09 Лазарев С.А

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ
АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА,
ЭКОНОМИИ РЕСУРСОВ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
М.И. АЛЬТШУЛЛЕР к.т.н., В.И. ВИШНЕВСКИЙ заведующий отделом,
С.А. ЛАЗАРЕВ к.т.н., С.В. ПАВЛЕНКО д.т.н.
Автоматизация технологического процесса





Назначение:
автоматизация процесса плавного
пуска одного и последовательного
пуска нескольких синхронных и
асинхронных
высоковольтных
электродвигателей механизмов с
различными
характеристиками
нагрузки (насосы, компрессоры,
вентиляторы,
дробилки,
мельницы, конвейеры);
реализация
информационных
функций (наблюдения, контроля,
сигнализации);
регулирование технологических
параметров;
релейная защита и автоматика
электрооборудования
и
подключенных
к
нему
электродвигателей;
обмен информацией с АСУ
верхнего уровня
Высоковольтная преобразовательная
электротехническая продукция ООО НПП «ЭКРА»
Устройство плавного пуска
с фазовым принципом
управления ШПТУ
(ШПТУ-ВИ)
Преобразователь
частоты ЭСН
Статический возбудитель
для синхронного
электродвигателя СПВД
И комплексные решения АСУ ТП для электроприводов на их основе
Преимущества применения
частотно регулируемого электропривода
Применение частотно регулируемого электропривода и АСУ ТП на его
основе в технологии транспорта нефти позволяет:
• уменьшить расходы электроэнергии до 30%;
• снизить расход ресурсов на 2-3% за счёт стабилизации давления в трубопроводе
и уменьшить утечки;
• уменьшить строительные объёмы зданий и сооружений при вводе новых
мощностей и оптимизации энергосистемы потребителя за счёт снижения
пиковой мощности;
• уменьшить износ электротехнического и гидромеханического оборудования;
• снизить вероятность возникновения аварий, вызванных гидроударами в
трубопроводах, благодаря плавному изменению режимов работы насосных
агрегатов;
• автоматизировать процесс регулирования технологического параметра
(производительности насосного агрегата либо напора жидкости в трубопроводе);
• внедрение инновационных технологий.
Система частотного регулирования скорости
вращения насосного агрегата
Система частотного регулирования (СЧР) на основе преобразователя частоты
серии ЭСН и шкафа контролера ШПКУ имеет встроенный ПИД - регулятор
технологического параметра (давление, производительность и т.п.), легко
интегрируется в АСУ ТП объекта любой сложности.
Визуализация АСУ ТП объекта
Информационные функции АСУ ТП
Информационнык функции:
 Контроль состояния высоковольтных выключателей, электродвигателей и агрегатов
 Мониторинг состояния системы (состояние элементов устройств, силовой цепи и
защит) и взаимодействие с ним (команды управления, параметры конфигурации и
параметры пуска)
 Организация массива событий системы
 Организация исторических событий пусков:
• штатные (по умолчанию 30 событий);
• аварийные (по умолчанию 30 событий).
Сохранение истории событий включает:
 Краткую характеристику пуска (дата и время пуска, длительность пуска, минимальные
значения линейных напряжений и максимальные значения пусковых токов, номера ЭД и
секции шин, параметры пуска и т.п.).
 Графики выбираемых для регистрации сигналов при пуске (линейных напряжений,
пусковых токов, частоты вращения и другие сигналы системы управления);
 Аварийные исторические события включают информацию о причине неисправности.
 Организация интерфейсных функций системы с контроллером ШПКУ, АСУТП верхнего
уровня и рабочим местом оператора.
Однолинейная схема подключения электродвигателя
и шкаф коммутационного оборудования
СЕКЦИЯ ~ 6 кВ
Q1
Q2
Ячейка
двигателя
Ячейка
ввода
ПЧ ЭСН
M
L1
Q3
Высоковольтный выключатель
Однолинейная схема применения ПЧ для
питания электродвигателя с возможностью
перехода к питанию электродвигателя от
сети
