а также текущий контроль реализованы про­граммными средствами. Сообщения о неисправностях и па­раметрах текущего состояния оборудования отображаются на пульте оператора. Функции систем защит и текущего контро­ля компонентов электропривода показаны на рис. 7.12.

В электроприводе предусмотрены следующие виды защит от: превышения и понижения напряжения на зажимах двига­теля сверх допустимых значений; заклинивания ротора; пре­вышения и понижения скорости вращения ротора сверх до­пустимых значений; превышения напряжения на выходе ПЧ; замыкания на землю; превышения тока в силовой цепи ПЧ и возбудителя; нарушения работы системы охлаждения двига­теля и др.

Тепловой режим двигателя контролируется с помощью 20 терморезисторов, из которых 12 контролируют тепловой режим в обмотке статора, три — в возбудителе, три — в сис­теме охлаждения двигателя. Теплообменник воздух-вода мон­тируется в верхней части двигателя. Охлаждающий воздух

Рис. 7.12. Функциональная схема систем защит и текущего контроля ком­понентов электропривода: 1 — трансформатора; 2 — максимально-токовая; 3 — от перенапряжения; 4 — преобразователя частоты; 5 — от замыкания на землю; 6 — электродви­гателя; 7 — системы возбуждения; 8 — механической части электродвигате­ля; 9 — теплового состояния электродвигателя (остальные обозначения см. рис. 7.11)

циркулирует по замкнутому контуру, проходя через двига­тель и теплообменник.

Общий номинальный КПД электропривода л = 0,95, ко­эффициент мощности cos ф= 0,97.

Для привода ТК с асинхронными короткозамкнутыми дви­гателями мощностью 1600 — 8000 кВт концерном АВВ разра­ботана преобразователи частоты серии SAMI MEGASTAR. Силовая часть ПЧ включает неуправляемый выпрямитель, выполненный в зависимости от требования к гармоническим составляющим в сети по б-, 12- или 24-пульсной схеме и ШИМ-инвертор напряжения на GTO-тиристорах. Для согла­сования напряжения двигателя и сети используется транс­форматор. В цепь постоянного тока ПЧ включена батарея конденсаторов.

Электропривод может быть оснащен блоком тормозных сопротивлений, подключенным в цепь постоянного тока про­межуточного звена ПЧ.

В электроприводе может быть реализовано скалярное и векторное управление. В последнем случае используется об­ратная связь по скорости с помощью тахогенератора.

Система управления электропривода состоит из контрол­лера прикладного программного обеспечения и контрол­лера привода, который подключается к контроллеру приклад­ного программного обеспечения оптико-волоконной линией связи.

Управление электроприводом может осуществляться: по­средством аналоговых и цифровых входов, последовательной линии связи, панели управления, персонального компьютера. Для этих целей предусмотрено восемь цифровых и четыре аналоговых входа, а также восемь цифровых и два аналого­вых выхода. При необходимости число входов может быть расширено.

Цифровое управление позволяет устанавливать с помощью панели управления следующие параметры: максимальное и

минимальное значения частоты вращения двигателя, время разгона и торможения, предельный момент двигателя, часто­ту начала ослабления магнитного потока двигателя, парамет­ры векторного управления (например, коэффициенты ПИ-ре - гуляторы) и др.

В процессе работы электропривода на индикаторе панели управления могут быть отображены следующие параметры: момент, частота вращения и ток двигателя, заданные значе­ния параметров векторного управления, состояния цифровых и аналоговых входов и выходов, ток и напряжение промежу­точного звена постоянного тока ПЧ, индикация неисправно­стей и др.

Тепловое состояние электродвигателя контролируется при помощи терморезисторов, установленных в обмотке статора, подшипниках и системе охлаждения. Охлаждение ПЧ — во­дяное с теплообменником вода-вода.

Технические характеристики преобразователей частоты серии SAMI MEGASTAR приведены в табл 7.11.

Для высоковольтного электропривода ТК выпуск ПЧ осу­ществляют ряд других зарубежных фирм, например, «Siemens» (ПЧ серии SIMOVERT), «Allen Bradley» и др., по­зволяющих существенно экономить энергоресурсы.

