2809.Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике

ЭГПА, при которой электродвигатель СТД-12500-2УХЛ4 с замкнутым циклом вентиляции заменяется на электродвигатель СТД-12500-2РУХЛ4 с разомкнутым циклом вентиляции. В цилиндре центробежного нагнетателя 370-18-2 устанавливается полнонапорная сменная проточная часть СПЧ 370-23-3. Для облегчения условий пуска и регулирования частоты вращения в диапазоне 0,5–1,0 от номинальной используется преобразователь частоты российского производства.

Во всех вышеуказанных вариантах используются серийно выпускаемые электродвигатели, которые имеют зоны критических частот вращения, попадающие в оптимальный для ЭГПА диапазон регулирования. Длительная работа агрегата в этих зонах недопустима, поэтому они пропускаются преобразователем частоты.

Аналогичный подход к вопросам реконструкции и модернизации действующего оборудования может быть применен и к ЭГПА с синхронными двигателями меньших мощностей – 4,0 и 6,3 МВт.

Наиболее характерным примером модернизации ЭГПА с использованием серийно выпускаемого оборудования являются работы, проведенные нашим предприятием на объекте ГКС «СевероДаниловского месторождения», ТПП «Урайнефтегаз» ООО «Лукойл – Западная Сибирь». Для этого объекта были проведены работы по поставке, шефмонтажу и пусконаладке, вводу в эксплуатацию 2 высоковольтных преобразователей частоты контейнерного типа ПЧ-ВВ-ИТ-6300-6, предназначенных для питания электродвигателей СТДП-6300- 2УХЛ4 с изменяемой амплитудой и частотой для осуществления запуска, разгона и постоянного регулирования двух компрессорных агрегатов.

Из отзыва ООО «Лукойл – Западная Сибирь»: «Применяемый в составе агре-

гата двигатель СТДП-6300-2УХЛ4 стандартного исполнения, дополнительных доработок не потребовал. Ухудшения температурного и вибрационного состояния двигателя не отмечено.

Сравнительный анализ энергопотребления агрегатов за истекший период выявил повышение энергоэффективности оборудования (по сравнению со стандартной схемой работы) ориентировочно на 10–12 % при сопоставимых объемах перекачки газа.

Отсутствие просадок напряжения (присутствовавших ранее при прямых пусках и плавных пусках) при работе агрегатов положительно сказалось на работе всей энергосистемы участка.

В настоящее время данное оборудование введено в промышленную эксплуатацию».

Наличие мощных инженерных центров в 4 крупных городах России и авторские права на документацию двигателей серии СТД позволяют нам рассматривать любые другие варианты модернизации оборудования нашего производства, в том числе и с проектированием нового ротора, имеющего отстройку от критических частот вращения, исключающую их нахождение в диапазоне регулирования. Проводится проектирование специальных систем возбуждения, специальных пусковых устройств и преобразователей частоты, создание электротехнических комплексов с использованием не только преобразователей частоты, но и регулируемых гидродинамических передач (гидромуфт), использование нашего оборудования (турбогенераторов и ЭГПА) в проектах энергосберегающих установок с использованием тепла, выделяемого газовыми турбинами (ORC-технологии с использованием органического цикла Ренкина) и т.д.

Как видно из рисунка, процессы протекают со значительными частотами (порядка 102–103 Гц). При повторном пробое (момент времени 0,3 с) новый переходный процесс накладывается на предыдущий, что приводит к эскалации перенапряжений. Фактором, усугубляющим состояние изоляции, является нагрев, тем больший, чем больше значение тока ОЗЗ и чем дольше он протекает. Поэтому при отсутствии каких-либо мер по противодействию ОЗЗ однофазное замыкание довольно скоро переходит

вмногофазное и приходится отключать поврежденное присоединение, зачастую

вущерб непрерывности технологического процесса.

Для промышленных распредели-

тельных сетей среднего напряжения в условиях России характерна работа с изолированной нейтралью. Это обусловливает значительно меньшие токи при ОЗЗ, чем при двухфазном или, тем более, трехфазном коротком замыкании. Необходимо заметить, что междуфазные напряжения токоведущей сети сохраняют свои значения, что весьма полезно для сохранения работоспособности электрооборудования. Потому релейная защита обычно работает не на отключение, а на сигнал. Локализация повреждения

происходит при сохранении технологического процесса. Определение поврежденного присоединения происходит с помощью максимальной токовой защиты, контролирующей токи нулевой последовательности. В неповрежденных присоединениях значения токов нулевой последовательности определяются геометрическими и электрическими свойствами только своей линии электропередачи и присоединенных потребителей. В линии, в которой произошел пробой, ток нулевой последовательности определяется суммой токов всех присоединений за вычетом собственного.

Ситуация значительно осложняется при превышении предельно допустимых значений токов ОЗЗ, регламентируемых правилами устройства электроустановок. При значениях токов более 30 А в сетях с напряжением 6 кВ должна применяться компенсация емкостного тока замыкания на землю (более 20 А при напряжении 10 кВ и т.д.).

