Эксплуатация газоперекачивающих станций с электроприводом

 

Первые асинхронные электродвигатели типа АЗ-4500 в составе ГПА начали эксплуатироваться в середине пятидесятых годов и в настоящее время практически не применяются из-за более низкого КПД, чем у синхронных электродвигателей. Синхронные электродвигатели типа СТД-4000-2 и СТД-12500-2 аналогичны по конструкции и отличаются лишь мощностью.

 

3.2 Электрические двигатели для привода компрессоров

 

На КС для привода  центробежных нагнетателей применяют  асинхронные и синхронные электродвигатели мощностью от 4000 до 12 500 кВт.

Асинхронные двигатели  по своей конструкции изготавливают  с короткозамкнутым и фазовым  роторами. Двигатели с коротко  замкнутым ротором отличаются простотой  конструкции ротора, что облегчает  их изготовление и обеспечивает высокую надежность работы. Однако они имеют относительно небольшой пусковой момент. Двигатели с фазовым ротором (с контактными кольцами) имеют ротор с трехфазной обмоткой. При пуске в цепь обмотки ротора включают пусковой или регулировочный реостат, который выключается, когда частота вращения вала двигателя достигает номинального значения. В этот период концы обмотки ротора замыкаются накоротко и далее работа осуществляется как у двигателя с короткозамкнутым ротором.

Синхронный двигатель  состоит из ротора с полюсами, несущими обмотку возбуждения, и статора с трехфазной обмоткой. Ток возбуждения подводится к полюсам ротора через щитки и контактные кольца от внешнего источника постоянного тока. Магнитная связь между ротором и полем статора служит синхронизирующей силой. Ротор синхронного двигателя имеет кроме полюсов, еще коротко замкнутую асинхронную обмотку, с помощью которой осуществляется пуск двигателя. Возбуждение полюсов ротора включается после того, как ротор разовьет полную асинхронную частоту вращения. Синхронные двигатели работают с коэффициентом мощности, равным единице. Пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором равен трех-шестикратному значению тока при номинальной нагрузке, а синхронного трех-четырехкратному значению.

Наибольшее применение для привода находят синхронные и асинхронные электродвигатели СТД-4000-2, СТД-12500-2 и АЗ-4500-1500.

 

4 Подготовка к пуску и пуск ГПА

Перед пуском ГПА должны быть выполнены все предпусковые условия, контроль которых включает анализ исходного положения всех механизмов ГПА.

Существует два варианта пуска ГПА - разгруженный и загруженный. При разгруженном пуске ротор  нагнетателя начинает вращаться, когда  в полости нагнетателя давление равно атмосферному, загрузка начинается после включения в приводном электродвигателе возбудительного устройства (при этом электродвигатель набирает синхронную частоту вращения). При загруженном пуске - пуске под давлением газа в полости нагнетателя - включению электродвигателя предшествует загрузка нагнетателя переключением кранов в его обвязке и заполнением полости нагнетателя газом.

Переключение кранов до включения электродвигателя с  точки зрения управления - один из положительных  моментов загруженного пуска, так как  позволяет все наименее надежные операции (по управлению кранами) выполнять при неподвижном роторе нагнетателя. Поэтому при отмене пуска ГПА, например, из-за отказа в переключении одного из кранов, до включения и отключения приводного электродвигателя дело не доходит. В результате снижается общее число пусков приводного электродвигателя, что весьма важно, так как каждый пуск связан с соответствующими динамическими и термическими нагрузками, приводящими к выходу его из строя вследствие разрушения изоляции.

В соответствии с инструкцией  по эксплуатации, электродвигатель допускает два пуска подряд из холодного состояния; третий пуск рекомендуется проводить не менее чем через 6 часов после остановки газоперекачивающего агрегата. Частые пуски приводят к недопустимому нагреву обмотки статора и особенно ротора; при этом необходимо иметь в виду, что максимальная температура обмоток статора после каждого пуска может быть значительно выше, чем показания приборов, что связано с погрешностью измерения, не всегда удачным местом установки датчика и быстрым рассеиванием теплоты медным приводом.

В эксплуатации основная масса газоперекачивающих агрегатов  пускается с незагруженным контуром. Дело в том, что при загруженном  пуске момент на валу

нагнетателя выше, чем при разгруженном пуске. Может случиться так, что электромагнитный момент электродвигателя при скольжении = 0,05 (входной момент МВт), определяющий условия вхождения электродвигателя в нормальный режим работы, будет меньше момента на валу нагнетателя, и синхронный электродвигатель не может выйти на нормальный режим. Входной момент зависит от конструктивных особенностей электродвигателя и его системы возбуждения.