Весьма перспективными для частотно-регулируемых элек­троприводов технологических установок транспорта углево­дородного сырья мощностью до 5 МВт являются преобразо­ватели частоты серии ВПЧ, предлагаемые для реализации на рынке России компаний «L-Start». Преобразователи частоты производятся в соответствии с российскими ГОСТ Р и меж­дународным МЭК стандартами, имеются модификации для работы с асинхронными и синхронными двигателями.

Высоковольтные ПЧ серии ВПЧ предназначены для плав­ного частотного пуска и регулирования скорости электродви­гателей с номинальным напряжением 3, б, 10 кВ.

Реализуемые законы управления: векторный или скаляр­ный U/f = const.

Таблица 7.11 Технические характеристики преобразователей частоты серии SAMI MEGASTAR Тип ПЧ Схема вы­ прям­ ления, п-пульс- ная Напряже­ние на входе ПЧ, В Номи­нальный ток ПЧ, А Мощ­ ность ПЧ, КВА Мощ­ность двигате­ля, кВт Масса ПЧ, кг 2600D3300 6 3300 350 2000 1600 3500 3150D3300 6 3300 550 3150 2600 3700 5000D3300 6 3300 875 5000 4000 4100 6300D3300 6 3300 2x550 6300 5000 6500 10000D3300 6 3300 2x875 10000 8000 7700 2000D3300 12 2x1650 350 2000 1600 3500 3150D3300 12 2x1650 550 3150 2600 3700 5000D3300 12 2x1650 875 5000 4000 4100 6300D3300 12 2x1650 2x550 6300 5000 6500 10000D3300 12 2x3300 2x875 10000 8000 7700 2000D3300 24 4x1650 350 2000 1600 4300 3150D3300 24 4x1650 550 3150 2600 4500 5000D3300 24 4x1650 875 5000 4000 4900 6300D3300 24 4x1650 2x550 6300 5000 7300 10000D3300 ,24 4x1650 2x875 10000 8000 7700 2000DG3300 6 3300 350 2000 1600 4600 3150DG3300 6 3300 550 3150 2600 4700 5000DG3300 6 3300 875 5000 4000 5100

Рис. 7.13. Функциональная схема высоковольтного преобразователя частоты: 1 — высоковольтный выключатель; 2 — многообмоточный фазосдвигающий трансформатор; 3 — асинхронный двигатель; 4 — силовой модуль с IGB транзисторами; 5 — контроллер; 6 — промышленный PC; 7 — блок PLC (сигналов физического уровня); 8 — контроль тока сети; 9 — контроль вы­ходного напряжения ВПЧ

Функциональная схема высоковольтного преобразователя частоты (ВПЧ) показана на рис. 7,13. Силовая схема преобра­зователя состоит из ячейки многообмоточного трансформа­тора, ячейки силовых модулей с IGB транзисторами и моду­лем управления. Силовой модуль (рис. 7.14) выполнен по схе­ме: неуправляемый трехфазный выпрямитель, емкостной фильтр, однофазный инвертор на IGB транзисторах и узла байпасирования модуля при выходе модуля из строя.

В каждом модуле всегда открыты и проводят ток два клю­ча. При этом имеют место следующие значение выходного напряжения:

замкнуты 01, 03 или 02, 04 (в зависимости от направле­ния тока) U = 0;

замкнуты 01, 04 {/=+£;

замкнуты 02, 03 U = — Е.

При замыкании соответствующих ключей в каждом моду­ле значение фазного напряжения (Уф (при наличии пяти мо­дулей в фазе) определится из соотношения

Рис. 7.14. Схема силового модуля: 1 — неуправляемый выпрямитель; 2 — емкостный фильтр; 3 — однофазный инвертор на IGB транзисторах; 4 — устройство байпасирования модуля при выходе его из строя; LI, L2 — выходные зажимы модуля; К — ключ; Q1- 04 — транзисторы IGB; R — резистор; С — конденсатор

[/ф=|0; ±Е; ±2Е; ...; ±5£|,

а число уровней в кривой фазного напряжения N = 2-5 + + 1 = 11.

Фазные выходные напряжения формируются суммирова­нием напряжений отдельных силовых модулей, включенных последовательно по схеме «звезда» (рис. 7.15). Напряжение на выходе ВПЧ в ступенчатом виде аппроксимирует синусои­дальный закон.

