4.8. Применение на кс электроприводных гпа с регулируемой частотой вращения
Одним из наиболее эффективных способов регулирования режима работы нагнетателя ГПА является применение электродвигателей с регулируемой частотой вращения. Первые попытки создания данной конструкции были сделаны на электродвигателях типа СДСЗ-4500-1500. Электродвигатель был специально разработан для применения его с электронным оборудованием, позволяющим осуществлять регулирование производительности нагнетателя посредством изменения частоты вращения. Однако используемые в то время полупроводники были недостаточно надежны, конструкция системы регулирования существенно усложняла эксплуатацию, понижала в целом надежность работы всей компрессорной станции, что и не позволило применить ее в эксплуатации. Работы по данному направлению продолжаются, разработаны и достигли наилучших показателей системы, на которых применяются специальные преобразователи, позволяющие изменить частоту вращения приводного двигателя ГПА.
В настоящий момент на ряде КС реализованы технические решения по применению регулируемого электропривода на сверхмощном синхронном двигателе типа 4Б284-021 мощностью 25 МВт. Данный тип привода предназначен для разгона нагнетателя с нулевых оборотов и поддержания заданной частоты вращения в зависимости от режима работы компрессорной станции. Электропривод (рис. 4.13) состоит из: четырехобмоточного трансформатора 40 МВА (Т-1), преобразователя частоты А; синхронного электродвигателя SM; возбуждающего выпрямителя U-5.
Статорная обмотка электродвигателя имеет две трехфазные обмотки, которые соединены в схему две звезды и сдвинуты по отношению одна к другой на 30°. Каждая обмотка электродвигателя питается от высоковольтного преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока. Применение такого принципа позволяет обеспечить уменьшение пульсационных моментов и избежать добавочных потерь на поверхности ротора.
Преобразователь частоты состоит из: входного сетевого преобразователя U-1, U-2; промежуточного звена постоянного тока с сглаживающими дросселями L1-L4; моторного инвертора U-3, U-4.
Преобразователями частоты управляет общий регулятор R.
Применение такой схемы управления электроприводом позволяет осуществлять запуск сверхмощного электродвигателя без посадки напряжения в первичной сети и с минимальным пусковым током.
Особая роль в этой схеме отведена регулятору, который, с точки зрения управления, обеспечивает целый ряд функций при различных рабочих состояниях ЭГПА.
Питание такой компрессорной станции осуществляется от двух независимых ЛЭП напряжением 110 и 220 кВ, частотой 50 Гц. Далее преобразователь частоты изменяет промышленную частоту в заданную.
Рис. 4.13. Принципиальная схема питания и регулирования электродвигателя мощностью 25 МВт:
1 - трансформатор питающий; 2 - преобразователь частоты, 3 - SM-электродвигатель, 4 - сетевой преобразователь, 5 - возбуждающий преобразователь
Преобразование осуществляется в два этапа: сначала переменное напряжение частотой 50 Гц преобразуется в постоянное напряжение, а затем постоянное напряжение - в переменное заданной частоты. Все преобразования осуществляются управляемыми тиристорами. Для управления тиристорами разработан электронный регулятор, осуществляющий регулировку в диапазоне выходных частот от 0 до 65Гц, что позволяет осуществлять плавный пуск и поддержание заданной частоты, а значит - частоты вращения синхронного двигателя.
При реализации такого технического решения появляется необходимость сглаживания пульсаций, генерируемых тиристорами, для чего используется фильтрующая и компенсационная станция (ФКС), состоящая из конденсаторов и дросселей.
В синхронном двигателе, кроме обмоток статора, питающегося переменным напряжением, имеется обмотка возбуждения, расположенная на роторе и питаемая постоянным напряжением.
Для более легкой (устойчивой) работы двигателя применяется двухплечевая схема его питания, и сам двигатель выполнен с двумя трехфазными обмотками, взаимно сдвинутыми в пространстве на 1/6 полюсного шага.
Различаются следующие рабочие состояния ЭГПА:
- разгон электроприводного ГПА происходит после получения сигнала "ПУСК". При этом регулятор R производит все необходимые действия, то есть возбуждение, принудительную коммутацию, естественную коммутацию и разгоняет привод из состояния покоя на минимальные обороты - 2700 об/мин;
- электродвигатель вращается с заданной частотой вращения, которую регулятор поддерживает с точностью до ±2% без коррекции управляющей системы. Изменение заданного числа оборотов производится с помощью телесигналов " БОЛЕЕ" или "МЕНЕЕ". Скорость изменения числа оборотов в полосе 2700-3900 об/мин составляет приблизительно 6 об/с. Число оборотов можно задавать только в рабочих пределах, от - 2700 до 3900 об/мин, так как в регулятор встроена система ограничения тока, которая не позволяет перегружать привод.
Во всем диапазоне регулировки частоты вращения ротора нагнетателя имеется возможность, в зависимости от давления газа, осуществлять оптимальный режим работы газопровода. Даже при расходе газа, значительно превышающем номинальный, нагнетатель работает с достаточно высоким политропическим КПД (рис. 4.14). Из этих характеристик наглядно видна эффективность работы регулируемого электропривода; для любых параметров газа на входе и на выходе нагнетателя всегда есть обороты, на которых можно обеспечить его максимальный политропический КПД. В условиях необходимого давления газа на входе в компрессорный цех имеется возможность использования двух параллельно работающих агрегатов, что приведет к максимальной загрузке газопровода, более стабильной работе агрегата (удаление от зоны помпажа) с максимально возможным его политропическим КПД. Возможность плавного изменения частоты вращения ротора и минимальные колебания позволяют устойчиво работать в зонах, приближенных к помпажному режиму.
Рис. 4.14. Расчетные газодинамические характеристики нагнетателя типа 650-21-2 для ЭГПА-25
Остановку ЭГПА можно осуществить двумя способами. Один из них - путем нормальной остановки. После отмены сигнала " ПУСК", регулятор уменьшит ток в цепи до нуля и привод останавливается без электрического торможения.
Экстремальная остановка ГПА произойдет после подачи сигнала "ТОРМОЗ". Регулятор выполнит все действия, необходимые для электрического торможения. Этот рабочий режим разрешается использовать только в крайних случаях, когда угрожает опасность повреждения агрегата.
В алгоритме управления ГПА заложен режим, когда электродвигатель останавливается, но при частоте вращения не ниже 300 об/мин можно произвести повторный разгон на рабочие обороты, не прерывая основного технологического процесса.
Несмотря на наличие сложной системы регулирования частоты вращения электродвигателя, применение данного привода на КС в целом ряде следует считать оправданным.