Синхронизация выходного напряжения преобразователя
частоты с напряжением питающей электропривод сети
Напряжение сети - каналы осциллографа С1 и С2;
Напряжение на выходе преобразователя частоты - каналы С3 и С4.
Переход на питание электродвигателя от сети
Напряжение сети - канал осциллографа С1; напряжение преобразователя – канал С2;
ток двигателя от сети – канал С3; ток преобразователя – канал С4
Переход на питание электродвигателя от
преобразователя частоты
Напряжение сети - канал осциллографа С1; напряжение преобразователя – канал С2;
ток двигателя от сети– канал С3; ток преобразователя – канал С4
Провал напряжения сети
2.0
UСЕТИ
UЛ o.e, w o.e
w
1.0
t, ms
0
-1.0
-2.0
1.284
1.286
1.288
1.29
1.292
1.294
1.296
1.298
1.3
1.302
Стабилизация скорости при провалах напряжение сети от Uн до 0,7Uн
Преобразователь частоты серии ЭСН
для электропривода среднего напряжения
Преимущества преобразователей серии ЭСН и электроприводов на их основе:
• Практически чистая синусоида напряжения на выходе преобразователя позволяет:
• не использовать выходной фильтр;
• не иметь ограничений по длине кабеля (до 25 км);
• полностью использовать электродвигатель на 100% его мощности;
• работать с серийными асинхронными и синхронными двигателями любого исполнения.
• Коэффициент мощности, близкий к единице, позволяет не использовать устройства компенсации реактивной
мощности и снижает потери в питающей линии электропередачи.
• Высокий КПД (не менее 97%).
• Входной согласующий трансформатор с медными обмотками в комплекте поставки обеспечивает гальваническую
развязку с питающей сетью.
• Встроенная функция синхронного байпаса обеспечит каскадный пуск электродвигателей для многодвигательных
приложений.
• Функция подхвата вращающегося электродвигателя при кратковременных провалах напряжения.
• Применение динамического торможения для останова электропривода с большим моментом инерции (опционально).
• Микропроцессорная система контроля и управления обеспечивает надежную и безопасную работу преобразователя и
электропривода, осуществляя мониторинг режима сети, питающий преобразователь, режима работы преобразователя и
электропривода с записью состояний в электронный журнал. Кроме того, такая система обеспечивает
конфигурирование, диагностику и управление от сенсорной панели или АРМ оператора.
• Наличие функций автоматической настройки и диагностики электропривода сокращает время запуска и обеспечивает
надежную эксплуатацию.
• Широкий набор защит обеспечивает максимальную защиту и увеличивает ресурс работы приводного
электродвигателя.
• Повышенную надежность работы обеспечивают биполярные транзисторы с изолированным затвором – IGBT и
установленные в звене постоянного тока плёночные конденсаторы, рассчитанные на большой срок службы.
Электропривод с преобразователем частоты ЭСН
Напряжение
6кВ
Напряжение
10кВ
Ток 100А
Ток 400А
Структурные схемы ЭСН
Ячейки многоуровневого
преобразователя частоты
Модульнаяконструкция
конструкцияЭСН
ЭСН
Модульная
Шкафтрансформатора
трансформатора
Шкаф
Трансформатор
•
•
•
•
•
•
•
•
Шкаф трансформатора содержит:
специальный трехфазный многообмоточный трансформатор;
ограничители перенапряжений на стороне линии среднего напряжения;
быстродействующие предохранители;
датчики входного тока и напряжения;
датчики выходного тока и напряжения;
датчики температуры;
температурное реле контроля температуры и управления вентиляцией;
нагнетающие и охлаждающие вентиляторы.
Шкаф инвертора и
терминал управления ЭСН
Ячейка
Терминал
•
•
•
Шкаф инвертора содержит:
силовые ячейки, для организации многоуровневого инвертора напряжения;
низковольтный отсек, в котором установлены элементы системы управления и
автоматики;
систему воздушного охлаждения.
Терминал управления
преобразователя частоты ЭСН

