Исследование технологических и переходных процессов электроприводов турбомеханизмов

УДК 623.313

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ТУРБОМЕХАНИЗМОВ

Ш.Т. Дадабаев, Х.А. Рахматов, Б. А. Абдумаликов

Исследованы насосные агрегаты оросительной насосной станции первого подъема АНС-1 Аштскоого района Согдийской области Республики Таджикистан.

Ключевые слова: электропривод, турбомеханизм, переходной процесс, преобразователь частоты, устройства плавного пуска, насосный агрегат.

Почти 25 % всей вырабатываемой электроэнергии в России, расходуется электроприводами, характер нагрузки которых является вентиляторным [1]. К этим механизмам в первую очередь относятся турбомеха-низмы в качестве насосов, вентиляторов, компрессоров, воздуходувок, дымососов и т.д. Отличительная особенность электроприводов турбомеха-низмов является квадратичная зависимость момента двигателя от скорости вращения и продолжительный режим работы без нужды на реверсированный ход. Электроприводы таких механизмов по сей день остаются нерегулируемым, а использование асинхронных и синхронных двигателей еще осложняют условия пуска. Поэтому возникает необходимость глубокого исследования технологических и переходных процессов электроприводов турбомеханизмов.

В данной статье объектом исследования были приняты насосные агрегаты оросительной насосной станции первого подъема АНС-1, которая расположена в Аштском районе Согдийской области Республики Таджикистан. В АНС-1 установлены четыре насосных агрегатов серии 1200В-6,3/100-А с мощностью каждой по 8 МВт [1, 2, 3]. Электроприводами служат вертикальные синхронные двигатели с явнополюсными роторами. В АНС-1 регулирования производительности насосных агрегатов выполняются дискретным путем т.е. путем включения или отключения одного из агрегатов станции. Данный метод является неэффективным и опасным, в виду того, что каждое отключение и включение проходит с динамичными электромагнитными переходными процессами. Кроме этого, гидравлические удары, в свою очередь, при пусках повреждают и изнашивают механические части оборудования и стыки трубопроводов. Каждый пуск высоковольтного синхронного двигателя проходит с многократными скачками токов и моментов двигателя, с просадкой напряжения, нагревом двигателя и потерями, которые уменьшают технический ресурс всего оборудования в целом.

Номинальная частота вращения n=375 об/мин и рабочая зона огра-

3 3

ничена подачей от 0мин=16000 м /час до Омах=23200 м /час [7]. На рис. 1 приведены характеристики насоса 1200В-6,3/100-А для различных скоростей. Для построения графиков характеристики насоса при различных способах регулирования были произведены расчеты, результаты которых приведены в табл. 1 и рис. 2.

120 100 80

40 20 0

О 5000 10000 15000 20000 25000

Рис. 1. Характеристики насоса для различных скоростей

рабочего колеса

7000

6000

5000

4000

н

£

3000

2000

1000

О

О 5000 10000 15000 20000 25000

О, мЗ/ч

Рис. 2. Графики характеристик насоса 1200В-6,3/100-А при различных способах регулирования производительности

