УСТРОЙСТВО ПЛАВНОГО ПУСКА И РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГРУППЫ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электроприводам переменного тока, в состав которых входит низковольтное устройство плавного пуска, и может быть использовано в различных областях народного хозяйства (энергетика, коммунальное хозяйство, нефтеперерабатывающей и нефтегазодобывающей промышленностях) и может быть использовано для плавного пуска группы асинхронных высоковольтных электродвигателей общего применения.
Полезная модель относится к устройствам плавного пуска для группы высоковольтных асинхронных электродвигателей и оптимизации режимов работы асинхронных электроприводов, напряжением 6-10 кВ и мощностью до десятков МВт.
Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее.
Электропривод является одним из основных потребителей электроэнергии в нефтедобывающей отрасли. По оценкам специалистов, на электропривод приходится до 70% всей потребляемой электроэнергии. Наиболее энергоемким является вспомогательное оборудование добывающих установок, насосных, компрессорных и дожимных станций, в частности электроприводы различных турбомеханизмов. Наибольшее распространение в данных механизмах получили электродвигатели переменного тока, что обусловлено простотой, надежностью и относительно небольшой стоимостью этих машин.
Особенностью работы большинства насосных установок является изменение количества (расхода) подаваемой жидкости в течение времени.
Например, на насосной станции расход технологической жидкости различен и может иметь максимумы и минимумы, что является причиной частых пусков электродвигателей насосов.
В нерегулируемых электроприводах насосных агрегатов основным способом приведения в движение электродвигателей является прямой пуск, сопровождающийся ударными токами короткого замыкания, 10-15 кратным увеличением номинального тока (Копылов И.П. «Математическое моделирование электрических машин», М., Высш. шк., 2001. С. 74) и 3-5 кратным броском ударного момента по отношению к номинальным значениям тока и момента электродвигателя, что является причиной выхода из строя технологического оборудования и дорогостоящего ремонта. Другим негативным фактором является то, что в большинстве случаев прямой пуск высоковольтного АД большой единичной мощности не представляется возможным из-за глубоких посадок напряжения в цепи питания, влияющих на устойчивость работы других потребителей.
Известна система для управления электроприводом (А.с. СССР №898940, H02P 5/10. «Электропривод», опубл. 25.02.82., Бюл. №3.), содержащая однозонный автоколебательный развертывающий преобразователь, исполнительный электродвигатель, датчик обратной связи, источник сигнала задания.
Недостатком технического решения является невозможность управления группой параллельно работающих электродвигателей.
Наиболее близким к предлагаемому устройству, известным из практики и взятым за прототип, является устройство плавного пуска для группы асинхронных электродвигателей насосной станции, которое содержит групповой выпрямитель и группу управляемых инверторов, каждый из которых состоит из двух полукомплектов транзисторов, к выводам переменного тока которых подключены обмотки группы асинхронных электродвигателей, между полукомплектами транзисторов дополнительно подключены коммутаторы ввода, а между управляемыми инверторами включены секционные коммутаторы.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности плавного пуска высоковольтных асинхронных электродвигателей насосной станции, что снижает функциональность работы устройства.
Одним из наиболее эффективных путей повышения энергоэффективности электроприводов является внедрение устройств плавного пуска (УПП) с целью снижения значений пусковых токов, плавного разгона и остановки АД, согласования момента электродвигателя с моментом нагрузки.
Целью полезной модели является расширение функциональности и увеличение надежности работы всей системы путем резервирования работающего электродвигателя, а также снижение стоимости за счет возможности использования низковольтного оборудования в высоковольтной схеме для пуска и регулирования режимами работы группы высоковольтных асинхронных электродвигателей.
Указанная цель достигается тем, что предлагаемое устройство плавного пуска и регулирования режимов работы группы высоковольтных асинхронных электродвигателей (ВАД), содержит групповой выпрямитель и группу управляемых инверторов, каждый из которых состоит из двух полукомплектов транзисторов, к выводам переменного тока которых подключены обмотки группы высоковольтных асинхронных электродвигателей, коммутаторы ввода и секционные коммутаторы между управляемыми инверторами.
