авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Исследование схемно-режимных особенностей частотно регулируемых электроприводов насосных и вентиляторных установок теплостанций

На правах рукописи

Тарасов Данил Викторович Исследование схемно-режимных особенностей частотно регулируемых электроприводов насосных и вентиляторных установок теплостанций Специальности:

05.14.02 – «Электрические станции и электроэнергетические системы» 05.09.01 – «Электромеханика и электрические аппараты»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2010 г.

2

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Научно-технический центр электроэнергетики».

Научный консультант: кандидат технических наук, старший научный сотрудник Лазарев Григорий Бенционович Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки России Онищенко Георгий Борисович доктор технических наук, профессор Загорский Анатолий Евсеевич Ведущая организация ОАО «Московская объединенная энергетическая компания» (ОАО «МОЭК»)

Защита диссертации состоится «25» января 2011 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 512.002.01 при Открытом акционерном обществе «Научно-технический центр электроэнергетики» по адресу: 115201, г.Москва, Каширское ш., д.22, корп.3.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 512.002.01 по адресу: 115201, г.Москва, Каширское ш., д.22, корп.3., ОАО «НТЦ электроэнергетики».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НТЦ электроэнергетики».

Общая характеристика работы

Актуальность.

Существующая тенденция развития энергетической отрасли характеризуется постоянным увеличением потребления энергоресурсов.

Компенсация намечающегося дефицита энергии потребует существенных инвестиций в строительство новых генерирующих и передающих мощностей, что в перспективе приведет к значительному удорожанию электроэнергии. Между тем, Россия обладает значительным потенциалом энергосбережения, который оценивается примерно в 350-400 млн. тонн условного топлива в год, или около 40-45% от текущего потребления. При наметившемся дефиците энергетических и транспортных мощностей и высоком потенциале энергосбережения оно является оптимальной поддержкой в развитии электроэнергетической инфраструктуры.

Внедрение энергосберегающих технологий в последние годы поддерживается рядом правительственных постановлений и программ. На снижение энергоемкости экономики страны направлен Указ президента РФ от 4.06.2008г. №889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики».

Теплоснабжение в России, являющееся самым крупным потребителем энергоресурсов, характеризуется весьма низкой энергоэффективностью, причины которой обусловлены, помимо чрезмерной централизации систем теплоснабжения и большой степенью износа теплогенерирующего оборудования и тепловых сетей, применением насосных и вентиляторных установок с большим запасом по мощности.

Значительный отпуск тепла (почти 50% от общего производства) обеспечивается теплостанциями, наиболее крупные из которых (на примере г. Москвы) – районные и квартальные (РТС и КТС). Режимы теплостанций характеризуются значительными колебаниями отпуска тепла в течение суток, а также сильно различающимися нагрузками в отопительный и летний сезоны. Это обстоятельство определяет переменные гидравлические режимы в сети теплоснабжения и, как следствие, необходимость регулирования в широких пределах сетевых, рециркуляционных насосов и насосов подпиточной воды. При переменных нагрузках теплостанций изменяются режимы работы котлов типов ПТВМ и КГВМ, что требует регулирования вентиляторов горелок, а также дутьевых вентиляторов и дымососов. Применяемые на практике дроссельные методы регулирования (клапанами, задвижками, направляющими аппаратами) неэкономичны и при переменных режимах в тепломеханической схеме теплостанции и теплосети приводят к значительным потерям электроэнергии, износу механизмов, запорной арматуры и теплопроводов.

Общепризнанным средством энергосбережения в теплоэнергетическом комплексе является использование частотно-регулируемого электропривода (ЧРП) механизмов собственных нужд генерирующих и распределяющих объектов. Кроме исключения дросселирования, регулируемый электропривод также обеспечивает целый ряд важных технологических возможностей.

На теплостанциях г. Москвы частотно-регулируемый электропривод внедряется достаточно широко - на РТС установлено 54 высоковольтных ЧРП сетевых насосов и тягодутьевых механизмов. В процессе внедрения и эксплуатации ЧРП выявился ряд задач, который определяет актуальность работы.

