Эксплуатация газоперекачивающих станций с электроприводом

Наличие на рабочих поверхностях вкладыша и цапфы вала матовых  точкообразных пятен говорит  о том, что значение сопротивления  было ниже допустимого, то есть необходимо более тщательно проверить изоляцию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Технические решения современных ЭГПА

 

Зарубежные и отечественные  производители в настоящее время  освоили производство высокотехнологичных  ЭГПА с использованием двух компоновочных схем: с использованием выносного компрессора и электропривода в виде автономного агрегата; с использованием капсулированной компоновки, при которой ЭГПА создается в виде герметичного мехатронного комплекса, в корпусе которого размещен электропривод с магнитным подвесом и турбокомпрессора с сухими газовыми уплотнениями.

Последний вариант компоновки является безальтернативным для  агрегатов подводных компрессорных  станций морских газопроводов. Разработкой  технических решений направленных на повышение эффективности и  надежности подводных ЭГПА с использование новейших достижений машиностроения, силовой электроники, энергетики и микропроцессорной техники занимаются ученые и сотрудники кафедры Электротехники, электроэнергетики, электромеханики Национального минерально-сырьевого университета «Горный». Данные разработки проводятся в рамках федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 по теме «Энергоэффективность и энергосбережение объектов магистрального газопровода».

Основными концепциями ЭГПА зарубежного производства являются HOFIM (high speed-oil free compression system –высокоскоростной безмаслинный компрессионный агрегат) –представлен на рисунке 3 а, б и MOPICO (motor pipeline compressor –газоперекачивающий компрессор с электродвигателем) представлен на рисунке 3 в. ЭГПА этих конструкций предназначены для транспортировки природного газа с различными включениями (воды, газового конденсата, нефти и др.). В корпусе агрегата расположен высокоскоростной электродвигатель и компрессоры, которые имеют единый вал. Таким образом, привод и рабочий орган сочленены без редукторов и муфтовых соединений. Вал агрегата опирается на магнитные подшипники.

В агрегате конструкции HOFIM патрубки трубопроводов подводят и отводят транспортируемый природный газ в радиальном направлении от компрессоров. Отличительной особенностью HOFIM является то, что один электродвигатель может являться движителем одного (рисунок 3 б) или двух компрессоров (рисунок 3 а), при этом они расположены по обе стороны от электропривода.

а)

б)

в)

Рисунок 3 Электроприводные газоперекачивающие агрегаты

 

 

 

 

 

 

 

6 Надежность и диагностика ЭГПА

 

Одним из наиболее важных факторов любого современного производства является организация безопасного  функционирования промышленных объектов и оборудования данного производства. Это возможно только при создании эффективно функционирующей системы управления промышленной безопасности. В основе такой системы лежат положения Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.1997 №116-ФЗ. ОАО «Газпром» является крупнейшим в стране «опасным производственным объектом». Широчайшая номенклатура технологического и вспомогательного оборудования, тысячи километров магистральных и технологических трубопроводов – это те составные части, безопасное функционирование которых ведет к безопасному функционированию всего производства.

Средний возраст энергетического  оборудования, эксплуатируемого на компрессорных  станциях ОАО «Газпром», превышает 20 лет. В связи с этим, решение вопроса повышения надежности функционирования объектов транспорта газа является актуальной задачей.

Для решения этой задачи, а также во избежание возникновения  аварийной ситуации на компрессорных  станциях важно определять техническое состояние энергетического оборудования. Ключевым звеном любой КС является газоперекачивающий агрегат, в котором широко применяется электропривод переменного тока с синхронным высоковольтным двигателем. На отдельных газотранспортных предприятиях их доля составляет более 40 %, а на отдельных компрессорных станциях из шести цехов на пяти стоят электрические машины. Это обусловлено высокой надежностью используемых электродвигателей, высоким КПД, а также хорошей контроле- и ремонтопригодностью.

В настоящее время работы по диагностике электроприводного газоперекачивающего агрегата (ЭГПА) ведутся с применением основных и дополнительных способов диагностики.

К основным способам диагностики (выполнение которых обязательно  в любом случае) относятся:

− измерение сопротивления изоляции обмоток статора и ротора и изоляции подшипника, измерение сопротивления обмоток статора и ротора постоянному току;

− визуальный и эндоскопический осмотр;

− измерение частичных разрядов  при по-фазной подаче напряжения от постороннего источника.

К дополнительными способам диагностики (проведение которых обязательно  только при наличии сведений о  соответствующих дефектах) относятся:

− оценка вибрационного состояния электродвигателя;

− анализ опыта эксплуатации, ремонтов и результатов испытаний электродвигателя по записям в ремонтном журнале;

− оценка теплового состояния электродвигателя по данным штатного термоконтроля;

− оценка состояния изоляции листов активной стали и выявление участков с повышенными местными потерями с помощью электромагнитного метода контроля (ЭМК).

Получаемой информации недостаточно, поскольку данные способы  диагностики не дают полного представления  о техническом и энергетическом состоянии газоперекачивающего  агрегата, поэтому целесообразно  создать стационарную систему комплексного диагностического обследования ЭГПА, а также разработать методики и комплекс мероприятий по проведению данного типа работ.

Комплексная система  диагностирования ЭГПА состоит из следующих  частей:

• математическая модель синхронного двигателя;

• математическая модель редуктора;

• математическая модель нагнетателя;

• математическая модель трубопроводной обвязки нагнетателя ГПА;

• объединение математических моделей элементов в одну математическую модель ЭГПА с учетом упругих связей.

При создании таких моделей необходимо определять совместное влияние механических и электрических переменных друг на друга и их влияние на техническое состояние агрегата.

