Диссертация (Методы, модели и средства обеспечения динамической устойчивости электротехнических систем непрерывных производств), страница 7

Статистика аварийных остановов нефтеперекачивающих станцийСогласно «Энергетической стратегии России до 2020 года» предусмотреноувеличение экспорта нефти и развитие сети магистральных нефтепроводов. Длясущественного сокращения убытков из-за КНЭ и невозможности форсировкирежимаперекачкинефтиилигазаприпоследующемвосстановленииэлектроснабжения требуется определение условий неотключения двигательнойнагрузки для нефте- и газоперекачивающих станций.39Согласностатистикеостановокнефтеперекачивающихстанцийнарушений в энергосистеме происходит порядка 37-60%.

Из-заиз-завлияниясинхронной нагрузки происходили системные аварии с потерей устойчивости иотключением большого количества потребителей.Например, в Тюменской энергосистеме в 1983 г. на одной из НПСнефтепровода Сибири произошло короткое замыкание, в результатекоторогопроизошла посадка напряжения в питающей воздушной линии, что привело кснижению напряжения на шинах секции следующей НПС, расположенной за 100120 км, вызвавшей опрокидывание и останов двигателей этой станции. За короткоевремя было выведено из работы 4 НПС.Поэтому проблема обеспечения результирующей устойчивости несколькихмощных узлов с электродвигательной нагрузкой при КЗ и КНЭ требует новыхметодов ее решения.1.2.3. Системы возбуждения СД и их влияние на устойчивостьИз статистики аварийных отключений ПАО «Газпром» известно, что«неисправности и ненадежная работа систем возбуждения СД приводит кнарушению устойчивости двигательной нагрузки. Питание возбудительныхустройств (ВУ) (см.

рис. 1.9) осуществляется от шин 0,4 кВ с помощьютиристорных (ТВУ), бесщеточных (БВУ) или электромашинных (ЭМВУ)устройств» [10, 12, 22, 26, 51, 80, 116].Рисунок 1.9 – Данные по системам возбуждения синхронных двигателей40Для исключения останова СД и нарушения устойчивости в последние годыиспользуют сдвоенный комплект ВУ. Для электромашинных систем возбужденияхарактерно то, что они не «обеспечивают форсировку тока возбуждения прибыстром снижении напряжения в питающей сети, отличаются высокойинерционностью, так как электромагнитная постоянная времени возбудителясоставляет Te = 0,2 ¸ 0,6 с» [26, 51, 80, 116].Известно, что «электромашинные системы возбуждения обеспечиваютфорсировку возбуждения СД для поддержания напряжения на секции РУ приснижении напряжения сети; способны поддержать заданный коэффициентмощности СД в нормальных режимах и ограничивают ток ротора и статора придостижениидопустимыхпараметровдвигателя»[26].Кнедостаткамэлектромашинного возбудителя относят снижение надежности работы СД.Достоинством тиристорных ВУ является высокое быстродействие, так какпостоянная времени Te £ 0,02 с.

Но тиристорный возбудитель создает гармоническиеискажения, имеет ниже коэффициент мощности и высокий КПД, чем ЭМВУ. Кдостоинствам «тиристорного возбудителя относят возможность регулировать токвозбуждения по ряду параметров: в зависимости от полного тока статора,напряжения статора, коэффициента мощности СД, реактивного тока статора,активного тока статора, внутреннего угла Q двигателя» [26].

Для СТД используютТВУ типа ТЕ8-320, ТВУ-320, ТВ-400, ТВ-630, ВТЕ-320, КТУ-500ВС, КТУ-1000ВСи др. Подача напряжения на обмотку возбуждения тиристорного возбудителявыполняют как «в функции скольжения ротора с уставкой s = (1 ¸ 5)% при прямомили реакторном пуске СД, так и в функции тока статора СД с уставкой I = (2 ¸ 3) I н »[94, 115, 116].

Тиристорный возбудитель обеспечивает «автоматическую форсировкупо напряжению кратностью не менее 2,25 номинального при номинальномнапряжении питающей сети и форсировочном токе с коэффициентом K ф = 1,8 ;защиту от асинхронного хода СД с уставкой от 5 до 20 с и защиту от КЗ» [115, 116].Для двигателей типа СТДП используют «бесщеточные системы возбуждениятипа ВТЦ-СД-Б, взамен БВУ-3ФУ4, БВУП-2, БВУП-3, которые состоят из41вращающегося диодного выпрямителя, обращенного генератора и защитногоустройства» [26]. Обмотка возбуждения синхронного возбудителя «питается оттиристорного выпрямителя и трансформатора сети 0,4 кВ» [94, 116].

Бесщеточноевозбудительное устройство обеспечивает: автоматическую синхронизацию СД вфункции тока статора, форсировку возбуждения с уставкой K ф = 1,4 - 1,8 , а такжезащиту от асинхронного хода и КЗ. Пуск, автоматическую синхронизацию СДустройство БВУ выполняет только в функции тока статора. Устройство БВУ имеетмалую постоянную времени (порядка Te » 0,07 с), обеспечивает АРВ по напряжениюна секции и поддерживает постоянным cosj .В математических моделях «режимов пуска, выбега, гашения поля,самозапуска,АПВвысоковольтныхвыключателей,АВРнасекционныхвыключателях необходимо учитывать тип и схему подключения возбудительныхустройств, режимы форсировки, снятия возбуждения с учетом параметроввозбудительных устройств» [3, 26, 28-30, 51, 80, 89, 116, 140].1.2.4.