 *r

*
 
РС
РП
i
Teз
 
 
РМ
i
РТ
us
e js
us
РТ
is
is
r Lm
   T2
e js
Наблюдатель координат
i
r
PWM
SA
SB
SC
s
 
s
usa
usb
Te
r

Адаптивный
наблюдатель
isa
isb
isА
A  B  C  isB
U AB
a b
Ua
U BC
Ub
Функциональная схема векторного управления преобразователя частоты ЭСН
Внешний вид преобразователя частоты
серии ЭСН для двигателя мощностью 2,5МВт
Применение системы частотного-регулируемого
электропривода 2,5МВт
Устройство плавного пуска с фазовым принципом
управления ШПТУ
Недостатки прямого пуска электродвигателя:
- большие ударные токи, приводящие к глубоким провалам напряжения;
- знакопеременные динамические моменты на валу электродвигателя и механизма;
- расшатывание крепления обмоток в пазах и лобовых частях;
- ограниченное число пусков.
~Uc
Достоинства плавного пуска
электродвигателя:
ШПТУ
небольшие пусковые токи;
сниженные провалы напряжения;
отсутствие знакопеременных динамических
ТРН
электромагнитных моментов;
Сигнал управления
отсутствие ограничения количества пусков;
тиристорами
Ub
увеличение ресурса механизма.
Iп
Uc
Система
управления УПП
Ia
Ib
АД
Функциональная схема электропривода c
устройством плавного пуска ШПТУ-Д
Пусковые токи при фазовом способе
управления:
для асинхронного электродвигателя от 3 до
3,5;
для синхронного двигателя со статическим
возбудителем от 2 до 2,5;
для синхронного двигателя с вращающимся
возбудителем от 2,8 до 3,3.
Разновидности устройств плавного пуска
электродвигателей ШПТУ-Д и ШПТУ-Т
Устройства плавного пуска серии ШПТУ-Д предназначены для плавного пуска
синхронных и асинхронных электродвигателей среднего напряжения (3-10) кВ
мощностью до 17 МВт.
Режим работы ШПТУ-Д - повторно-кратковременный с временем работы 90±5 с при
трёхкратной величине пусковых токов от номинального значения ШПТУ-Д с
последующей паузой не менее 10 мин (3 пуска подряд с временем пуска до 30 с). При
меньшей величине пусковых токов время работы ШПТУ-Д увеличивается на
величину кратности 3*Iн / Iпуск.
Устройства ШПТУ-Т позволяют выполнять плавное, без броска тока
намагничивания, включение в сеть трансформаторов мощностью до 100 МВА,
напряжением включаемой обмотки до 10 кВ. При этом пусковой ток трансформатора
не превышает номинального значения тока холостого хода что позволяет питать
промысловые сети малой мощности от автономных электростанций.
Устройства плавного пуска серии ШПТУ-Д и ШПТУ-Т обеспечивают возможность
регулирования величины и скорости нарастания пускового тока, позволяют
осуществлять пуск электродвигателей и трансформаторов от источников
ограниченной мощности. Благодаря этому обеспечивается надежная работа
агрегатов, продлеваются сроки эксплуатации оборудования, снимаются ограничения
на число пусков двигателя.
Конструкция устройства плавного пуска с фазовым
принципом управления ШПТУ-Д
Терминал
Выкатная силовая ячейка
Пример однолинейной схемы
многодвигательной системы с ШПТУ
I СЕКЦИЯ 6 кВ
Ячейка
двигательная
M
М1
II СЕКЦИЯ 6 кВ
Ячейка
двигательная
M
Ячейка
сетевая
Ячейка
сетевая
М2
Поставляемое
оборудование СПП
Ячейка
двигательная
M
ШПТУ
ШПКА1
М3
Ячейка
двигательная
M
М4
ШПКА2
ПУ
К1
ШПКУ
К2
U
К2
U
К1
Пусковая шина
Для плавного последовательного пуска четырех электродвигателей
Устройства плавного пуска электродвигателей
ШПТУ-ВИ и преобразователь частоты ШПТУ-ВИР
Устройства плавного пуска ШПТУ-ВИ и преобразователь частоты ШПТУ-ВИР
включают тиристорный выпрямитель, звено постоянного тока с реактором и
зависимый инвертор тока. Режим работы ШПТУ-ВИ кратковременный, а ШПТУ-ВИР
за счет эффективной системы охлаждения - длительный.
L1
VS1
VS3
VS5
VS7
VS9
VS11
VS2
VS4
VS6
VS8
VS10
VS12
U
V
A
B
C
L2
CM
+
W
Устройства ШПТУ-ВИ и ШПТУ-ВИР
позволяют осуществлять частотный пуск
синхронных электродвигателей с пусковыми
токами не более номинального значения тока
двигателя для механизмов с «вентиляторной»
нагрузкой и не более 1,2 от номинального
значения для механизмов с большим
статическим моментом.
Конструктивное исполнение ШПТУ-ВИ и
ШПТУ- ВИР аналогично ШПТУ-Д.
–
Схема электропривода c устройством
плавного пуска ШПТУ-ВИ или
преобразователем частоты ШПТУ-ВИР
Статический возбудитель
для синхронного электродвигателя
Возбудитель обеспечивает:
 Автоматическую подачу возбуждения при пуске двигателя в функции:
• частоты и фазы ЭДС скольжения;
• тока статора;
• частоты, фазы ЭДС скольжения и тока статора.
 Форсирование возбуждения для уверенного втягивания двигателя в синхронизм.
 Удержания двигателя в синхронизме при изменениях момента сопротивления на
валу.
 Регулирование тока возбуждения по одному из следующих законов:
• стабилизация тока возбуждения;
• по напряжению статора;
• поддержание заданного коэффициента мощности (cos φ);
• по напряжению статора и по углу φ.
 Отключение двигателя в аварийных режимах.
 Гашение поля ротора при нормальных и аварийных отключениях двигателя.
 Переход в режим охлаждения ротора при перегрузе ротора по току.
 Непрерывный контроль сопротивления изоляции ротора.
 Индикацию режимов работы, причин аварий и предупреждений.
 Дистанционное управление по последовательному каналу связи.
 Запись осциллограмм и ведение журнала событий.
 Интеграция в АСУ ТП.
СПАСИБО ЗА
ВНИМАНИЕ
Докладчик:
Лазарев Сергей Александрович
канд. техн. наук, ведущий специалист отдела электропривода
НПП «ЭКРА», заведующий кафедрой САУЭП
ФГБОУ «Чувашский государственный университет»
Тел. (8352) 220-110 (доб. 1150)
(8352) 220-130 (доб. 1150) – автосекретарь
Email: [email protected]