Каждый из перечисленных  механизмов в процессе работы оказывает  влияние на другие. В одном случае это чисто механические воздействия, в другом – помимо механических присутствуют электромагнитные воздействия.

Принимая, что каждый элемент (двигатель, редуктор, нагнетатель, ТПО) уникален и его параметры  меняются в процессе работы, эксплуатации и технического обслуживания, для повышения достоверности информации о техническом состоянии каждого элемента и системы в целом необходимо в реальном масштабе времени определять протекание процессов в каждом элементе, а также их совместное влияние. Описание процессов, протекающих в предлагаемых элементах, сложно и зачастую не всегда возможно, следовательно, для решения поставленных задач целесообразно использовать комбинацию методов эконометрического анализа и методов математического описания рассматриваемых процессов.

На данном этапе целесообразно вести создание каждой из составных частей системы в отдельности, однако оценивая их совместное влияние.

По каждой части составляется техническое задание на разработку системы, разрабатывается комплекс мероприятий по организации работ, методическое и программное обеспечение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 Современный автоматизированный электропривод ГПА. Проблемы и пути их решения.

 

Центробежные нагнетатели  большой производительности, используемые для компремирования газа, обусловили применение высоковольтных электроприводов с мощностью 2,5 – 60 МВт. В этом диапазоне для электропитания двигателя и широко диапазонного регулирования частоты вращения используют высоковольтные преобразователи частоты.

Важнейшим фактором при  эксплуатации ЭГПА большой мощности является проблема электромагнитной совместимости, которая заключается в генерировании преобразователя частоты  высших гармоник тока и напряжения и снижении качества электрической энергии. Российским стандартом, устанавливающим показатели и нормы КЭЭ, является ГОСТ 13109-97.

Уровень электромагнитной совместимости  электропривода с  сетью электроснабжения и электродвигателем  зависит от топологии схемы, типа силовых полупроводниковых ключей и алгоритма управления ими.

Наилучшие энергетические показатели электропривода большой  мощности достигаются при использовании  высоковольтного преобразователя, состоящего из активного выпрямителя и автономного инвертора с функцией ШИМ.

Автономный инвертор представляет собой блок силовых  полупроводниковых ключей. Схемы  современных высоковольтных автономных инверторов могут быть сведены к следующим принципиальным решениям: по мостовой схеме на SCR-тиристорах с искусственной коммутацией; на полностью управляемых тиристорах (GTO, SGCT); с тремя уровнями напряжения (3-level); с четырьмя уровнями напряжения (4-level); с многоуровневым (Multi-level) напряжением.

Для управления частотой вращения электродвигателя ЭГПА наиболее эффективным, с точки зрения качества регулирования, являются векторные алгоритмы. Применение ШИМ обеспечивает форму инвертируемых токов и напряжений, близкую к синусоидальной.

Применение многоуровневых схем и модуляционных методов  управления ключами автономного инвертора  позволяет эффективно решать задачу

электромагнитной совместимости  высоковольтного преобразователя  частоты и электродвигателя, которая  является важнейшим критерием при  оценке эффективности преобразователя  и возможности его сопряжения с двигателем.

Активный выпрямитель  представляет собой обращенный инвертор. Для управления ключами наиболее эффективными являются векторные и  табличные алгоритмы.

Использование активного  выпрямителя позволяет эффективно решать проблему электромагнитной совместимости  электропривода большой мощности с сетью электроснабжения. Активный выпрямитель потребляет из сети практически активный ток с низким содержанием гармонических составляющих. Таким образом, обеспечивается коэффициент мощности сети на уровне единицы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 Экономическая эффективность ЭГПА

 

Для оценки эффективности  применения ЭГПА используется несколько  методик. В их числе методика, разработанная в Московском энергетическом институте и утвержденная Министерством топлива и энергетики России и АО «ВНИИЭ». Она заключается в анализе статистических данных прототипа и основана на расчете годового дохода от внедрения ЭГПА.

В результате расчетов по данной методике применение частотно-регулируемого  электропривода ГПА на КС «Карталы» ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» обеспечивает: снижение потребления электроэнергии, по сравнению с использованием нерегулируемых ЭГПА более, чем на 20 %, что значительно снижает нагрузку на питающие сети; снижение годовых эксплуатационных затрат в 1,5-2,0 раза, по сравнению с ГТУ типа ГПА-Ц-6,3; повышение надежности и долговечности работы КС, а также уровня автоматизации всей КС.

Наиболее перспективным, с точки зрения энергоэффективности, является вентильный электродвигатель с постоянными магнитами. Основные достоинства ЭГПА на основе вентильного электродвигателя:

- сохранение высокого значения КПД в широком диапазоне регулирования частоты вращения из-за отсутствия потерь в системе возбуждения;

- повышенная пожаро- и взрывобезопасность;

- высокая надежность;

- большой моторесурс.

Высокооборотный вентильный электродвигатель позволяет исключить  повышающий редуктор. Использование  безредукторного ЭГПА повышает экономию электроэнергии за счет более высокого КПД и уменьшает эксплуатационные затраты. Суммарный КПД безредукторного высокооборотного ЭГПА около 0,94, против 0,85 у ГПА с асинхронным либо синхронным двигателем и зубчатой передачей.

 

 

 

 

 

9 Расчетная часть

 

Определить запас устойчивой работы нагнетателя ГПА-Ц-6,3/56М-1,45, имеющего следующие параметры рабочего режима:

• давление газа на входе нагнетателя = 3,9 МПа,
• давление газа на выходе нагнетателя = 5,3 МПа,
• температура газа на входе = 16 °С,
• частота вращения нагнетателя = 8100 об/мин,
• производительность нагнетателя = 475 тыс.н·м /ч,
• плотность газа = 0,676 кг/м .