7. Современный автоматизированный электропривод гпа. Проблемы и пути их решения

Центробежные нагнетатели большой производительности, используемые для компремирования газа, обусловили применение высоковольтных электроприводов с мощностью 2,5 – 60 МВт. В этом диапазоне для электропитания двигателя и широко диапазонного регулирования частоты вращения используют высоковольтные преобразователи частоты.

Важнейшим фактором при эксплуатации ЭГПА большой мощности является проблема электромагнитной совместимости, которая заключается в генерировании преобразователя частоты высших гармоник тока и напряжения и снижении качества электрической энергии. Российским стандартом, устанавливающим показатели и нормы КЭЭ, является ГОСТ 13109-97.

Уровень электромагнитной совместимости электропривода с сетью электроснабжения и электродвигателем зависит от топологии схемы, типа силовых полупроводниковых ключей и алгоритма управления ими.

Наилучшие энергетические показатели электропривода большой мощности достигаются при использовании высоковольтного преобразователя, состоящего из активного выпрямителя и автономного инвертора с функцией ШИМ.

Автономный инвертор представляет собой блок силовых полупроводниковых ключей. Схемы современных высоковольтных автономных инверторов могут быть сведены к следующим принципиальным решениям: по мостовой схеме на SCR-тиристорах с искусственной коммутацией; на полностью управляемых тиристорах (GTO, SGCT); с тремя уровнями напряжения (3-level); с четырьмя уровнями напряжения (4-level); с многоуровневым (Multi-level) напряжением.

Для управления частотой вращения электродвигателя ЭГПА наиболее эффективным, с точки зрения качества регулирования, являются векторные алгоритмы. Применение ШИМ обеспечивает форму инвертируемых токов и напряжений, близкую к синусоидальной.

Применение многоуровневых схем и модуляционных методов управления ключами автономного инвертора позволяет эффективно решать задачу

электромагнитной совместимости высоковольтного преобразователя частоты и электродвигателя, которая является важнейшим критерием при оценке эффективности преобразователя и возможности его сопряжения с двигателем.

Активный выпрямитель представляет собой обращенный инвертор. Для управления ключами наиболее эффективными являются векторные и табличные алгоритмы.

Использование активного выпрямителя позволяет эффективно решать проблему электромагнитной совместимости электропривода большой мощности с сетью электроснабжения. Активный выпрямитель потребляет из сети практически активный ток с низким содержанием гармонических составляющих. Таким образом, обеспечивается коэффициент мощности сети на уровне единицы.

8. Экономическая эффективность эгпа

Для оценки эффективности применения ЭГПА используется несколько методик. В их числе методика, разработанная в Московском энергетическом институте и утвержденная Министерством топлива и энергетики России и АО «ВНИИЭ». Она заключается в анализе статистических данных прототипа и основана на расчете годового дохода от внедрения ЭГПА.

В результате расчетов по данной методике применение частотно-регулируемого электропривода ГПА на КС «Карталы» ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» обеспечивает: снижение потребления электроэнергии, по сравнению с использованием нерегулируемых ЭГПА более, чем на 20 %, что значительно снижает нагрузку на питающие сети; снижение годовых эксплуатационных затрат в 1,5-2,0 раза, по сравнению с ГТУ типа ГПА-Ц-6,3; повышение надежности и долговечности работы КС, а также уровня автоматизации всей КС.

Наиболее перспективным, с точки зрения энергоэффективности, является вентильный электродвигатель с постоянными магнитами. Основные достоинства ЭГПА на основе вентильного электродвигателя:

- сохранение высокого значения КПД в широком диапазоне регулирования частоты вращения из-за отсутствия потерь в системе возбуждения;

- повышенная пожаро- и взрывобезопасность;

- высокая надежность;

- большой моторесурс.

Высокооборотный вентильный электродвигатель позволяет исключить повышающий редуктор. Использование безредукторного ЭГПА повышает экономию электроэнергии за счет более высокого КПД и уменьшает эксплуатационные затраты. Суммарный КПД безредукторного высокооборотного ЭГПА около 0,94, против 0,85 у ГПА с асинхронным либо синхронным двигателем и зубчатой передачей.

9. Расчетная часть

Определить запас устойчивой работы нагнетателя ГПА-Ц-6,3/56М-1,45, имеющего следующие параметры рабочего режима:

давление газа на входе нагнетателя = 3,9 МПа,

давление газа на выходе нагнетателя = 5,3 МПа,

температура газа на входе = 16 °С,

частота вращения нагнетателя = 8100 об/мин,

производительность нагнетателя = 475 тыс.н·м /ч,

плотность газа = 0,676 кг/м .

