Содержание к диссертации
Глава 1. Характеристика объекта исследования. Постановка задач
исследования 9
1.1. Основные сведения о магистральном транспорте газа
и технологических установках для его охлаждения 9
Анализ эффективности систем электроснабжения установок охлаждения газа 18
Способы уменьшения токовых перегрузок при пуске электродвигателей для привода вентиляторов АВО газа 33
1.4. Постановка задач исследования 38
Выводы по главе 1 40
Глава 2. Математическое моделирование систем электроснабжения
установок охлаждения газа 41
Особенности расчета переходных процессов в системах электроснабжения установок охлаждения газа 41
Математические модели асинхронного электропривода
с вентиляторной нагрузкой 45
2.3. Математическая модель электропривода вентиляторов АВО
газа в системе MATLAB 6.5 + Simulink4.0 51
2.4. Исследование переходных процессов при пуске
электродвигателей вентиляторов АВО газа 56
Выводы по главе 2 72
Глава 3. Динамическая компенсация реактивной мощности
в системах электроснабжения установок охлаждения газа... 73
3.1. Принцип динамической компенсации
реактивной мощности 73
3.2. Варианты построения устройства
динамической компенсации реактивной мощности 80
Расчет параметров устройства динамической компенсации реактивной мощности 90
Выбор алгоритма управления электродвигателями вентиляторов при восстановлении технологического режима охлаждения газа 101
Выводы по главе 3 108
Глава 4. Экспериментальное исследование процессов в системе
электроснабжения установок охлаждения газа 109
4.1. Приборы и методика
экспериментального исследования 109
4.2. Результаты экспериментального исследования переходных
процессов при пуске электродвигателей вентиляторов
АВО газа типа 2АВГ-75 113
4.3. Результаты экспериментального исследования переходных
процессов в системе электроснабжения АВО газа,
оснащенной устройством динамической компенсации 125
Выводы по главе 4 131
Глава 5. Технико-экономическое сравнение устройств,
обеспечивающих повышение эффективности
электротехнических комплексов установок охлаждения газа 132
Заключение 137
Список литературы 139
Приложения 154
Введение к работе
Охлаждение газа является неотъемлемой частью технологического процесса при его транспортировке по магистральным газопроводам (МГ). В процессе компримирования газ нагревается, вызывая температурный пере-
Ч пад на участке газопровода между компрессорными станциями (КС). Для из-
бежания возникновения продольных температурных напряжений и деформа-
'г$ ций трубопровода газ охлаждают в специальных установках воздушного ох-
лаждения.
Установки охлаждения газа (УОГ) состоят из определенного количества аппаратов воздушного охлаждения (АВО), которые являются исполнительными элементами в системе поддержания заданной температуры газа на выходе КС. Задача поддержания рекомендуемой температуры газа решается включением необходимого количества вентиляторов. Наибольшее применение нашли АВО с нагнетательной тягой, в которых вентиляторы находятся под теплопередающей поверхностью теплообменника. Приводом вентиляторов являются многополюсные асинхронные двигатели (АД), которые имеют низкий коэффициент мощности даже в номинальном режиме. Вследствие большой инерции пуск многополюсного АД с вентилятором на валу является затяжным, при этом кратность пускового тока составляет 4,5 - 5. В этих условиях запуск нескольких вентиляторов в течение небольшого интервала
_ времени превращается в серьезную техническую проблему.
Работа энергосистем Западной Сибири, где расположена основная
I часть месторождений природного газа, сопровождается частыми нарушения-
ми,
ми в подаче электроэнергии, что вынуждает для обеспечения категорийности
один ввод КС запитывать от электростанций собственных нужд (ЭСН). Любой отказ в питающих сетях приводит к нарушению режима транспорта газа в целом регионе. Нередкими являются аварийные отключения и в распреде-
лительных сетях 6 (10) кВ. В этих условиях восстановление режима охлаждение газа - достаточно часто повторяющаяся ситуация.
Электротехнический комплекс (ЭТК) УОГ должен обеспечить техни
ческую возможность восстанавливать режим охлаждения газа без перегрузки
источников питания в течение требуемого времени после перерывов электро-
' fy снабжения. Существующие схемы ЭТК необходимыми характеристиками не
обладают. Особенно остро проблема восстановления режима охлаждения га-
Ч^ за стоит для УОГ станций охлаждения газа (СОГ), электроснабжение кото-
рых осуществляется по 1-й категории. Здесь нарушение технологического регламента охлаждения сопровождается остановом магистрального транспорта газа и при определенных условиях может привести к аварийным ситуациям со значительным материальным ущербом.
Охлаждение газа является энергоемким процессом. Мощность, потребляемая электродвигателями АВО одного компрессорного цеха, составляет сотни киловатт, что оказывает существенное влияние на структуру электропотребления КС МГ, особенно с приводом нагнетателей от газотурбинных двигателей. На таких предприятиях на охлаждение газа расходуется до 70 % электроэнергии, затрачиваемой на его транспортировку.