Переход к финансированию проектов внедрения ЧРП за счет привлеченных средств и формирование Программы модернизации теплостанций г. Москвы потребовали тщательного технико-экономического обоснования применения ЧРП на каждом объекте, в результате чего возникла необходимость в специализированной инженерной методике расчета эффективности ЧРП. При этом разнообразие возможных схем ЧРП ставит задачу выбора оптимальной схемы частотного регулирования с точки зрения как обеспечения всех технологических режимов, так и оптимизации затрат на оборудование.

Электроприводы основных механизмов теплостанций относятся к категории ответственных. Перебой в работе сетевых насосов вызывает останов всех котлов по защите по минимальному расходу сетевой воды. От других, таких как тягодутьевые механизмы, зависит работа отдельных котлоагрегатов.



Преобразователи частоты (ПЧ) чувствительны к кратковременным посадкам питающего напряжения, поэтому возникновение посадки даже на 20-30% ведет к аварийному останову механизма, а вместе с этим, зачастую, и всей станции. В результате отсутствия требований к объектно-ориентированным ЧРП ответственных механизмов по условию самозапуска, на этапе первоначального их внедрения на РТС г. Москвы положительное впечатление о частотно регулируемом приводе оказалось омрачено возникшей серьезной проблемой снижения надежности работы оборудования теплостанций и роста числа их остановов. Сказанное определяет актуальность поиска методов и технических средств для снижения аварийности работы ответственных механизмов теплостанций при оснащении их ЧРП.

Кроме задачи обеспечения бесперебойной работы актуальной также является задача снижения неблагоприятного воздействия преобразователей частоты на относительно «слабые» сети электроснабжения теплостанций, связанная по существу с необходимостью решения вопросов электромагнитной совместимости в уже действующей системе электроснабжения.

Цель работы – решение комплекса задач, направленных на повышение технико-экономической эффективности применения энергосберегающих частотно-регулируемых электроприводов на теплостанциях, а также на повышение надежности работы ЧРП и сопряженного с ним оборудования теплостанций.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Разработка инженерной методики технико-экономического анализа и обоснования применения частотно-регулируемых электроприводов на теплостанциях.

2. Исследование технических решений по схемам частотного регулирования для каждой группы основных механизмов теплостанций с точки зрения обеспечения оптимальных режимов работы технологического оборудования, снижения потерь энергоносителей, электрической энергии и минимизации затрат. Разработка общих технических требований к объектно-ориентированным ЧРП.

3. Исследования особенностей работы ЧРП ответственных механизмов теплостанций в режиме самозапуска при посадках напряжения в системе электроснабжения. Разработка рекомендаций по повышению надежности работы ЧРП при посадках напряжения.

4. Анализ применяемых схем ПЧ с точки зрения обеспечения электромагнитной совместимости с сетями электроснабжения теплостанций. Разработка рекомендаций по применению в условиях теплостанций рациональных схем с учетом выполнения требования ЭМС.

Методы исследований При решении поставленных задач использовались следующие методы:

1. Статистический сбор данных об остановах теплостанций и их причинах, анализ влияния ЧРП на надежность теплогенерации.

2. Математическое моделирование электромагнитных и электромеханических процессов ЧРП насосных и вентиляторных установок теплостанций.

3. Натурные испытания ЧРП в нестационарных и установившихся режимах.

4. Численные расчеты технико-экономических показателей при внедрении ЧРП на теплостанциях г. Москвы.

Научная новизна основных результатов работы 1. Предложена инженерная методика расчетов показателей эффективности применения частотно-регулируемых электроприводов на теплостанциях.





2. Сформулированы требования к объектно-ориентированным ЧРП ответственных механизмов теплостанций, исходя из критерия обеспечения надежной работы котлов, и разработаны рекомендации по выбору оптимальных схем частотного регулирования применительно к объектам теплоснабжения.

3. Проведены исследования на математической модели и натурные испытания высоковольтных ЧРП с целью оптимизация комплекса параметров настроек микропроцессорной системы управления ЧРП, позволяющей в целом повысить устойчивость работы и эксплуатационную надежность оборудования тепломеханической схемы теплостанции в нестационарных режимах за счет достижения оптимальных характеристик электромагнитных и электромеханических процессов в режимах самозапуска и подхвата вращающихся электродвигателей механизмов собственных нужд.

