10. Частотно-регулируемый электропривод технологических установок магистрального транспорта углеводородного сырья

На территории России создана разветвленная сеть магист­ральных газо-, нефте- и продуктопроводов, проходящих по территории многих субъектов Федерации, протяженность которых на начало 2004 г. составила 219 тыс. км, в том числе газопроводных магистралей, включая газопродуктопроводы, — 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 продуктопро­водов 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.

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.

Значительная экономия электроэнергии достигается регу­лированием частоты вращения ТК. Необходимый диапазон регулирования частоты вращения приводного электродвига­теля при изменении подачи ТК составляет (1— 0,7) , 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), «TMEIC» (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 электропривода 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. 5) включает четырехобмо-точный 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.

Рис. 5. Функциональная схема электропри­вода