Учитывая то обстоятельство, что в настоящее время на газопроводах
страны эксплуатируется свыше шести тысяч АВО различных типов, повы
шение эффективности ЭТК УОГ является актуальной задачей, решение кото-
<.._i рой способствует экономии топливно-энергетических ресурсов и снижению
себестоимости транспорта газа.
/ Целью диссертационной работы является создание эффективных ЭТК,
обеспечивающих восстановление технологического режима охлаждения газа в течение требуемого времени после перерывов в электроснабжении и служащих основой для автоматизации процесса охлаждения газа.
Реализация поставленной цели достигается решением следующих задач:
Разработка математической модели ЭТК УОГ, включающего в себя группу многополюсных АД для привода вентиляторов АВО и элементы системы электроснабжения (СЭС).
Проведение с помощью разработанной математической модели исследований динамических режимов в ЭТК УОГ, обусловленных пусками АД
tt4i с вентиляторной нагрузкой.
3. Исследование возможности снижения тока, потребляемого от источ-
г^ ника электроснабжения при пуске многополюсного АД с вентиляторной на
грузкой, без увеличения длительности пускового режима.
Разработка схемы и расчет параметров устройства, применение которого в СЭС УОГ обеспечивает восстановление технологического режима охлаждения газа в течение заданного времени.
Проведение экспериментальных исследований динамических режимов в типовых и модернизированных ЭТК УОГ для определения закономерностей изменения в пусковом режиме параметров схемы замещения АД с вентиляторной нагрузкой и проверки эффективности предложенных технических решений.
Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и
экспериментальных исследований. В работе использованы основные поло
жения теоретических основ электротехники и электрических машин, методы
современного компьютерного моделирования (MATLAB 6.5 с пакетом рас-
, ч^ ширения Simulink 4.0), математических вычислений и обработки результатов
(Mathcad 2001). Для проведения экспериментальных исследований использовались современные приборы для визуального контроля и записи электриче-ских величин.
Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается корректным применением положений теоретических основ электротехники, электрических машин и электропривода, апробированных методов компью-
терного моделирования электротехнических комплексов и современных средств визуального контроля и записи электрических величин. На защиту выносятся:
1. Результаты расчетно-теоретических исследований переходных про
цессов при пуске многополюсных АД в ЭТК УОГ.
; ^ 2. Способ регулирования реактивной мощности в СЭС УОГ при пуске
многополюсных АД с вентиляторной нагрузкой, обеспечивающий снижение
"^ тока источника электроснабжения без увеличения длительности пускового
режима.
Схемы ЭТК УОГ, обеспечивающие восстановление режима охлаждения за требуемое время за счет динамической компенсации реактивной мощности, и методика расчета параметров УДК.
Результаты экспериментального исследования переходных процессов в ЭТК УОГ при пуске многополюсных АД типа ВАСО-16-14-24 с вентилятором на валу.
Способ управления пусками многополюсных электродвигателей в ЭТК УОГ с УДК реактивной мощности, который обеспечивает запуск максимально возможного количества вентиляторов АБО в течение заданного времени без перегрузки источника электроснабжения.
Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в следующем:
, . 1. Поставлена и решена задача повышения эффективности ЭТК УОГ,
критерием которой является способность восстанавливать технологический режим охлаждения газа за требуемое время после перерывов электроснабже-
w ния.
2. На основе результатов компьютерного моделирования получены и
подтверждены экспериментальным путем зависимости, характеризующие
изменение параметров схемы замещения многополюсных АД с вентилятор
ной нагрузкой в пусковом режиме.
Предложен способ уменьшения токов источника электроснабжения в динамических режимах, обусловленных пусками тихоходных АД с вентиляторами на валу, за счет динамической компенсации реактивной мощности.
Разработаны схемы ЭТК, обеспечивающие восстановление технологического режима охлаждения газа за требуемое время после перерывов электроснабжения.
Практическая ценность работы определяется следующим:
Предложены рекомендации, направленные на повышение эффективности ЭТК УОГ.
Разработана модель ЭТК УОГ, которая позволяет производить выбор параметров элементов ЭТК, обеспечивающих протекание переходных процессов при пуске АД по заданному алгоритму.
Разработана методика экспериментального исследования переходных процессов в ЭТК УОГ, позволяющая получить зависимости, характеризующие изменение параметров схемы замещения АД, в табличном и аналитическом виде.
Предложены схемы и разработана методика расчета параметров УДК, применение которых в ЭТК УОГ позволяет снизить токи источника электроснабжения при пуске многополюсных АД с вентиляторной нагрузкой и уменьшить потери в элементах СЭС.
Разработан алгоритм управления электродвигателями АВО, позволяющий исключить возможность аварийного отключения УОГ в режиме восстановления технологического режима.
Результаты работы использованы при разработке и создании опытно-промышленных образцов УДК, а также в проектах по модернизации и реконструкции СЭС УОГ на КС МГ ООО «Тюментрансгаз».