Этап запуска приводного электродвигателя начинается с его  включения и разгона в асинхронном  режиме до подсихронной скорости, после  чего автоматически подается возбуждение и электродвигатель входит в нормальный режим. После этого происходит перестановка кранов на "гитаре" компрессорного цеха.

В случае если двигатель  длительное время не работает, перед  пуском необходимо проверить сопротивление  изоляции статора, ротора и подшипников двигателя. Сопротивление изоляции при +10 °С должно быть не менее: для обмоток статора 125 МОм, для обмоток ротора 0,5 МОм, для подшипников 0,5 МОм. При несоответствии уровня изоляции указанным нормам, обмотки подлежат сушке, подшипники - проверке и замене изоляции.

Увлажнение и некоторое  снижение электрической прочности  изоляции объясняется в основном тем, что вместе со слюдяными применяют  также хлопчатобумажные волокнистые  материалы. О степени влажности  изоляции машин принято судить по сопротивлению изоляции относительно корпуса и между обмотками и по коэффициенту абсорбции (отношение сопротивлений изоляции, отсчитанных спустя 15 и 60 с после приведения в действие мегомметра). Коэффициент абсорбции должен быть не менее 1,3. Для измерения коэффициента абсорбции следует применять мегомметры на напряжение 2500 В.

При пониженном сопротивлении  изоляции обмотки, последнюю следует тщательно очистить от грязи и пыли, протереть авиационным бензином, толуолом или четыреххлористым углеродом, являющимся хорошим и негорючим растворителем. После просушки изоляцию необходимо покрыть лаком.

Электродвигатели обычно сушат в неподвижном состоянии  одним из следующих

 способов: индукционными  токами в стали статора и  ротора, воздуходувками - горячим воздухом, а также токами короткого замыкания. На компрессорных станциях

электродвигатели сушат  преимущественно токами короткого  замыкания. При сушке двигателя  ток статора составляет 140-160 А. Сушку  изоляции ведут при температуре, близкой к максимально допустимой. Эта температура не должна превышать температуру в статорных обмотках, равную 80-85 °С. При сушке двигателя необходимо периодически измерять сопротивление изоляции обмоток и определять коэффициенты абсорбции для каждой обмотки в отдельности при заземленных других обмотках. Полученные при этих измерениях данные необходимо заносить в журнал сушки двигателя. Перед измерением сопротивления изоляции обмотку разряжают на землю не менее 2 мин, если незадолго до этого производилось измерение изоляции или испытание повышенным напряжением.

Так как при сушке  током нормальная вентиляция отсутствует, необходимо особо следить за нагревом двигателя; если при достижении наивысшей  температуры нельзя понизить напряжение на зажимах статора, следует периодически отключать напряжение, поддерживая необходимую температуру путем устройства перерывов в подаче тока в статор. Сушку двигателя необходимо прекратить, если сопротивление изоляции и коэффициенты абсорбции в конце сушки после подъема температуры остаются неизменными в течение 3-5 ч при неизменной температуре. С начала сушки при температуре 85 °С сопротивление изоляции обмоток двигателя постепенно снижается, а затем через 20-30 ч сопротивление изоляции начинает возрастать, температурная кривая повышается и к концу сушки стабилизируется на несколько часов, достигая 250-300 МОм, после чего сушка двигателя прекращается и считается законченной.

4.1 Обслуживание ЭГПА во время работы

Электроприводные газоперекачивающие агрегаты обладают высокой надежностью  и значительно проще в эксплуатации, чем газотурбинные. Эффективность их работы определяется прежде всего надежностью энергосистемы в плане бесперебойного питания и уровнем квалификации обслуживающего персонала.

Контроль за состоянием агрегата и его обслуживание производятся в строгом соответствии с требованиями технической инструкции по обслуживанию ЭГПА, разработанной заводом-изготовителем, ведомственной инструкцией, разработанной для агрегатов данного типа, Правилами эксплуатации и техники безопасности электроустановок потребителей. В процессе эксплуатации персонал цеха должен обеспечивать квалифицированное обслуживание энергосилового оборудования. Среди контролируемых параметров на электродвигателе СТД-12500-2 необходимо не допускать эксплуатацию с нагрузкой выше номинальной мощности, поддерживать , близким или равным единице.

Напряжение возбуждения  ротора при этом должно составлять 190-210 В. Ток возбуждения 200-210 А. Напряжение в сети при работе электродвигателя СТД-12500-2 необходимо поддерживать на уровне 10-10,5 кВ. При напряжении свыше 11 кВ эксплуатация ГПА запрещается.