Реализация задачи компенсации токов ОЗЗ решается путем соединения нейтрали сети с заземляющим контуром через дугогасящий реактор (ДГР). При резонансной настройке реактора ток ОЗЗ сводится до минимального значения, снижаются величины перенапряжений,

соответственно, минимизируется риск перехода ОЗЗ в более тяжелые аварийные режимы. Создаются благоприятные условия для погасания дуги в месте пробоя и восстановления изоляции. Немаловажным является снижение таких факторов безопасности, как напряжение прикосновения и шагового напряжения.

Неблагоприятным последствием компенсации является перераспределение токов нулевой последовательности в сети электроснабжения. Ток в поврежденной линии снижается и максимальная токовая защита становится неэффективной. Это, в свою очередь, вынуждает применять другие алгоритмы для защиты от ОЗЗ.

Приведенные выше сведения позволяют сформулировать основные требования к построению систем контроля изоляции сети электроснабжения и компенсации токов ОЗЗ:

–обеспечение постоянной резонансной настройки ДГР;

–высокое быстродействие компенсации и локализации ОЗЗ;

–применение алгоритмов определения места повреждения, не связанных

с принципами максимально токовой защиты;

–управление переходными процессами при ОЗЗ;

–контроль состояния изоляции сети

внормальном режиме работы;

–регистрация аварийных ситуаций в достаточном для анализа объеме.

Проведенный обзор российского и иностранного оборудования для компенсации токов ОЗЗ и релейной защиты показал, что наиболее полно представленным требованиям соответствует система

GFN (ground fault neutralizer), произво-

димая компанией Swedish Neutral (Швеция). На территории России официальным представителем компании является ЗАО «НИПО».

На рис. 2 представлена структурная схема GFN, включающая следующие компоненты:

–ASC (arc suppression coil) – дугога-

сящий реактор;

–NM (neutral manager) – микропро-

цессорная система управления;

–RCC (residual current compensator)

– компенсатор остаточного тока.

Таким образом, рассмотренная система отвечает современным принципам комплексного подхода к решению вопроса. Это контроль состояния сети в процессе нормальной эксплуатации и динамичное управление переходными процессами в аварийных режимах для минимизации ущерба и локализации места повреждения.

Список литературы

1. Winter K. The RCC Ground Fault Neutralizer – a Novel Scheme for Fast

Earth Fault Protection // Proceedings of the 18th International Conference on Electricity Distribution. CIRED 2005.

2.Инновационная система нейтрализации замыкания на землю / М.Е. Тюленев, В.С. Левашов, Ю.А. Лебедев, Р.А. Хузин // Горный журнал. – 2013. – № 12.

3.Система нейтрализации тока однофазного замыкания на землю Ground Fault Neutralizer [Электронный ресурс]. – URL: http://zaonipo.ru/zao-nipo/sistema- neietralizacii-toka-odnofaznogo-zamikaniya- na-zemlyu-ground-fault-neutralizer.html.

трического тока, используемая в индукционном нагревателе, 2,4 кГц.

Рис. 2. Общий вид диска, индуктора и световодов в бронекамере стенда

Первые исследования показали на выходе чувствительного фотопреобразователя большой уровень помех с основной гармоникой частоты вращения ротора, характерной для электродвигателя привода. Причем в выходном сигнале чувствительного канала видны преобладания амплитуд отрицательных импульсов, что при регистрации осредненного значения электрического сигнала приводило к занижению температуры в показаниях пирометра. Тем не менее сопоставление показаний пирометров с термопарными измерениями показали удовлетворительную сходимость результатов. Расхождение пирометрических измерений с термопарными в этом испытании в абсолютных значениях составило ≈ 10–20 °С. Характерно, что при установившемся режиме это расхождение по каналу «обод» (имеющему меньшую чувствительность по сравнению с каналом «ступица») становится меньше –5 °С. Это сопоставимо с погрешностями градуировки как пирометра, так и термопары.

Отдельно стоит методический вопрос о корректности оценки температу-

ры поверхности диска по термопаре, препарированной на диске и защищенной фольгой (из нержавеющей стали) традиционным способом. Другой источник погрешности пирометра состоит в идентичности поверхности образца материала (вырезан из области ступицы аналогичного диска), на которой производилась градуировка с поверхностью испытуемого диска, который ранее многократно испытывался и нагревался в области его периферии. Низкая излучательная способность слабо окисленных сталей (у данного образца ε ≈ 0,5) и ее неопределенность могут существенно влиять на результаты пирометрии.

Борьба с наведенными помехами посредством установки электрических фильтров в цепях информационного сигнала в системах, содержащих нелинейный элемент, в данном случае фотодиод, нецелесообразна. Проявляется эффект детектирования, вызывающий появление дополнительной постоянной составляющей от наведенной помехи, суммирующейся с полезным сигналом. Отсюда дополнительная погрешность измерения.

Основными средствами борьбы с такими помехами в стендовых условиях следует считать их подавление в месте зарождения и тщательное, многокомпонентное экранирование информациионных цепей. Так, например, при использовании коллекторных силовых электродвигателей, где в моменты электрических разрывов на щетках возникают импульсы с широчайшим спектром частот, обладающие большой проникающей способностью, следует применять мощные электрические фильтры. В связи с этим можно рекомендовать использовать для привода современные бесколлекторные двигатели, воздушные или газовые турбины. В случаях пассивного экранирования применять комби-

279