Моделирование процесса пуска электропривода аво газа в режиме противключения Ивашкин о. (маэ-12), Пашкин в.В., Шабанов в.А.
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
Охлаждение газа является неотъемлемой частью технологического процесса при его комплексной подготовке в местах добычи и транспортировке по магистральным газопроводам. Для охлаждения газа установки комплексной подготовки газа газовых промыслов и компрессорные станции оснащаются установками охлаждения газа, состоящие из определённого количества аппаратов воздушного охлаждения газа (АВО)[1, 2]. АВО газа установлены группами по 12-14 аппаратов. Из-за плотного и низкого расположения АВО возникает частичная рециркуляция тёплого воздуха [3]. Рециркулирующий поток воздуха придаёт рабочему колесу вентиляторов скорость, причём вращаются рабочие колёса в обратную сторону. Поэтому при пуске электродвигатель АВО газа оказывается в режиме противовключения.
Вентилятор АВО газа является энергоёмкой машиной, рабочее колесо вентилятора имеет большой диаметр, вследствие чего приводной механизм обладает большим моментом инерции (рисунок 1]. Запуск такого механизма происходит длительное время.
Рисунок 1 – Вентилятор АВО газа
Асинхронный двигатель в режиме противовключения потребляет из сети активную мощность и развивает электромагнитный момент, действующий на ротор в первый момент пуска тормозящим образом [4]. Мощность, потребляемая из сети, и мощность, потребляемая с вала, в режиме противовключения расходуются на потери в двигателе. И в отношении нагрева рассматриваемый режим является тяжёлым.
В статье рассматривается влияние обратного вращения рабочего колеса вентилятора на пуск вентилятора. Для этого создана модель одной секции АВО газа с двумя электроприводными вентиляторами, представленная на рисунке 2.
Рисунок 2 – Модель нерегулируемого электропривода АВО газа
Роль источников напряжения в модели выполняет источник трехфазного напряжения (Three-PhaseSource). Моделью электропривода является стандартный блок AsynchronousMachine. Блок Сар является моделью батареи конденсаторов.
Рабочий участок механической характеристики центробежного механизма может быть описан выражением:
,
где Мс 0– момент сопротивления насоса при трогании;
Мс ном– номинальный момент сопротивления насоса:
ωном – номинальная угловая скорость.
Для задания механической нагрузки на валу двигателя служит блок АВО, представленный на рисунке 3, который является моделью описанного выше выражения.
Рисунок 3 – Модель вентилятора АВО газа относительно момента
На рисунке 4 представлены осциллограммы тока и угловой скорости ротора при пуске вентилятора из состояния покоя, а на рисунке 5 – при пуске с противовращением при начальном скольжении s = 1,2.
Рисунок 4 – Переходные процессы при пуске вентилятора из состояния покоя
Рисунок 5 – Переходные процессы при пуске вентилятора, имеющего противовращение
со скольжением s = 1,2
Как видно из представленных диаграмм, время запуска вентилятора, имеющего противовращение, увеличивается. Увеличивается и время протекания пускового тока по обмоткам двигателя. Что вызывает его повышенный нагрев.
С помощью модели построены зависимости времени пуска вентилятора от начальной скорости обратного вращения при разных значениях питающего напряжения (рисунок 6).
Рисунок 6 – Зависимость времени запуска от начальной скорости при различных напряжениях
Из графиков рисунка 6 видно, что при уменьшении напряжения, подводимого к статору и при увеличении начальной обратной скорости вращения, увеличивается время прямого пуска электродвигателя.
Для снижения негативного влияния начального обратного вращения целесообразно использовать частотный пуск АВО газа. Модель частотно-регулируемого привода АВО газа приведена на рисунке 7. Она отличается от предыдущей наличием преобразователя частоты (блок FrequencyConverter).
Рисунок 7 – Модель регулируемого электропривода АВО газа
Блок FrequencyConverter содержит модель преобразователя частоты (подсистема FrequencyConverter) и систему управления ключами инвертора (подсистема Subsystem).
На рисунке 8представлены осциллограммы тока и угловой скорости ротора при частотном пуске вентилятора из состояния покоя.
Рисунок 8 – Переходные процессы при плавном пуске из состояния покоя
На рисунке 9представлены осциллограммы тока и угловой скорости ротора при плавном пуске вентилятора, имеющего противовращение (s = 1,2).
Рисунок 9 – Переходные процессы при плавном пуске вентилятора, имеющего противовращение
Для пояснения плавного пуска вентилятора, имеющего противовращение, приведены диаграммы изменения частоты и амплитуды напряжения на рисунке 10.