Таблица 1

Расчетные значения мощностей насосного агрегата при различных

способах регулирования

Тип регулирования Параметры Точка 1 Точка 2 Точка 3 Точка 4 Точка 5 Точка 6

Без ПЧ Q,м3/ч 22000 20000 16800 14700 12600 10500

Цнас 0,88 0,88 0,88 0,88 0,88 0,88

P,кВт 6200 4521 2996,1 2007,4 1264,2 731,6

Задвижка Q,м3/ч 22000 21000 20000 19000 18000 17000

Цнас 0,88 0,85 0,83 0,8 0,74 0,74

ППЧ 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97

P,кВт 6200 6100 6000 5800 5700 5600

ПЧ Q,м3/ч 22000 20000 16800 14700 12600 10500

Ппч 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97

P,кВт 6391,7 4660,8 3088,8 2069,5 1303,3 754,2

Применение преобразователей частоты (ПЧ) дает плавное прохождение переходных режимов насосных агрегатов и еще, если глубина регулирования скорости велика, то и значимую экономию энергии [5, 6]. Однако как видно из графиков (см. рис. 2) для данного объекта, т.е. АНС-1 глубина регулирования производительности насосов мала и экономия энергии тоже будет не большой. Высоковольтные преобразователи частоты относятся к очень дорогим электротехническим устройством, срок окупаемости которых требует четкого расчета. Эффективность применения ПЧ зависит только от глубины регулирования скорости электродвигателя. Регулирование задвижкой, в свою очередь, недопустимо в АНС-1 по заводским требованиям и технологическим процессам самой станции. Поэтому для решения этой проблемы надо исследовать применение устройств плавного пуска (УПП) в оросительных насосных станциях первого подъема. В таких объектах обычно устанавливают высоковольтные насосные агрегаты с малой глубиной регулирования производительности. УПП стоят дешевле, чем ПЧ почти в два-три раза, и хорошо служат для поочередного плавного пуска нескольких электродвигателей [3, 4]. В данной статье, кроме исследования технологических процессов насосных агрегатов, было выполнено моделирование переходного процесса при различных пусках синхронного электродвигателя в программе MATLAB [4]. Результаты моделирования прямого пуска и плавного пуска с УПП показаны на рис. 3 и 4.

Как видно из графиков результата моделирования (см. рис. 3, 4), при использовании УПП получаются достаточно благоприятные условия прохождения переходных процессов, а именно ограничиваются пусковой ток и скачки амплитуд колебания моментов.

258

Рис. 3. Графики переходных процессов при прямом пуске синхронного

двигателя серии ВДС2-325/69-16

Moment

О 2 4 6 8 10 12 14 16

w rotora

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Рис. 4. Плавный пуск СД серии ВДС2-325, 8000 кВт при увеличении напряжения статора от 0 до номинального значения за 1 секунду

Высоковольтные устройства плавного пуска выпускаются западными фирмами в малых количествах, поэтому основным поставщиком таких оборудований является Россия. Российские компании ООО «НПП "ЭКРА" и ООО «ЧЭАЗ-ЭЛПРИ» выпускают качественные и современные

259

УПП с многофункциональными возможностями. Устройства плавного пуска серии ШПТУ, выпускаемые ООО «НПП "ЭКРА", обеспечивают возможность регулирования величины и скорости нарастания пускового тока, позволяют осуществлять пуск двигателей и трансформаторов от источников ограниченной мощности [9]. Основные параметры устройства данной серии приведены в табл. 2.

Таблица 2

Основные параметры устройств ШПТУ

Номинальное напряжение главных цепей, кВ 3, 6, 10, 15

Номинальный ток главных цепей, А 125, 250, 400, 630, 1000, 1250

Напряжение цепей управления, В 220 ±20 % переменного или постоянного тока

Напряжение цепей охлаждения, В 220 ±20 % переменного тока

Степень защиты по ГОСТ 14254-96 1Р 20

Механическое исполнение по ГОСТ 17516.1-90 М39

Стойкость к воздействию землетрясений 6 баллов по MSK-64

Технические характеристики устройства плавного пуска серии УППВЭ от ООО «ЧЭАЗ-ЭЛПРИ» приведены в табл. 3.

Таблица 3

Основные параметры устройств УППВЭ

Род тока переменный, трехфазный

Номинальное напряжение, кВ 3, 6, 10

Максимальный пусковой ток А 400...1600

Частота, Гц 50

Диапазон мощностей запускаемых электродвигателей, МВт 0,2...12,5

Пределы ограничения пускового тока (1 ...4) 1-ном дв

Напряжение питания вспомогательных цепей, В ~ 3 x 380

Регулируемое время пуска, с 5 ... 120

Тиристоры Производство компании «АВВ»

Способ доставки управляющих импульсов Оптический, полная гальваническая развязка системы управления и силовых модулей

Количество пусков без ограничений, с перерывом между пусками 15 мин.

Степень защиты 1Р20

Климатическое исполнение УХЛ4

Применение устройства УППВЭ дает следующие преимущества [8]:

- значительно уменьшается пусковой ток двигателя (в 3-4 раза);

- существенно снижаются динамические нагрузки на подшипниках электродвигателя и в кинематике механизмов, работающих с данным электродвигателем;

- улучшаются условия эксплуатации электротехнического оборудования (электродвигателей, трансформаторов, коммутационных аппаратов и др.);

- существенно снижаются потери электроэнергии в электрооборудовании при пуске электродвигателей;

- уменьшаются просадки напряжения в сети при пуске электродвигателей;

- экономится электроэнергия за счет рационального использования энергоемкого оборудования;

- повышаются надежность и срок службы оборудования;

- увеличивается количество допустимых пусков;

- осуществляется пуск электродвигателей от источников ограниченной мощности.