4. Сформулированы и обоснованы рекомендации по выбору и применению ПЧ в части обеспечения их ЭМС, учитывающие особенности сетей электроснабжения теплостанций.

Практическая значимость работы 1. Разработанная инженерная методика расчетов эффективности применения частотно-регулируемых электроприводов на теплостанциях апробирована по результатам обследования 52 теплостанций г. Москвы и использовалась при составлении «Программы внедрения энерго- и ресурсосберегающих систем частотного регулирования на теплоснабжающих предприятиях Департамента топливно энергетического хозяйства Правительства г. Москвы на период 2005 2010 гг.». С помощью методики оценена экономическая эффективность и определена очередность внедрения ЧРП на теплостанциях г. Москвы.

Методика реализована в виде компьютерной программы.

2. С использованием результатов исследований нестационарных режимов работы ЧРП проведена оптимизация характеристик режимов самозапуска высоковольтных ЧРП, установленных на 11 теплостанциях г. Москвы. Результатом проведенной работы явилось существенное уменьшение количества аварийных остановов теплостанций.

3. Разработанные рекомендации по выбору схем частотного регулирования, а также рекомендации по ЭМС, позволили обосновать применение для ряда теплостанций конкретных схем ПЧ, что было использовано при проектировании установки ЧРП на РТС «Пенягино», «Отрадное» и др.

Рекомендации также могут быть использованы при дальнейшем внедрении ЧРП на объектах теплоснабжения городов.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на конференциях и научно-технических совещаниях, в том числе:

– XXIV Межведомственной научно-технической конференции «Проблемы обеспечения эффективности и устойчивости функционирования сложных технических систем», г. Серпухов, 2005г.

– XXV Межрегиональной научно-технической конференции «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем», г. Серпухов, 2006г.

– на международном семинаре МА «Интерэлектромаш» «Разработка и применение частотно-регулируемого асинхронного и синхронного электропривода в промышленности, электроэнергетике, ЖКХ», г. Москва, 2008г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе два доклада.

Краткое содержание работы Во введении обосновывается актуальность проблемы, определяются цели и задачи работы, описываются методы исследований, формулируется научная новизна и отмечается практическая значимость работы.

В первой главе проводится анализ состава оборудования теплостанций, обосновывается необходимость применения регулируемого электропривода и разрабатывается методика расчета экономической эффективности внедрения ЧРП.

Технологическая схема очереди типичной теплостанции с отображением основных механизмов схематично показана на рис.1. Основными механизмами, определяющими технологический процесс, являются сетевые и рециркуляционные насосы, насосы подпитки и исходной воды. Дутьевые вентиляторы и дымососы осуществляют регулирование тепловой мощности котлов и соотношения «воздух-газ».

На основе анализа режимов работы каждой группы механизмов обоснована целесообразность перехода к регулируемому приводу и определены наиболее приоритетные для модернизации механизмы с точки зрения энерго- и ресурсосбережения, а также технологической необходимости регулирования – сетевые насосы, дутьевые вентиляторы, и дымососы.

В теплосеть Котел Котел 1 РН1 РН Из водопровода НХВ НП Водо подготовка СН1 СН Из теплосети Рис.1. Технологическая схема очереди теплостанции.

Для обоснования привлечения средств на проекты внедрения ЧРП разработана инженерная методика расчета эффективности ЧРП применительно к теплостанциям. Данная методика основана на ранее предложенных рядом авторов методиках и имеет следующие отличия:

– возможность применения усредненных коэффициентов экономии, полученных на основании анализа статистических данных об экономии при применении ЧРП, при необходимости обработки больших массивов объектов или в случае, если непосредственный расчет экономического эффекта затруднен;

также возможно определение экономического эффекта на основании данных о параметрах работы оборудования из архива АСУ ТП или путем инструментального обследования;

– разработан метод прогнозирования экономии электроэнергии ЧРП тягодутьевых механизмов на основании данных о тепловой нагрузке котла;

– учитывается экономия газа при оснащении регулируемыми приводами тягодутьевых механизмов котлов;

– используется расширенный экономический инструмент для определения дохода за любой принимаемый период и срока окупаемости затрат на реализацию проектов внедрения ЧРП.