Коэффициент мощности каждого силового модуля более 0,95 практически во всем диапазоне скоростей, что не требу­ет применения фильтрокомпенсирующих устройств.

В ВПЧ реализован принцип многоуровневой ШИМ, обес­печивающий форму выходного напряжения, близкую к сину­соидальной

Реализация многоуровневой ШИМ-модуляции обеспечива­ет следующие преимущества:

формируется неискаженная форма синусоиды выходного тока (искажение ниже 4 %);

снижаются коммутационные напряжения, возникающие при переключениях;

Рис. 7.15. Схема включения модулей для формирования фазного и линейно­го напряжений на выходных зажимах преобразователя частоты

исключается дополнительный нагрев двигателя токами высших гармоник;

обеспечивается высокий коэффициент мощности, не ме­нее 0,95;

КПД более 95 %;

отсутствует ограничение по длине кабеля от преобразова­тельного устройства до двигателя;

исключается остановка двигателя при выходе из строя од­ного силового модуля;

имеется возможность использования ВПЧ с двигателями общепромышленных серий без дополнительных выходных фильтров, так как вследствие высоких значений пульсности создается минимальный уровень высших гармоник в спектре выходного напряжения;

отсутствуют дополнительные шумы двигателя; снижаются пульсации электромагнитного момента двига­теля;

отпадает потребность в фильтрокомпенсирующем устрой­стве на входе ПЧ.

Система управления ВПЧ реализована на промышленном компьютере с сенсорным экраном, которая обеспечивает: управление частотным пуском двигателя с заданным уско­рением в пределах допустимой перегрузки ПЧ;

уставку времени изменения частоты от минимального до максимального значения в заданных пределах;

точность поддержания частоты вращения, определяемую наклоном механической характеристики двигателя;

возможность автоматического регулирования параметров электропривода и технологических параметров, зависящих от скорости двигателя;

изменение по заданной программе скорости двигателя; ограничение значений тока в силовой цепи при перегруз­ках на заданном уровне и с заданной точностью.

В течение времени срабатывания в нем защит, ВПЧ тер­мически и динамически устойчий во всех аварийных режи­мах и имеет следующие виды защиты от: к. з. в ВПЧА и нагрузке; недопустимых перегрузок по току; перегрева ВПЧ;

внешних и внутренних коммутационных перенапря­жений;

пробоя силовых модулей;

нарушения коммутации и сбоев в цепях управления; исчезновения вентиляции (в ВПЧ с принудительной вен­тиляцией);

исчезновения напряжения сети;

недопустимых понижения и повышения напряжения сети; обратного чередования фаз напряжения сети; обрыва фазы;

недопустимого превышения частоты вращения двигателя (свыше 120 %).

Настройка параметров работы ВПЧ осуществляется с пульта управления — сенсорного экрана, предусмотрено также подключение дистанционного пульта управления. ВПЧ может быть интегрирован в общую АСУ ТП по интерфейсу RS485, протоколу MODBUS. Для управления и контроля ра­ботоспособности разработано удобное программное обеспе­чение с интерфейсом на русском языке.

Окно главного пользовательского интерфейса одновре­менно отражает восемь параметров работы электропривода: частоту настройки, выходную частоту, скорость вращения двигателя, данные по контролируемому параметру (давление, температура, момент двигателя и др.), ток потребляемый ВПЧ
из сети, ток, двигателя, напряжение сети, напряжение на за­жимах статора двигателя.

ВПЧ оснащен средствами сигнализации о включенном и отключенном состояниях и срабатывании системы защиты.

ВПЧ имеет также систему диагностики, позволяющую оп­ределять место возникновения неисправностей в электропри­воде на уровне его функциональных частей в случае сраба­тывания системы защиты.

ВПЧ поставляется заказчику в виде функционально закон­ченного оборудования в состав которого входят:

ячейка высоковольтного сухого многообмоточного транс­форматора специального исполнения;

ячейка силовых модулей с IGB транзисторами и модулем управления ВПЧ (промышленный компьютер с сенсорным экраном).

Силовые модули с IGB транзисторами изготовлены в виде

блочной выдвижной конструкции, обеспечивающей быструю

замену модулей.

