Разработка схемы управления самозапуском синхронных электродвигателей напряжением выше 1 кв

Одним из важных мероприятий, повышающим эффективность работ нефтеперекачивающих систем, является обеспечение самозапуска магистральных насосных агрегатов с электроприводом при действии схем автоматики повторного включения или автоматического ввода резерва в энергосистеме. Самозапуск это восстановление нормальной работы электропривода без вмешательства персонала после кратковременного перерыва электроснабжения или глубокого снижения напряжения.

Анализ схем внешнего электроснабжения нефтеперекачивающих станций, а также опыт наладки и эксплуатации электрооборудования подстанций и нефтеперекачивающих станций на объектах АО «Транснефть – Сибирь» показал, что время исчезновения напряжения на питающих линиях, как правило, не велико (в среднем 3-5с), однако синхронные электродвигатели идут на остановку, что приводит к снижению давления и остановке перекачки. В таких случаях на восстановление режима перекачки может быть затрачено значительное время.

Таким образом, для обеспечения непрерывной работы нефтеперекачивающих станций при кратковременных перерывах электроснабжения, необходимо обеспечить автоматический пуск нагруженных магистральных насосных агрегатов при появлении напряжения на шинах после действия системной автоматики. В данной работе рассмотрены технические решения позволяющие осуществить эффективный самозапуск нагруженных магистральных насосных агрегатов. Эффективный самозапуск осуществляется при значении оборотов 75-80% от номинального значения [1].

 Для разработки технических решений, была разработана программа проведения испытаний для синхронных двигателей, на базе ЛПДС «Кедровое» Тобольского УМН. В рамках программы был проведен ряд испытаний необходимых для анализа и разработки технических решений.

На рисунке 1 видно, что время снижения напряжения до допустимого значения несинхронного включения составляет 8 секунд, полученное значение времени не позволяет осуществить эффективный самозапуск двигателя, и требует внедрения технического решения.

На рисунке 2, время снижения напряжения до допустимого значения несинхронного включения составляет 5 секунд, что также не позволяет осуществить эффективный самозапуск.

Рисунок 1 Осциллограмма выбега синхронного двигателя СТДП-8000 с бесщеточной системой возбуждения на холостом ходу

Рисунок 2. Осциллограмма выбега синхронного двигателя СТДП-8000 с щеточной системой возбуждения на холостом ходу

Проведя анализ полученных в ходе испытаний данных, для обеспечения самозапуска синхронных двигателей в данной работе предлагается:

Для двигателей с щеточной системой возбуждения применять резистивное гашение поля, путем включения сопротивления гашения поля в цепь обмотки возбуждения синхронного двигателя . Данное решение  обусловлено тем, что при исчезновении напряжения на двух питающих линиях шкафы возбуждения синхронных двигателей остаются без питания, этот факт не позволяет использовать схему гашения поля  переведением возбудителя в инверторный режим. Для двигателей с бесщеточной системой возбуждения предлагается применять схему синхронизации, т.к. осуществить эффективное гашение поля без внесения изменений в конструкцию возбудителя невозможно.

Рассмотрим решение для двигателей с щеточной системой возбуждения. На рисунке 3 представлена схема гашения поля, которая была использована для проведения опыта. Схема управляется двумя вакуумными контакторами, которые шунтируют обмотку возбуждения на сопротивления гашения, гашение поля осуществляется до величины 0,3 от номинального напряжения.

Результат работы схемы представлен на осциллограмме, на рисунке 4. Время гашения поля составляет 1,4 секунды.

Рисунок 3. Схема гашения поля используемая при проведении испытаний

Рисунок 4 Осциллограмма гашения поля синхронного двигателя СТДП-8000 с щеточной системой возбуждения

Перейдем к СД с бесщеточной системой возбуждения, для них предлагается использовать схему синхронизации напряжения двигателя на выбеге с напряжением сети, перед пуском [2]. Данное решение необходимо, чтобы исключить периодическую составляющую тока в обмотке статора при самозапуске и избежать недопустимых значений токов включения [3]. Принцип работы схемы синхронизации представлен на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема синхронизации для синхронных двигателей с бесщеточной системой возбуждения

Таким образом, используя разработанные решения построена функциональная схема работы алгоритма самозапуска. Представленная на рисунке 6.

Рисунок 6. Алгоритм работы самозапуска

Подводя итог необходимо отметить, что внедрение эффективного самозапуска позволяет: сохранить режим и давление перекачки нефти; снизить затраты электрической энергии за счет использования кинетической энергии вращающегося двигателя при выбеге; продлить срок службы синхронного двигателя за счет снижения пускового динамического тока; увеличить объем перекачки, путем сокращения числа остановок нефтеперекачивающих станций, вызванных кратковременными перерывами в электроснабжении.