В данной методике для упрощения расчета эффективности применения ЧРП на котлах КВГМ разработан метод прогнозирования экономии электроэнергии, использующий в качестве основных данных тепловую нагрузку котла. Введен обобщенный коэффициент экономии электроэнергии kэ, значения которого находятся по кривым на рис. 2 на основании известной средней нагрузки котла в течение сезона. Кривые получены на основе экспериментальных данных о потреблении электроэнергии регулируемыми и нерегулируемыми приводами дутьевого вентилятора и дымососа.

Экономия электроэнергии ЧРП тягодутьевых механизмов котлов КВГМ определяется по формуле:

ЭТДМ = N нерег.отоп. kэ.отоп t раб.отоп + N нерег. лет. kэ. лет t раб. лет (2) где N нерег. - средние потребляемые мощности механизмов в нерегулируемом режиме в течение отопительного и летнего сезонов, кэ – определяется по кривой на рис. 2 по средней относительной загрузке котла на протяжении отопительного и летнего сезона.

t раб.отоп, t раб. лет - число часов работы котла в отопительном и летнем режимах.

Kэ 0, 0, 0, Дутьевой 0, вентилятор 0, Дымосос 0, 0, 0, 0, ср/Qном Qср / ном 0,2 0,4 0,6 0,8 Рис. 2. Коэффициенты экономии электроэнергии для дымососа и дутьевого вентилятора в зависимости от относительной нагрузки котлов.

С применением предложенной методики были выполнены расчеты, прогнозирующие эффект от применения ЧРП на 52 теплостанциях г. Москвы и определена очередность внедрения ЧРП на этих объектах, что нашло применение при разработке Программы внедрения ЧРП на теплоснабжающих предприятиях г. Москвы на 2005-2010г. Суммарные результаты этих расчетов для сетевых насосов и тягодутьевых механизмов котлов проиллюстрированы на рис. 3.

млн. руб.

сетевые насосы тягодутьевые механизмы 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Рис. 3. Суммарный экономический эффект при оснащении ЧРП сетевых насосов и тягодутьевых механизмов 28 РТС и 24 КТС.

Во второй главе рассмотрены особенности применения высоковольтных ЧРП на теплостанциях и даны рекомендации по выбору оптимальных схем ЧРП.

Сформулированы объектно-ориентированные технические требования к системам частотного регулирования применительно к теплостанциям с учетом их специфики, из которых выделены и обстоятельно рассмотрены требования к ПЧ по обеспечению безостановочной работы котлов при посадках напряжения:

• ЧРП должны обеспечивать автоматический самозапуск и подхват вращающегося электродвигателя до заданной частоты вращения после кратковременных снижений напряжения в сети электроснабжения или перерывов питания с максимальной длительностью до 2,2 с;

• Максимально допустимое время режима рестарта ЧРП сетевых и рециркуляционных насосов от момента восстановления напряжения в сети до восстановления расхода сетевой воды выше уставок срабатывания защит по его минимальному значению не должно превосходить 4-9 с (время определяется выдержкой времени срабатывания защиты для конкретного объекта);

• Максимально допустимое время рестарта ЧРП дутьевых вентиляторов и дымососов котлов не должно превосходить 4 с;

а также требования по обеспечению электромагнитной совместимости с сетями электроснабжения и приводными электродвигателями.

Рассмотрены распространенные схемы высоковольтных ПЧ на предмет целесообразности применения на теплостанциях и соответствия сформулированным техническим требованиям:

различные варианты высоковольтного исполнения ПЧ с – непосредственным подключением к приводному двигателю;

– двухтрансформаторная схема с низковольтным ПЧ;

– замена высоковольтного асинхронного двигателя на низковольтный;

– применение секционированного низковольтного вентильно-индукторного привода.

На основании анализа особенностей применения ЧРП сделан вывод, что в условиях теплостанции оптимальными являются высоковольтный ПЧ на основе автономного инвертора тока (АИТ) с ШИМ, многоуровневый инвертор напряжения с ШИМ, а также специально разработанный для устойчивой работы при посадках напряжения секционированный вентильно-индукторный привод (ВИП).

