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 кон-

15. А. Н. Козаченко

 

глава 4

226

Эксплуатация ГПА с электроприводом

227

 

 

220 кВ

струкции 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-Г), 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 токае сглажива­ющими дросселями Ы - L 4; 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 - iSM-электродвигатель; 4 - сетевой преобразователь; 5 - возбуждающий

преобразователь

228

229

глава 4

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 тирристорами. 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 двух-плечевая 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 ^дос­таточно высоким политропическим КПД (рис.4.14). Из этих характери­стик наглядно видна эффективность работы регулируемого электрб-

 

500     Ш        500        600        700        800       900

Эксплуатация ГПА с электроприводом

Рис. 4.14. Расчетные газодинамические характеристики нагнетателя типа 650-21-2 для ЭГПА-25 '

глава 4

Эксплуатаи,ия ГПА с электроприводом

230

231

 

 

привода; 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 пом-пажа) с максимально возможным его политропическим КПД. Возмож­ность плавного изменения частоты вращения ротора и минимальные колебания позволяют устойчиво работать в зонах, приближенных к пом- | пажному режиму.

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.