Рисунок 10 – Диаграммы изменения частоты и амплитуды напряжения
Начиная с момента времени t = 2 с и до t = 10 с частота вращения плавно снижается до нуля, а затем плавно возрастает до номинальной частоты вращения.
Список литературы
1 Артюхов И. И., Аршакян И. И., Жабский М. В., Коротков А. В., Погодин Н. В., Тримбач А. А. Некоторые аспекты применения частотно-регулируемого электропривода в системах воздушного охлаждения компримированного газа. Вестник СГТУ 2006. №1 (10). Выпуск 1. - С. 29-38.
2 Горбатов С.А., Астафьев Е.Н. Технология охлаждения газа с циклическим растеплением теплообменных труб АВО// Газовая промышленность, №6. - С. 49-51.
3. Алимов С.В., Прокопец А.О., Кубаров С.В., Маланичев В.А, Устинов Е.В. Модернизация вентиляторов АВО газа при реконструкции КС МГ//Газовая промышленность №4 2009 год. - С. 54-56.
4. Вольдек А.И. Электрические машины.- Л.: Энергия, 1978.- С. 507-509.
СЕКЦИЯ
«ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ И РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА»
УДК 621.317
ВЛИЯНИЕ ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ НА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Л.Э.Рогинская, Д.В. Гусаков, А.С. Горбунов, Р.Д. Каримов
(Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа)
Применяемые в электротехнике устройства с ферромагнитными сердечниками являются элементами с нелинейной индуктивностью. Во многих электротехнических установках – стабилизаторах, усилителях, преобразователях частоты и других – используются особенности колебательных контуров с подобными элементами. С развитием электроэнергетических систем были выдвинуты многие вопросы, связанные с возникновением феррорезонансных явлений, определяемых внутрисистемными емкостями и нелинейной индуктивностью. Решить эти вопросы можно, учитывая особенности электроферромагнитных колебательных контуров (внутренние перенапряжения и др.).
Феррорезонанс – частное, но характерное проявление нелинейного резонанса. Для установившихся режимов колебательных контуров понятие резонанса имеет особое значение. С приближением частоты колебаний, вынуждающей Э.Д.С. к некоторому определенному значению, колебания системы начинают быстро возрастать, достигают некоторого максимума, а затем, с возрастанием частоты, величина возмущения быстро падает, уменьшаясь постепенно до нуля [1].
Трансформаторы напряжения используются в электроэнергетике на всех уровнях напряжений и работают в качестве измерительных преобразователей, передают информацию о напряжении в сети системам защиты и измерений. Работа электромагнитных трансформаторов напряжения во время аварийных режимов может приводить к возникновению феррорезонансов. Феррорезонансы, в свою очередь, приводят к неправильной работе электроэнергетического оборудования, выходу его из строя, развитию крупных аварий.
Меры по борьбе c феррорезонансными явлениями изложены в руководстве по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений (РД 153-34.3- 35.125-99), где в качестве одной из основных мер по борьбе с феррорезонансными явлениями предлагается использование антирезонансных ТН. Антирезонансным называют электромагнитный заземляемый ТН, устойчиво работающий при наличии в сети непрекращающихся феррорезонансных явлений и не вызывающий их.
Рисунок 1 – Конструкция антирезонансного трансформатора напряжения и направления движения потоков нулевой последовательности
Для компенсации феррорезонансных явлений необходимо, чтобы насыщение трансформатора отсутствовало при всех режимах работы. Поэтому наиболее рационально применить такие конструкции, в которых составляющие нулевой последовательности компенсировались бы и, тем самым, уменьшали суммарную индуктивность в стержнях ТН.
Одним из способов компенсации потоков нулевой последовательности является конструкция, представленная на рис. 1. Данная конструкция магнитопровода трансформатора дает возможность предотвращения феррорезонанса: магнитные потоки нулевой последовательности в каждом из трех стержней компенсируются, благодаря встречному направлению движения,при этом стержни не насыщаются, сопротивление нулевой последовательности близко к 0 и феррорезонанс отсутствует. Конструкция обладает следующими достоинствами: повышенная надежность и уменьшенные массогабаритные показатели трансформатора, отсутствие дополнительных сопротивлений и потерей в стали, отсутствие конструкционной стали.А также уменьшается погрешность, связанная с явлением феррорезонанса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Рахимов Г.Р. Феррорезонанс (автопараметрическое возбуждение электроферромагнитных цепей) - Ташкент: Изд-во АН Узбек. ССР, 1957. - 144 с.
2. Кадомская К.П., Лаптев О.И. Антирезонансные трансформаторы напряжения. Эффективность применения // Новости электротехники. 2006. №6 (42)
3. ГОСТ 1989-2001. Трансформаторы напряжения. Общие технические условия.
УДК 621.311:621.314