При применении высоковольтных ПЧ для регулирования сетевых насосов с асинхронными двигателями целесообразно групповое управление двигателями. В схеме на рис.4 асинхронные двигатели 630 кВт управляются от двух ПЧ, питаемых от различных секций. В основу положено разделение насосов на группы в зависимости от количества насосов, каждая из которых управляется преобразователем частоты с взаимным резервированием.

Для регулирования синхронных двигателей типа СТД с номинальным напряжением 10 кВ предложена схема системы группового управления (СГУ), в которой питание электродвигателей осуществляется от ПЧ с выходным напряжением 6 кВ, при этом статоры двигателей переключаются в «треугольник» (рис.6). Этот вариант оптимален для теплостанций в силу наличия опыта применения ПЧ на 6 кВ, а прямое подключение ПЧ к электродвигателю (без согласующего трансформатора 6/10 кВ) обеспечивает нормальную работу функции ПЧ по подхвату вращающегося двигателя.

В силу жестких требований по времени выхода на исходный режим работы после кратковременного перерыва питания наиболее целесообразна установка на сетевые насосы и тягодутьевые механизмы теплостанций секционированного вентильно-индукторного привода (рис.6). В данной схеме существующие двигатели с напряжением питания 6 (10) кВ заменяются на низковольтные (напряжением 0,4 или 0,6 кВ) вентильно-индукторные, имеющие на статоре и роторе несколько независимых секций. Каждая секция двигателя управляется от собственного ПЧ, которые синхронизированы между собой. Данный электропривод за счет одновременного питания от двух независимых источников имеет возможность сохранения в работе регулируемого механизма при кратковременном исчезновении напряжения на одной секции. После восстановления питания обесточенные секции включаются и синхронизируются с работающими. При этом вентильно-индукторный двигатель не имеет возможности работы напрямую от сети 50 Гц, что предполагает исключительно индивидуальное управление. Для сетевых насосов это влечет за собой установку в 1,5-2 раза большего количества комплектов регулируемого привода, что, однако, может быть сопоставимо по стоимости с СГУ на базе высоковольтных ПЧ в силу исполнения на низковольтной элементной базе.

Секция 1 КРУ 6 кВ Секция 2 КРУ 6 кВ Тр Тр ПЧ ПЧ 6 кВ 6 кВ 6 кВ QS QS1 6 кВ QS M1 M2 M3 M4 M5 M6 M ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Рис. 4. Две СГУ на базе высоковольтных ПЧ (6 кВ) для регулирования асинхронных двигателей сетевых насосов в количестве больше трех.

Секция 1 РУ 10 кВ Секция 2 РУ 10 кВ Тр 1 Тр 10/ 6 кВ 10/ 6 кВ Секция 1 РУ 6 кВ Секция 2 РУ 6 кВ ПЧ1 ПЧ 6 кВ 6 кВ QS1 QS QS MS MS1 MS2 MS4 MS6 MS MS ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ОВ ОВ ОВ ОВ ОВ ОВ ОВ Рис. 5. Две СГУ на базе ПЧ 6 кВ для регулирования сетевых насосов с синхронными двигателями с созданием дополнительного РУ 6кВ и переключением двигателей со «звезды» в «треугольник».

Рис. 6. Вентильно-индукторный электропривод трех сетевых насосов 630 кВт.

В третьей главе исследована проблема остановов ЧРП ответственных механизмов теплостанций при кратковременных снижениях и перерывах напряжения электропитания и разработаны рекомендации по повышению надежности их работы.

В период с 1997 по 2008 г.г. на теплостанциях г. Москвы было установлено 54 высоковольтных ЧРП (фирмы «Allen-Bradley») сетевых насосов и тягодутьевых механизмов котлов КВГМ (котлы ПТВМ имеют 12-16 вентиляторов с асинхронными двигателями 5,5-10 кВт и, как правило, оснащаются групповым низковольтным ЧРП). При этом отмечен существенный рост числа аварийных остановов теплостанций с высоковольтными ЧРП. Останов теплостанции приводит к недоотпуску тепла, а также опасности выстывания теплосетей в холодное время года.