Основные технические характеристики преобразователя серии ВПЧА для регулирования скорости высоковольтных асинхронных двигателей

Обозначение серии................................................................... ВПЧА высоковольтный

Частота питающей сети, Гц......................................... Диапазон регулирования частоты, Гц Точность поддержания частоты, ГЦ... Время пуска/останова, с.............................................................

преобразователь часто­ты для асинхронного электродвигателя 45-55 0,5-120 ±0,01

Перегрузочная способность.

10—1600 (настраивае­мый параметр)

120 % в течение 60 с, 150 % в течение 1 с

исполнение охлаждение.

Шкафное, односторон­него обслуживания, ка­бельный подвод снизу Принудительное с

Выходное напряжение силовой цепи (трезфазное

линейное), В....................................................................

Коэффициент мощности....................................................

КПД, %, не менее Аналоговый вход.

Аналоговый выход

Дискретные входы... Дискретные выходы

Интерфейсы/Протоколы передачи данных

Органы управления

Конструкция;

степень защиты

3000, 6000, 10000 0,95 и более, при ско­рости близкой К НОМИ' нальной 96

Два канала,

0-10 В/4-20 мА Два канала,

0-10 В/4-20 мА 24 16

RS485/Modbus Сенсорный экран (Touch Screen)

IP30

Условия эксплуатации:

температуры эксплуатации, °С.......................................

влажность максимальная, %..........................................

высота (максимальная) над уровнем моря, м, не

более..........................................................................

вибрация (максимальная)...............................................

От 0 до + 40 90 (без конденсации)

1000

0,5д с частотой 10-50 Гц

УХА. 4

климатическое исполнение и категория разме­щения.........

В качестве привода ТК могут быть использованы газовые турбины. Сравнительная оценка показателей эффективности газоперекачивающих агрегатов (ГПА), оснащенных быстро­ходными электроприводами и газовыми турбинами, приведе­на в табл. 7.12.

Годовые затраты на техническое обслуживание и планово­предупредительный ремонт (ППР) быстроходного электро­привода переменного тока ТК примерно в 4 раза меньше аналогичных затрат на привод ТК с газовой турбиной. Капи­таловложения в частотно-регулируемый быстроходный элек­тропривод и связанное с ним электрооборудование и запча­сти, как правило, ниже чем капиталовложения в привод с га­зовой турбиной.

Приведенные годовые затраты на привод ТК с газовой турбиной в 1,5 — 2 раза превышают аналогичные затраты по сравнению с быстроходным электроприводом.

Однако в некоторых применениях газовые турбины для привода ТК имеют определенное преимущество перед быст­роходным электроприводом, что связано с ограничениями на максимальную номинальную мощность быстроходных элек­тродвигателей вследствие действия центробежных сил. По этим причинам диаметр ротора быстроходных электродвига­телей ограничивают до такого значения, при котором окруж­ная скорость не превышает 270 — 300 м/с.

Выбор наиболее эффективного варианта привода ТК газо­перекачивающего агрегата является сложной технико-эконо­мической задачей. На выбор типа привода оказывают суще­ственное влияние следующие факторы:

стоимость электроэнергии, отпускаемой с шин электро­энергетической системы;

стоимость газа;

КПД частотно-регулируемого электропривода и его изме­нения при изменении частоты вращения;

КПД газовой турбины и его изменения при изменении частоты вращения;