При изменении напряжения в диапазоне 9,5-10,5 кВ допускаются  следующие режимы работы ГПА:

Таблица 2 - Режимы работы ГПА

Напряжение, кВ	11,0	10,5	10	9,5
Допустимая мощность, МВт	12,5	12,5	12,5	12,5
Ток статора, А	672	783	820	861
Допустимый  - (не ниже)	0,985	0,945	0,9	0,87

        

При изменении температуры  воздуха в цехе режимы работы ГПА  допускаются в следующих пределах:

Таблица 3 - Режимы работы ГПА в зависимости от температуры воздуха

Температура воздуха, °С	50	45	40	30
Допустимая модность при  = 0,9+1,0, кВт - ( не ниже)	10,8	11,2	12,5	13,2

 

При этом необходимо также  контролировать температуру обмоток  и стали статора, которая не должна превышать 130°С. Величина этой температуры будет существенно зависеть от состояния фильтров воздушного охлаждения. По мере их засорения и роста перепада давлений температура будет увеличиваться. При достижении перепада на фильтрах более 40 мм водяного столба, независимо от значения температуры, фильтры на электродвигателе заменяются и восстановлению не подлежат.

На надежность электроприводного  ГПА значительное влияние оказывает  система возбуждения, которая имеет  более низкую надежность, чем сам  электродвигатель. Для агрегатов  СТД-12500-2 на надежность сказывается и работа электрощеток системы возбуждения, имеющей малый ресурс работы ~3000 ч.

В случае потери возбуждения  электродвигатель переходит в асинхронный  режим работы, эксплуатация ГПА при  котором допускается не более 30 мин  во избежание перегрева ротора.

Поэтому в процессе эксплуатации необходимо контролировать работу системы  возбуждения, не допускать биения ротора и искрения щеток, а также следить  за их износом. При достижении износа электрощеток 50%, должна производится их замена.

При эксплуатации электроприводных ГПА, так же как и на газотурбинных, возможно создание условий для возникновения  помпажа, поэтому эксплуатационный персонал обязан обеспечивать такие  режимы работы ЭГПА, при которых  это явление бы не наблюдалось. В  отличие от газотурбинных ГПА защита от помпажа на электроприводных агрегатах обеспечивается системой типа УЗ П-02. Эта система контролирует частоту колебаний тока статора приводного электродвигателя в пределах от 0,2 до 5 Гц. При возникновении в нагнетателе предпомпажной или помпажной ситуации изменяется нагрузка на приводной электродвигатель, то есть меняется значение тока статора. При больших возмущениях происходит аварийная остановка ГПА.

В процессе эксплуатации необходимо контролировать уровень  вибрации электродвигателя. Кроме известных источников возникновения вибрации, существует еще и вибрация, которая возникает от ассиметрии - неравномерности магнитного поля. Контроль за этой вибрацией и ее устранение обеспечивается на этапе пусконаладки при запуске ГПА на узком опорно-упорном подшипнике, на котором происходит самоустановка ротора и определяется место установки упорного подшипника для снижения вибрации.

Существенное влияние  на обеспечение нормальной эксплуатации ротора электродвигателя оказывают  зазоры опорных подшипников. При их увеличении

происходит увеличение зазоров в лабиринтах уплотнений подшипников, что приводит к попаданию  паров масла на обмотку статора. Наличие масла на поверхности  обмоток может привести к снижению изолирующих свойств обмоток  и вызвать их разрушение. Поэтому в эксплуатации необходимо обеспечивать надежную работу этих уплотнений путем правильной сборки и настройки системы, наддува этих уплотнений воздухом, отбираемым из зоны высокого давления системы охлаждения двигателя.

В отличие от газотурбинных ГПА конструкция подшипников электродвигателя предусматривает наличие изолирующих прокладок. Их необходимость обусловлена возникновением электродвижущих сил, которые могут вызвать протекание тока через подшипники и повлечь за собой порчу масла и самих подшипников. Причина появления этих "паразитных" токов в валах и подшипниках - асимметрия магнитного потока. Для того чтобы предупредить протекание "паразитных" токов, на их пути устанавливают прокладки, которые изолируются от фундаментной плиты. Изолирующие прокладки устанавливают и в соединениях маслопроводов, подходящих к подшипникам, чтобы предупредить образование обходного контура по отношению к изоляции стула подшипника. Состояние изоляционных прокладок при ревизии определяют внешним осмотром, а также измерением сопротивления, которое должно быть у синхронных двигателей не менее 0,5 МОм.