Анализ аварийных останововкомпрессорных станцийгазоперекачивающихагрегатовМероприятия, направленные на «повышение эффективности транспорта газа,сокращение затрат на его перекачку, снижение стоимости электроэнергии, идущей натехнологические нужды при транспортировке газа являются актуальными задачамигазовой отрасли» [16, 58]. «Компрессорные станции на магистральных газопроводахиспользуют для транспорта газа от мест его добычи к потребителям, создаваядавление в газопроводах Р=5,5 или 7,5 МПа и устанавливая их по всей трассегазопровода через 100-150 км» [16, 58]. На предприятии Газпром в эксплуатациинаходятся «155300 км магистральных газопроводов и отводов, в том числе свыше95000 км газопроводов большого диаметра (1020, 1220 и 1420 мм); 253компрессорные станции с суммарной мощностью газоперекачивающих агрегатов(ГПА) 46,7 млн.

кВт, из них с газотурбинным приводом около 85,5%, сэлектроприводом (ЭГПА) около 13,5 % (рис. 1.10) и с поршневым приводом 0,4 млн.42кВт (1%); 22 подземных хранилища газа суммарной активной вместимостью 57,9млрд м3» [94, 115, 116].Рисунок 1.10 – Сведения по электродвигателям для привода ЭГПАПотребление электроэнергии предприятиями ГТС Газпрома составляет свыше16 млрд кВт×ч; из которых на транспорт газа расходуется 80% потребляемойэлектроэнергии и около 60 млрд м3 газа. КС с электроприводными ГПА (ЭГПА)«отличает: а) высокая надежность, которая зависит от внешних источников питания;б) большой моторесурс ЭГПА; в) экологическая чистота и пожаробезопасность; г)минимальные затраты на капитальный ремонт.

При этом для таких КС высокастоимость электроэнергии, потребляемой на привод СД» [94, 115, 116].В соответствии с программой научно-технического развития Газпром напериод до 2015 г. для замены действующих газотурбинных КС с агрегатами,выработавшими моторесурс, планировалось установка ЭГПА мощностью 12500кВт (295 шт.), 6300 кВт (207 шт.) и 2500 кВт (14 шт.).

До 2030 г. общаяпотребность в регулируемых электроприводах агрегатов составит 155 шт., из нихмощностью 12500 кВт − 76 шт., 6300 кВт − 65 шт., 2500 кВт − 14 шт.На предприятиях Газпрома ведется учет аварийных остановов (АО) цехов игазоперекачивающих агрегатов. Согласно статистике аварийных остановов цехови газоперекачивающих агрегатов (электронный научный журнал «Нефтегазовоедело», 2013, № 3 http://ogbus.ru) на КС: на первом месте сбои в работеэнергоснабжения, которые составляют 55,6 %; на втором месте отказы в работе43системыКИПиА–14,6%;натретьемместе−отказывработеэлектрооборудования КС и механические повреждения.

Из данных по аварийнымостановам КС следует:- низкую надёжность имеют системы внешнего электроснабжения КС;- необходима разработка метода и программы определения остаточныхнапряжений в различных узлах ЭТС при различных видах КНЭ в питающих сетях,предлаожить такие устройства БАВР, которые обеспечат устойчивость работы СД ваварийных и послеаварийных режимах работы;- необходимо выполнить анализ работы КС при коротких замыканиях ивыбрать параметры РЗА, предложить технические решения, направленныекомплексные решения по результирующей устойчивости СД КС;- требуется разработать мероприятия, обеспечивающие бесперебойнуюработу систем КИПиА после кратковременных посадок напряжения в сетях;- необходимо разработать требования к устройствам АВР на ЗРУ-6(10) кВдля КС с электроприводными газоперекачивающими агрегатами;- требуется разработать программу учета аварийных остановов на КС ианализа причин остановов электрооборудования для оценки и выбора правильныхтехнических решений.1.2.5.

Программа Statelectro, как средство анализа аварийных останововкомпрессорных станцийРазработка «мероприятий по повышению безаварийной работы насосных(НС) и компрессорных (КС) станций требует решения таких задач: а) повышениенапряжения на шинах секций КС при снижениях напряжения и КЗ вэнергосистеме; б) снижение чувствительности двигательной нагрузки КС к проваламнапряжения; в) снижение вероятности возникновения таких нарушений вэнергосистеме, СЭС, при которых нарушается нормальная работа потребителей; г)использование автономных источников питания» [40]. Для «КС характерны случаи,когда нарушение электроснабжения длительностью в доли секунды приводят к44нарушению сложных технологических процессов, на восстановления которыхрасходуется значительное время и средства» [40, 115].Причинами останова «СД является выпадение из синхронизма в результатепосадки напряжения из-за КЗ на линии, работы АПВ или АВР» [94,116].Синхронный двигатель может перейти в асинхронный режим вследствие потеривозбуждения, наброса нагрузки.