Относительная плотность газа по воздуху

. (1)

Газовая постоянная

R= = 52,2 кг · м/кг · K 512 Дж/кг · K. (2)

Коэффициент сжимаемости газа по параметрам входа определяется по соотношению:

, (3)

где - соотношение температур газа на входе и критической

;

- соотношение давлений газа на входе и критического

;

- критическая температура ( = 190,1 К);

- критическое давление ( = 4,73 МПа).

Плотность газа на входе

= 10 · 3,9/0,93 · 289,2 · 52,2 = 28,32 кг/м .

Объемная производительность нагнетателя

= 475 · 0,676/0,06/28,32 = 189 м / мин.

Приведенная объемная производительность

= 189 · 8200/8100= 191,3 м /мин.

Запас устойчивой работы нагнетателя

· 100% = (191,3 - 135)/135 · 100% = 41,7%,

где = 135 м /мин определяется по характеристике нагнетателя.

Эксплуатационный персонал должен по показаниям штатных приборов периодически контролировать положение рабочей точки на характеристике нагнетателя и не допускать ее приближения к опасной зоне, для чего при работе на частичных режимах необходимо повышать частоту вращения нагнетателя либо уменьшать напор и расход параллельно работающей группы нагнетателей. При возникновении помпажа необходимо открыть перепускной кран, соединяющий линию нагнетания с всасывающей, при этом расход газа через нагнетатель увеличится, а степень сжатия снизится, рабочая точка нагнетателя переместится вправо от границы помпажа (рисунок 4).

Рисунок 4 Принципиальная характеристика нагнетателя с линиями ограничения по помпажу

- объёмный расход газа; - относительный политропный напор;

1 - нормальный режим работы нагнетателя;

1’ - режим работы нагнетателя после открытия перепускного крана;

1’’ - режим полного открытия перепускного крана;

1’’’ - режим работы нагнетателя с малыми возмущениями.

I - линия контроля помпажа;

II - линия ограничения больших возмущений;

III - линия границы помпажа;

IV - линия ограничения числа хлопков

Заключение

В ходе выполнения данной работы, я рассмотрел эксплуатацию газоперекачивающего агрегата с электроприводом. В целом работа над данным курсовым проектом позволила мне расширить знания в области устройства ГПА и их особенностей; позволила получить дополнительные знания в части подготовки к пуску и техническому обслуживанию агрегата во время работы. Был рассмотрены современные типы газоперекачивающих агрегатов, вопросы их надежности и диагностики, а также экономическая эффективность ГПА.

В расчетной части я описал анализ энергосберегающего алгоритма работы газоперекачивающего агрегата с электроприводом, с использованием графиков динамик работы электропривода.

Считаю, что материалы данной работы могут быть использованы при теоретической подготовки к экзаменам, в качестве учебного пособия, а также при решении соответствующих практических задач.

Список литературы

Козаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов.— М.: Нефть и газ, 1999,— 463 с.

Концепция применения электропривода в газоперекачивающих агрегатах на объектах ОАО «Газпром». – Нижний Новгород: ОАО «Газпром», ОАО «Гипрогазцент», 2003.

Лазарев Г.Б. Частотно-регулируемый электропривод насосных и вентиляторных установок / Г.Б. Лазарев // Силовая электроника. – 2007. – №3.

Энергетическая стратегия России на период до 2030 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г.

№1715-р // Проекты – Энергетическая стратегия России. Москва: Институт энергетической стратегии, 2009. URL: http://www.energystrategy.ru/projects/es-2030.htm

Пужайло А.Ф. Энергоснабжение и автоматизация энергооборудования компрессорных станций. Т. 2. // Под ред. О.В. Крюкова. Н-Новгород: Вектор ТиС, 2011. 664 с.

Костенко Д.А., Парафейник В.П., Смирнов А.В. Вопросы реконструкции компрессорных станций Украины // Компрессорное и энергетическое машиностроение. 2009. № 4 (18).

Курнышев Б.С., Захаров П.А. Инвариантное описание процессов в асинхронном электроприводе // Электрооборудование промышленных установок. –Н.Новгород: НГТУ, 1995.

Захаров П.А., Захаров М.А. Направления повышения надежности и эффективности функционирования газоперекачивающих компрессорных станций как единого объекта // Состояние и перспективы развития электротехнологии: Тез. докл. междунар. науч.-техн. конф., 18–20 октября 2006 / Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 2006.

Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности Б.Г. Меньшов, М.С. Ершов, А.Д.Яризов М. Недра, Москва 2000

Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов Учебник для вузов. – М.: Энергия, 1980. 360 с.

Размещено на Allbest.ru

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ КОМПРЕССОРОВ И ВЕНТИЛЯТОРОВ