Выяснено, что причиной остановов является чувствительность преобразователей частоты к кратковременным посадкам питающего напряжения.

При останове сетевого насоса, в случае снижения расхода нагреваемой воды через котел ниже допустимого значения происходит срабатывание защиты, и после отсчета выдержки времени (4-9 с) котел принудительно гасится.

Останов дутьевого вентилятора котла КВГМ отслеживается аварийной защитой по падению давления дутьевого воздуха, и с выдержкой времени порядка 3-4с горелки котла отключаются. Это относится и к дымососу, аварийная защита которого срабатывает по величине разрежения в топке.

На рис. 7 схематично показан процесс рестарта сетевого насоса. В момент времени t1 нарушилось электропитание ПЧ и началось снижение расхода воды в теплосети. Событие t2, отстоящее по времени от t1 на доли секунды - закрытие обратного клапана и начало отсчета времени срабатывания аварийной защиты котлов. После восстановления питающего напряжения в течение промежутка времени t3-t4 происходит активация драйверов тиристоров выпрямителя, система управления преобразователя проводит диагностику основных элементов, и, если в ПЧ имеется функция подхвата выбегающего двигателя, определяет текущую частоту вращения двигателя, а затем, с момента t4, осуществляет разгон до предшествующей отключению частоты. При этом варианты кривых разгона соответствуют различному времени поиска текущей частоты и перегрузочной способности преобразователей. Если расход воды не достиг необходимого уровня, то в момент t5 срабатывает аварийная защита работающих в данный момент котлов.

Схожие процессы происходят при посадках питающего напряжения ЧРП тягодутьевых механизмов.

Рис.7. Процесс перезапуска сетевого насоса с поиском частоты вращения.

Таким образом, для обеспечения безостановочной работы котлов необходимо, чтобы сумма времен перерыва питания, самотестирования ПЧ, поиска текущей частоты вращения и восстановления скорости двигателя была меньше времени срабатывания технологической защиты котлов.

Были проведены экспериментальные исследования электромагнитных и электромеханических процессов ЧРП сетевых насосов и тягодутьевых механизмов различных теплостанций при искусственных нарушениях питания.

На всех теплостанциях с высоковольтными ЧРП качество этих процессов не удовлетворяло выше сформулированному требованию.

Для повышения иммунитета ЧРП к посадкам напряжения было проведено исследование процессов самозапуска ЧРП на математической модели, входящей в состав испытательного стенда высоковольтных регулируемых приводов фирмы «Rockwell Automation» Исследование проводилось при непосредственном участии разработчика стенда - профессора Вейнгера А.М. По результатам исследования предложены значения комплекса параметров настроек системы управления ПЧ, с помощью которых обеспечивается требуемое качество процессов подхвата вращающихся двигателей сетевых насосов и тягодутьевых механизмов (рис. 8).

магнитный поток входное напряжение входное напряжение магнитный поток 1. 1. 0. скорость двигателя скорость двигателя 0. 0. 0. 0. ток звена 0. постоянного тока 0.2 uP uP 0.2 iD iD e e ток звена 0 v v постоянного тока -0. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 5 10 15 20 t, s t, s Рис. 8. Моделирование процессов успешного самозапуска сетевого насоса и дымососа при оптимальных настройках программируемых параметров системы управления ПЧ.

По результатам исследования на модели проведена оптимизация характеристик переходных процессов самозапуска на 11 теплостанциях. В зависимости от различных версий программного обеспечения и аппаратной части систем управления ПЧ максимальная длительность посадок напряжения, при которой после оптимизации обеспечивается подхват двигателя, варьируется от 0, до 2,5 с (табл. 1). Для ПЧ PowerFlex7000 с версией ПО 5.00х достигнуто обеспечение устойчивого подхвата во всем диапазоне возможного времени перерыва питающего напряжения до срабатывания АВР, которое для теплостанций составляет 2,2 с (рис. 9,10).

Табл.1. Влияние версии ПО ПЧ на максимальную длительность посадки напряжения, при которой обеспечивается подхват двигателя.

