Автоматический ввод резерва на предприятиях с крупными синхронными электродвигателями в.А. Шабанов, р.З. Юсупов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
В системах электроснабжения предприятий при наличии двух источников питания, как правило, используется раздельная работа секций шин с отключенными секционными выключателями (СВ). Для восстановления электроснабжения потребителей, подключенных к потерявшей питание секции шин, применяются устройства автоматического ввода резерва (АВР). В эксплуатации находится большое количество АВР разных типов. Основные требования к устройствам АВР определяются технологическим процессом предприятия. Наличие крупных СД в схеме электроснабжения предъявляет к устройствам АВР дополнительные требования.
В статье рассматриваются требования к АВР на предприятиях с крупными синхронными электродвигателями (СД) и возможные направления его совершенствования.
При потере питания от внешнего источника СД, выбегая, переходят в генераторный режим и создают на потерявшей питание секции шин технологического ЗРУ-6(10) кВ остаточное напряжение. При противофазном включении ток в обмотках статора СД может превышать пусковой ток в два и более раз, что недопустимо [1, 2].
Для снижения тока включения СД применяются: АВР с ожиданием снижения остаточного напряжения [1, 2]; быстродействующие АВР на тиристорных ключах (ТАВР) [6]; быстродействующие АВР, на быстродействующих вакуумных выключателях [3, 4, 5]; синхронные АВР [6].
Рассмотрим применение устройств АВР на примере отрасли перекачки нефти.
На нефтеперекачивающих станциях (НПС) применяются традиционные АВР с ожиданием снижения (контролем) остаточного напряжения (АВР с КОН) и ТАВР.
На предприятиях ОАО «АК Транснефть» устройства ТАВР распространены достаточно широко [7]. АВР на быстродействующих вакуумных выключателях и синхронные АВР не нашли применения на НПС.
В настоящее время ученые и производственники работают над совершенствованием устройств АВР. В основном, работа направлена на повышение чувствительности и быстродействия пусковых органов АВР, а также на увеличение быстродействия и надежности работы коммутационной аппаратуры.
Выполнение условий допустимости; запрета и успешности срабатывания АВР [9] на НПС в настоящее время обеспечивается расчетом токов, напряжений и уставок срабатывания АВР. Для этого на момент включения СВ производится расчет следующих величин для предельных (максимальных и минимальных) режимов работы НПС:
- тока включения СД (для определения допустимости);
- тока самозапуска в сети (для отстройки токовых защит от тока включения);
- остаточного напряжения на шинах (для определения успешности).
Результатом расчета является выбор уставок срабатывания устройства АВР для предельных режимов сети и ЭД. Это приводит к неоптимальной работе АВР в других, не предельных режимах.
Такой подход к обеспечению условий срабатывания АВР обусловлен тем, что теоретические и практические основы методики расчета релейной защиты и АВР на предприятиях с крупными СД разработаны с 1960-х по 1980-е года [1, 2, 10]. В то время релейная защита и АВР выполнялись на электромеханических устройствах, которые не позволяют реализовать сложные алгоритмы работы.
Выполнение релейной защиты и АВР на микропроцессорной основе позволяет изменить подход к формированию условий срабатывания и управлению АВР в целом. Учитывая то, что конечной задачей АВР на НПС является обеспечение бесперебойности технологического процесса перекачки, целесообразно объединить все задачи АВР одной обобщенной функцией «Сохранения технологического процесса» (СТП).
Для реализации функции СТП требуется введение в состав устройства АВР блока управления (БУ). Блок управления АВР, должен производить расчет электрических и технологических параметров для текущего режима работы НПС и питающей электрической сети и проверять условия срабатывания АВР в режиме реального времени, то есть во время переходных процессов, вызванных нарушениями в электроснабжении. Условия запрета и допустимости АВР проверяются в БУ до включения СВ. Условие успешности АВР необходимо проверять до и после включения СВ [9].