В результате исследования технологических и переходных процессов электроприводов насосных агрегатов оросительной насосной станции было показано, что использование преобразователей частоты и регулируемого электропривода нецелесообразно. Достаточно использовать устройства плавного пуска, которые стоят дешевле и могут использоваться для поочередного включения электродвигателей. Сравнительный анализ способов регулирования производительности также показал, что регулируемый электропривод и дросселирование мало эффективны в насосных агрегатах оросительной насосной станции первого подъема.

Список литературы

1. Дадабаев Ш.Т. Особенности механических характеристик электроприводов с вентиляторным характером нагрузки // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2013. №11. С. 29 - 34 с.

2. Дадабаев Ш.Т. Перспективы внедрения регулируемых электроприводов в насосных агрегатах большой мощности // Энергетик. №7. 2015. С. 31 - 33.

3. Дадабаев Ш.Т., Ларионов В.Н. Исследования применения энергоэффективных способов управления в электроприводах с вентиляторной нагрузкой // Вестник ТТУ. 2014. №4. С. 56 - 59.

4. Ларионов В.Н., Калинин А.Г. Энергоэффективность и энергосбережение в электроприводах с вентиляторной нагрузкой. Чебоксары: Изд-во. Чуваш. ун-та, 2012. 146 с.

5. Лезнев Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. М.: Энергоатомиздат, 2006. 360 с.

261

6. Лезнов Б.С. Экономия электроэнергии в насосных установках. М.: Энергоатомиздат, 1991. 144 с.

7. Нейман З.Б. Крупные вертикальные электродвигатели переменного тока. М.: Энергия, 1974. 376 с.

8. Устройство плавного пуска высоковольтных электродвигателей серии УППВЭ [Электронный ресурс] URL: http://www.elpri.ru/? page=170752&mode=prod (дата обращения: 20.04.2017).

9. Система плавного пуска на основе ШПТУ [Электронный ресурс] URL: http://www.ekra.ru/produkciia/sistemy-plavnogo-puska/445-ustroystva-plavnogo-puska-serii-shptu.html (дата обращения: 20.04.2017).

Дадабаев Шахбоз Толибджонович, асп., shahhozdadohoevamail.ru, Россия, Чебоксары, Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова,

Рахматов Хусейнджон Абдуразакович, магистрант, shahhozdadohoeva mail.ru, Республика Таджикистан, Худжанде, Политехнический институт Таджикского технического университета им. академика М.С. Осими,

Абдумаликов Баховаддин Абдусатторович, магистрант, shahhozdadohoev-amail. ru, Республика Таджикистан, Худжанде, Политехнический институт Таджикского технического университета им. академика М.С.Осими

RESEARCH OF TECHNOLOGICAL AND TRANSITION PROCESSES OF ELECTRIC DRIVES OF TURBOMECHANISMS

Sh. T. Dadahaev, Kh.A. Rakhmatov, B.A. Ahdumalikov

Pump units of the irrigating pump station have heen investigated first raising of ANS-1 of the Ashtskoy district of the Sughd region of the Repuhlic of Tajikistan.

Key words: electric drive, turhomechanism, transient process, frequency converter, soft start devices, pump unit.

Dadahayev Shakhhoz Tolihdzhonovich, postgraduate, shahhozdadohoevamail. ru, Russia, Chehoksary, Chuvash State University namedfor I.N. Ulyanova,

Rakhmatov Khuseyndzhon Ahdurazakovich, undergraduate, shahhozdadohoevamail. ru, Repuhlic of Tajikistan, Khujand, Polytechnical Institute of the Tajik Technical University namedfor academician M. S. Osimi,

Ahdumalikov Bakhovaddin Ahdusattorovich, undergraduate, shahhozdadohoevamail. ru, Repuhlic of Tajikistan, Khujand, Polytechnical Institute of the Tajik Technical University namedfor academician M. S. Osimi