Версия ПО Время паузы перед Экспериментально определенная преобразователя началом разгона максимальная длительность частоты отрабатываемых посадок напряжения PowerFlex 2,2 с 0,5 с 2.00х 1,4 с 1,4 с 3.00х 1,0 с 1,7 с 4.00х 0,3 с 2,5 с 5.00х ПЧ 1557MV 0.6 c 2c Так как длительность посадки оказывает решающее воздействие на вероятность успешного самозапуска, рекомендовано применение автономного быстродействующего АВР (БАВР) для высоковольтных преобразователей. Это особенно актуально для РТС с ПЧ, имеющими версию ПО 2.00х, а также для новых внедрений, где БАВР может быть заложен на этапе проектирования установки ЧРП. С учетом этой рекомендации такой АВР реализован при внедрении ЧРП сетевых насосов и тягодутьевых механизмов на РТС «Жулебино» (рис. 11).

Рис.9 Осциллограмма процесса успешного перезапуска сетевого насоса без потери информации о скорости при длительности посадки 2,5 с. Версия ПО 5.003.

Рис. 10. Осциллограмма процесса успешного перезапуска дымососа без потери информации о скорости при длительности посадки 2,27 с. Версия ПО 5.003.

Рис. 11. Реализация быстродействующего АВР для высоковольтных преобразователей частоты РТС «Жулебино».

В главе 4 рассмотрены вопросы обеспечения требований электромагнитной совместимости высоковольтных преобразователей частоты с сетями электроснабжения теплостанций.

Особенностью электроснабжения теплостанций, примыкающих к Московской кабельной сети, является относительно невысокая мощность короткого замыкания на шинах 10 и 6 кВ. Анализ различных способов снижения влияния преобразователей частоты на сети электроснабжения теплостанций показал, что наиболее предпочтительным способом является повышение пульсности выпрямителя ПЧ и применение выпрямителя с ШИМ.

Проведены расчеты коэффициентов несинусоидальности кривой напряжения в сети электроснабжения при применении ПЧ с выпрямителями различной пульсности, по результатам которых определены соотношения мощности короткого замыкания в сети электроснабжения к мощности ЧРП, при которых допустимо использовать соответствующие выпрямители. Анализ полученных значений с учетом мощностей применяемых двигателей и диапазона мощностей короткого замыкания сети электроснабжения теплостанций позволил сформулировать следующие рекомендации по выбору топологии выпрямителей высоковольтных ЧРП:

– на теплостанциях целесообразно применение ПЧ с выпрямителем, выполненным по 18-ти пульсной схеме или с ШИМ-выпрямителем;

– при возможности одновременной работы нескольких ПЧ целесообразно применять ШИМ-выпрямители;

– применение 12-ти пульсного выпрямителя в каждом случае требует подтверждающего расчета;

– применение 6-ти пульсного выпрямителя на теплостанциях г. Москвы недопустимо.

Были проведены исследования гармонического состава напряжения на секциях 6 кВ ряда РТС с ПЧ, имеющими 18-ти пульсный выпрямитель, которые подтвердили эффективность 18-ти пульсной схемы по обеспечению ЭМС ПЧ с сетью электроснабжения в части соответствия требованиям ГОСТ 13109-97.

Результаты измерений показали, что на большинстве РТС ЧРП генерирует в сеть 17, 19, 35 и 37 гармоники, но коэффициенты этих гармоник оказываются меньше допустимых значений (рис. 12, б). В то же время на некоторых РТС при включении ПЧ с 18-ти пульсным выпрямителем наблюдается превышение предельно допустимых значений коэффициентами 35 и 37 гармоник (рис.12, в), однако при этом допустимое значение Кнсu остается соответствующим требованиям указанного стандарта.

кuав(n)нд кuав(n)пд кuав(n)нб кuав(n)в РТС «Химки-Ховрино» а) РТС «Химки-Ховрино» б) РТС «Митино» в) Рис.12. Распределение коэффициентов n-ой гармонической составляющей ряда высших гармоник РТС: а) напряжение на секции при отключенном ПЧ;

б) напряжение на секции при работающем ПЧ с 18-ти пульсным выпрямителем, минимальное влияние ПЧ;

в) увеличение коэффициентов n-ой гармонической составляющей ряда высших гармоник при включении ПЧ с 18-ти пульсным выпрямителем. Обозначения: кuав(n)нд, кuав(n)пд нормально и предельно допустимые значения коэффициента n-ой гармонической составляющей линейных напряжений, кuав(n)в - значение коэффициента n-ой гармонической составляющей, которое не превышает 95% измеренных значений, кuав(n)нб - наибольшее значение коэффициента n-ой гармонической составляющей.