Такое АВР с функцией СТП на основе обработки информации, полученной как путем измерений, так и путем моделирования (расчетов) и прогнозирования, можно назвать интеллектуальным. Интеллектуальное АВР выбирает в каждом конкретном случае такой алгоритм управления, чтобы во всех случаях обеспечить устойчивость и непрерывность технологического режима перекачки. С этой точки зрения все устройства АВР (с ожиданием снижения остаточного напряжения, ТАВР и другие) можно назвать традиционными. Выполнение АВР интеллектуальным позволит интегрировать его с системой АСУТП. Это позволит учесть в алгоритме АВР технологические параметры процесса перекачки нефти (давления на приеме насосов, входе и выходе НПС, давления на предыдущей и последующей НПС, производительность нефтепровода), информацию о состоянии обратных клапанов (открыт или закрыт) и т.д. Влияние технологических параметров при оценке успешности СЗП на НПС рассмотрено в работах [11, 12].
На рисунке 1 приведена структурная схема интеллектуального АВР. В нормальном режиме вводные выключатели технологического ЗРУ-6(10) кВ НПС Q1 и Q2 включены, секционный выключатель Q3 отключен. При нарушении электроснабжения со стороны трансформатора Т1 теряют питание электродвигатели первой секции шин (I СШ) и от защиты от потери питания (ЗПП) отключается выключатель ввода Q1.
Рисунок 1 – Схема работы БУАВР
На входы БУАВР поступает информация от трансформаторов тока вводов и ЭД, от трансформаторов напряжения 1-й и 2-й секций шин, от датчиков давления, расхода нефти, скорости вращения ЭД и др. Блок управления выполняет расчеты, проверяет условия запрета, допустимости и успешности самозапуска, моделирует различные сценарии, производит выбор оптимального алгоритма работы и выдает управляющие сигналы. В случае выполнения условий самозапуска подается сигнал на исполнительный блок АВР.
Применение устройств АВР с функцией СТП актуально для предприятий, имеющих крупные СД, непрерывность технологического процесса которых при перерыве электроснабжения обеспечивается применением самозапуска СД. Интеллектуальное АВР позволит существенно повысить бесперебойность технологического процесса указанных выше предприятий при потере питания от одного из внешних источников электроснабжения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Слодарж М.И. Режим работы, релейная защита и автоматика синхронных электродвигателей – М.: Энергия, 1977.
2. Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985.
3. Гамазин С.И., Понаровкин Д.Б., Цырук С.А. Быстродействующее АВР для промышленных подстанций с синхронной двигательной нагрузкой // Промышленная энергетика.–1990. – № 10. – С. 26-31.
4. Гамазин С.И., Понаровкин Д.Б., Цырук С.А. Повышение эффективности пускового органа быстродействующего устройства АВР// Промышленная энергетика.–1992. – № 4. – С. 18-21.
5. Гамазин С.И. Тиджиев М.О., Васильев Е.И. Целесообразные режимы вводов на различных уровнях системы электроснабжения // Промышленная энергетика.–2004. – № 3. – С. 17-24.
6. Гребченко Н.В., Нури А. О применении быстродействующего АВР двигательной нагрузки // Новости электротехники. – 2004. – № 6. – С. 5-7.
7. Устройства повышения надежности электроснабжения ответственных потребителей [Электронный ресурс] /Режим доступа: http://www.ipe.ru/publicat/TAVR.html /, свободный. – Загл. с экрана. – Яз. рус. ЗАО «ИЭЭ», г. Санкт-Петербург.
8. ОР-17.01-60.30.00-КТН-015-1-05. «Регламент обеспечения устойчивой работы НПС при отключении одного источника электроснабжения (отключение питающей ВЛ, отключение питающего трансформатора)».
9. Шабанов В.А., Алексеев В.Ю. Условия срабатывания АВР на нефтеперекачивающих станциях // Энергетик. - 2010. - № 3. - С. 37-39.
10. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных электродвигателей. – М.: Госэнергоиздат, 1963.
11. Шабанов В.А., Алексеев В.Ю., Юсупов Р.З., Пашкин В.В. Критерии эффективности АВР на нефтеперекачивающих станциях : межвуз. сб. науч. тр. «Повышение надежности и энергоэффективности электроэнергетических систем и комплексов» / Уфа, изд-во УГНТУ. 2010. – С. 99-105.
12. Шабанов В.А., Алексеев В.Ю., Кабаргина О.В., Юсупов Р.З. Электротехнические средства снижения волн давления в магистральных нефтепроводах при нарушении электроснабжения // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2010. – № 1. – С. 77-83.
УДК 621.313; 621.316