Новым является то, что дополнительно в схему включается входной высоковольтный выключатель, обеспечивающий отключение всей цепи в аварийной ситуации, понижающий трансформатор на входе группового выпрямителя, повышающие трансформаторы на каждом выходе управляющих инверторов (в конкретном примере по одному на каждый высоковольтный электродвигатель), выключатель на входе преобразовательной схемы, контактор для замыкания схемы после понижающего трансформатора, высоковольтные выключатели и контакторы для ввода электродвигателей в рабочий режим.
Сущность полезной модели поясняется чертежами и рисунками.
На Фиг. 1 представлен конкретный пример графика суточного расхода насосной станции.
На Фиг. 2 представлена схема, принятая за прототип.
На Фиг. 3 представлено устройство плавного пуска и регулирования режимов работы группы высоковольтных асинхронных электродвигателей.
Предлагаемое устройство плавного пуска и регулирования режимов работы группы высоковольтных асинхронных электродвигателей состоит из: группового выпрямителя 1, двух управляемых инверторов, каждый из которых состоит из двух полукомплектов транзисторов 2, 3 и 4, 5, В АД 6 и ВАД 7, коммутаторов ввода 8, 9 и 10, 11 и секционного выключателя 12, понижающего трансформатора 13 на входе группового выпрямителя 1, входного высоковольтного выключателя 20, обеспечивающего отключение всей цепи в аварийной ситуации, повышающих трансформаторов 21 и 22 на каждом выходе управляемых инверторов (в конкретном примере по одному на каждый высоковольтный электродвигатель), выключателя 14 на входе преобразовательной схемы, контактора 15 для замыкания схемы после понижающего трансформатора 13, высоковольтных выключателей 16, 18 и контакторов 17 и 19 для ввода ВАД 6 и ВАД 7 в рабочий режим.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Для подачи напряжения в схему питания и на понижающий трансформатор 13, включается входной высоковольтный выключатель 20, затем замыкается выключатель 14, контактор 15 в исходном состоянии замкнут, затем выпрямленное напряжение через групповой выпрямитель 1 поступает на управляемые инверторы. В нормальном режиме работы (полукомплекты транзисторов 2, 3 и 4, 5 исправны, коммутаторы ввода 8, 9 и 10, 11 включены, а секционный выключатель 12 отключен), осуществляется последовательный плавный пуск ВАД 6 и ВАД 7 при замыкании высоковольтных выключателей 16, 18 и контакторов 17 и 19 для ввода ВАД 6 и ВАД 7. Питание ВАД 6 получает от полу комплектов транзисторов 5 и 2 первого управляемого инвертора, ВАД 7 - от второго управляемого инвертора с полу комплектами транзисторов 3 и 4.
В аварийном режиме, например выход из строя полукомплекта транзисторов 5, коммутатор ввода 8 выключается, а ВАД 6 запускается вместе с ВАД 7 от полукомплекта транзисторов 3 и второго исправного полукомплекта транзисторов 2 с помощью секционного выключателя 12.
В случае, если оказываются неисправными оба полукомплекта транзисторов первого управляемого инвертора, например, полукомплекты 5 и 2, коммутаторы ввода 8 и 9 выключаются, а ВАД 6 запускается вместе с ВАД 7 от полукомплектов транзисторов 3 и 4 второго управляемого инвертора с помощью секционного выключателя 12.
Аналогичные действия выполняются при неисправности полукомплектов транзисторов 3 и 4 второго управляемого инвертора.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности всей системы, приводит к увеличению надежности работы группы высоковольтных асинхронных электродвигателей путем резервирования работающего электродвигателя и включения в схему входного высоковольтного выключателя, обеспечивающего отключение всей цепи в аварийной ситуации, исключения прямых пусков ВАД, сопровождающихся ударными токами короткого замыкания (10-15 кратным увеличением номинального тока) и 3-5 кратным броском ударного момента по отношению к номинальным значениям, оптимизации режимов работы асинхронных электродвигателей, напряжением 6-10 кВ и мощностью до десятков МВт, плавного разгона и остановки АД, согласования момента электродвигателя с моментом нагрузки.
Внедрение устройства способствует снижению стоимости системы плавного пуска за счет возможности использования низковольтного преобразовательного оборудования в высоковольтной схеме для пуска и регулирования режимами работы группы высоковольтных асинхронных электродвигателей, исключая необходимость частых пусков электродвигателей насосов.