Основные результаты работы Проведенные исследования схемно-режимных особенностей частотно регулируемого электропривода в условиях применения на теплостанциях позволили получить следующие основные результаты:

1. На основе анализа режимов работы механизмов собственных нужд теплостанций определены наиболее приоритетные для модернизации механизмы с точки зрения энерго- и ресурсосбережения, а также технологической необходимости регулирования.

2. Разработана инженерная методика расчета показателей эффективности применения ЧРП на теплостанциях, совмещающая технические и экономические инструменты расчетов. Эта методика, реализованная в виде компьютерной программы, позволяет определить приоритетность модернизации теплостанций.

Она использована при составлении «Программы внедрения энерго- и ресурсосберегающих систем частотного регулирования на теплоснабжающих предприятиях Департамента топливно-энергетического хозяйства Правительства г. Москвы на период 2005-2010 гг». Методика также может быть использована внедряющими организациями при выполнении технико-экономических обоснований проектов внедрения ЧРП на объектах теплоснабжения других городов.

3. Сформулированы основные технические требования к объектно ориентированным ЧРП, предназначенным для регулирования ответственных механизмов теплостанций, учитывающие схемно-режимные особенности.

Показано, что оптимальным является применение в ЧРП преобразователей частоты на основе АИТ с ШИМ и многоуровнего инвертора, а также вентильно индукторного привода. Предложены рациональные схемы частотного регулирования сетевых насосов и тягодутьевых механизмов на основе указанных типов приводов.

4. На основе исследований, проведенных на математической модели, и натурных испытаний получены значения комплекса параметров настроек систем управления ПЧ, позволивших существенно улучшить качество электромагнитных и электромеханических процессов при самозапуске и подхвате вращающихся двигателей сетевых насосов и тягодутьевых механизмов. За счет оптимизации режимов самозапуска высоковольтных ЧРП, установленных на 11 теплостанциях г. Москвы, расширены границы допустимых длительностей посадок напряжения, при которых не происходит срабатывание тепловой защиты котлов, в среднем до 1,5 с. Результатом проведенной работы явилось существенное уменьшение количества аварийных остановов станций.

5. Сформулированы, обоснованы и экспериментально подтверждены рекомендации по выбору и применению ПЧ в части обеспечения их ЭМС, учитывающие особенности сетей электроснабжения теплостанций.

Проведенные исследования и полученные на их основе результаты позволили оптимизировать применение ЧРП на РТС, а также повысить надежность работы оборудованных ЧРП теплостанций.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Тарасов Д.В., Сорокин А.В., Лазарев Г.Б. Экономические и экологические аспекты внедрения регулируемого привода на теплоснабжающих предприятиях города. Электрические станции, 2006, № 12.

2. Тарасов Д.В. Требования к частотно-регулируемым электроприводам насосов и вентиляторов при аварийных режимах в системе электроснабжения котельных.

Электрические станции, 2006, № 1.

3. Беляев Д.В, Вейнгер А.М., Тарасов Д.В. Нестационарные процессы в регулируемом электроприводе с высоковольтным преобразователем частоты сетевого насоса станции теплоснабжения. Электротехника, 2007, № 10.

4. Лазарев Г.Б., Тарасов Д.В. Частотно-регулируемый синхронный электропривод сетевых насосов районных станций теплоснабжения. В сборнике трудов XXIV Межведомственной научно-технической конференции «Проблемы обеспечения эффективности и устойчивости функционирования сложных технических систем», ч.5. Серпухов, ВИРВ, 2005.

5. Тарасов Д.В. Самозапуск частотно-регулируемых приводов. В сборнике трудов XXV Межрегиональной научно-технической конференции «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем», ч.4. Серпухов, ВИРВ, 2006.

ОАО НТЦ «Электроэнергетики» Рег.№ Тираж 80 экз.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.