Сравнительная оценка показателей эффективности газоперекачивающих агрегатов, оснащенных быстроходными электроприводами и газовыми турбинами Показатель эффективности Тип электропривода Газотурбинный привод Примечание С быстроходным ЭД ЭД с мультипликатором Условия энерго­снабжения Имеет большое преимущество в тех местах, где можно получить дешевую электроэнер­гию от АЭС, ГЭС или ТЭЦ Имеет преимущества в мес­тах, где существует дефицит электроэнергии, т. е. в местах добычи и переработки газа Категория элек­троприемников Относится к электроприемникам, для кото­рых необходимо принятие специальных мер с целью обеспечения электроэнергией от двух независимых взаиморезервирующих источ­ников питания Практически исключается необходимость в подаче электроэнергии, благодаря использованию газа, транс­портируемого по магистраль­ному газопроводу КПД по использо­ванию энергоре­сурсов Общий КПД вклю­чая электростан­цию, систему пере­дачи и преобразо­вания электроэнер­гии, равен 36 — 37 % Потери в мультиплика­торе снижают общий КПД электропривода примерно на 2 % по сравнению с электро­приводом на основе бы­строходного электродви­гателя КПД равен 26 — 28 % (КПД порядка 32 % имеют турбины самолетов) Общий КПД по ис­пользованию энерго­ресурсов для элек­тропривода с быст­роходным электро­двигателем примерно на 30 % выше, чем для газотурбинного привода Расход транспор­тируемого газа Отсутствует, что позволяет беречь полезный и ценный природный продукт Расходуется в качестве топ­лива газ, транспортируемый по магистральному газопро­воду, что приводит к необхо­димости использования до­полнительных ГПА для пода­чи заданного количества газа потребителю

Показатель эффективности	Тип электропривода	Газотурбинный привод	Примечание
С быстроходным ЭД	ЭД с мультипликатором
Первоначальная стоимость	—	100 %	145 %	Экспертная оценка
Показатели на­дежности	Средняя наработка на отказ 25 — 27 тыс. ч	Средняя наработка на отказ 25 — 27 тыс. ч без учета мультипликатора	Из-за относительно низкой надежности по сравнению с электроприводом может быть необходимо предусмотреть большее число резервных ГПА	По экспертным оцен­кам интенсивность отказов газовой тур­бины примерно в 2,2 раза выше, чем элек­тропривода
Срок службы привода	15 — 20 лет	15 — 20 лет без учета мультипликатора	10 лет	Меньший срок службы газотурбин­ного привода обу­словлен воздействи­ем на последний вы­соких температур и высокой частоты вращения
Затраты на техоб­служивание и те­кущий ремонт	Газотурбинный привод требует существенно больших затрат на техобслужи­вание и ремонт по сравнению с электроприводом из-за необходимости час­той смены ухудшенных или разрушенных двигателей. Например, камера сгорания должна сменяться как минимум раз в году	По экспертным оценкам затраты до капитального ремон­та газовых турбин примерно в 10 раз больше, чем для электроприводов
Трудоемкость в эксплуатации	Количество эксплуатационного персонала при использовании электроприво­дов на 25 % меньше, чем аналогичного персонала при использовании газовых турбин	Экспертная оценка

КПД линии электропередачи от линии электроэнергетиче­ской системы до КС;

удаленность КС от источников централизованного элек­троснабжения;

капитальные затраты на привод; эксплуатационные расходы и др.

При строительстве новой или реконструкции существую­щей станции транспорта углеводородного сырья применение регулируемого электропривода может снизить суммарные капитальные затраты благодаря укрупнению единичной мощ­ности перекачивающих агрегатов и уменьшения их числа. При отсутствии регулируемого электропривода для покрытия максимального расхода на станции устанавливают: большое число агрегатов с меньшей единичной мощностью, что со­пряжено с большими габаритами зданий перекачивающих станций. Применение регулируемого электропривода позво­ляет использовать крупные агрегаты в области малых подач. Благодаря этому, увеличив единичную мощность агрегатов, можно уменьшить их число и, следовательно, уменьшить га­бариты зданий, упростить гидравлическую систему, умень­шить число трубопроводной арматуры и число ячеек в элек­трическом распределительном устройстве. Расчеты и практи­ка показывают, что применение регулируемого электропри­вода в сочетании с укрупнением единичной мощности позво­ляет существенно (в 1,5 — 2 раза) уменьшить затраты на со­оружение перекачивающей станции.

В связи с ограничениями на рабочие площади и большими капитальными затратами применение регулируемого элек­тропривода с укрупнением единичной мощности перекачи­вающих агрегатов весьма эффективно для морских устано­вок, добычи углеводородного сырья.

Целесообразность применения электроприводных ГПА обусловливается также требованиями экологии (уменьшение или полное исключение вредных выбросов КС в атмосферу); снижение шумов и улучшение условий эксплуатации по сравнению с газотурбинными ГПА особенно вблизи городов, крупных населенных пунктов, лечебных баз и зон отдыха.