Серии sami megastar

Тип ПЧ	Схема выпрямления, n-пульсная	Напряже­ние на входе ПЧ, В	Номи­нальный ток ПЧ, А	Мощ­ность ПЧ, КВА	Мощ­ность двигате­ля, кВт	Масса ПЧ, кг
2600D3300 3150D3300 5000D3300 6300D3300 10000D3300	6 6 6 6 6	3300 3300 3300 3300 3300	350 550 875 2x550 2x875	2000 3150 5000 6300 10000	1600 2600 4000 5000 8000	3500 3700 4100 6500 7700
2000D3300 3150D3300 5000D3300 6300D3300 10000D3300	12 12 12 12 12	2x1650 2x1650 2x1650 2x1650 2x3300	350 550 875 2x550 2x875	2000 3150 5000 6300 10000	1600 2600 4000 5000 8000	3500 3700 4100 6500 7700
2000D3300 3150D3300 5000D3300 6300D3300 10000D3300	24 24 24 24 24	4x1650 4x1650 4x1650 4x1650 4x1650	350 550 875 2x550 2x875	2000 3150 5000 6300 10000	1600 2600 4000 5000 8000	4300 4500 4900 7300 7700
2000DG3300 3150DG3300 5000DG3300	6 6 6	3300 3300 3300	350 550 875	2000 3150 5000	1600 2600 4000	4600 4700 5100

Для высоковольтного электропривода ТК выпуск ПЧ осу­ществляют ряд других зарубежных фирм, например, «Siemens» (ПЧ серии SIMOVERT), «Allen Bradley» и др., по­зволяющих существенно экономить энергоресурсы.

Весьма перспективными для частотно-регулируемых элек­троприводов технологических установок транспорта углево­дородного сырья мощностью до 5 МВт являются преобразо­ватели частоты серии ВПЧ, предлагаемые для реализации на рынке России компаний «L-Start». Преобразователи частоты производятся в соответствии с российскими ГОСТ Р и меж­дународным МЭК стандартами, имеются модификации для работы с асинхронными и синхронными двигателями.

Высоковольтные ПЧ серии ВПЧ предназначены для плав­ного частотного пуска и регулирования скорости электродви­гателей с номинальным напряжением 3, 6, 10 кВ.

Реализуемые законы управления: векторный или скаляр­ный U/f = const.

Функциональная схема высоковольтного преобразователя частоты (ВПЧ) показана на рис. 8. Силовая схема преобра­зователя состоит из ячейки многообмоточного трансформа­тора, ячейки силовых модулей с IGB транзисторами и моду­лем управления. Силовой модуль (рис. 9) выполнен по схе­ме: неуправляемый трехфазный выпрямитель, емкостной фильтр, однофазный инвертор на IGB транзисторах и узла байпасирования модуля при выходе модуля из строя.

Рис. 8. Функциональная схема высоковольтного преобразователя частоты:

I — высоковольтный выключатель; 2 — многообмоточный фазосдвигающий трансформатор; 3 — асинхронный двигатель; 4 — силовой модуль с IGB транзисторами; 5 — контроллер; 6 — промышленный PC; 7 — блок PLC (сигналов физического уровня); 8 — контроль тока сети; 9 — контроль вы­ходного напряжения ВПЧ

В каждом модуле всегда открыты и проводят ток два клю­ча. При этом имеют место следующие значение выходного напряжения:

замкнуты Q1, Q3 или Q2, Q4 (в зависимости от направле­ния тока) U = 0;

замкнуты Q1, Q4 U = + Е;

замкнуты Q2, Q3 U = — Е.

Рис. 9. Схема силового модуля:

1 — неуправляемый выпрямитель; 2 — емкостный фильтр; 3 — однофазный инвертор на IGB транзисторах; 4 — устройство байпасирования модуля при выходе его из строя; LI, L2 — выходные зажимы модуля; К — ключ; Q1 — Q4 — транзисторы IGB; R — резистор; С — конденсатор

Фазные выходные напряжения формируются суммирова­нием напряжений отдельных силовых модулей, включенных последовательно по схеме «звезда» (рис. 10). Напряжение на выходе ВПЧ в ступенчатом виде аппроксимирует синусои­дальный закон.

Коэффициент мощности каждого силового модуля более 0,95 практически во всем диапазоне скоростей, что не требу­ет применения фильтрокомпенсирующих устройств.

В ВПЧ реализован принцип многоуровневой ШИМ, обес­печивающий форму выходного напряжения, близкую к сину­соидальной

Реализация многоуровневой ШИМ-модуляции обеспечива­ет следующие преимущества:

• формируется неискаженная форма синусоиды выходного тока (искажение ниже 4 %);

• снижаются коммутационные напряжения, возникающие при переключениях;

• исключается дополнительный нагрев двигателя токами высших гармоник;

• обеспечивается высокий коэффициент мощности, не ме­нее 0,95;

• КПД более 95 %;

• отсутствует ограничение по длине кабеля от преобразова­тельного устройства до двигателя;

• исключается остановка двигателя при выходе из строя од­ного силового модуля;

• имеется возможность использования ВПЧ с двигателями общепромышленных серий без дополнительных выходных фильтров, так как вследствие высоких значений пульсности создается минимальный уровень высших гармоник в спектре выходного напряжения;

• отсутствуют дополнительные шумы двигателя;

• снижаются пульсации электромагнитного момента двига­теля;

• отпадает потребность в фильтрокомпенсирующем устройстве;

Рис. 10. Схема включения модулей для формирования фазного и линейно­го напряжений на выходных зажимах преобразователя частоты

Система управления ВПЧ реализована на промышленном компьютере с сенсорным экраном, которая обеспечивает:

• управление частотным пуском двигателя с заданным уско­рением в пределах допустимой перегрузки ПЧ;

• уставку времени изменения частоты от минимального до максимального значения в заданных пределах;

• точность поддержания частоты вращения, определяемую наклоном механической характеристики двигателя;

• возможность автоматического регулирования параметров электропривода и технологических параметров, зависящих от скорости двигателя;

• изменение по заданной программе скорости двигателя;

• ограничение значений тока в силовой цепи при перегруз­ках на заданном уровне и с заданной точностью.

В течение времени срабатывания в нем защит, ВПЧ тер­мически и динамически устойчив во всех аварийных режи­мах и имеет следующие виды защиты от;

• к.з. в ВПЧА и нагрузке;

• недопустимых перегрузок по току;

• перегрева ВПЧ;

• внешних и внутренних коммутационных перенапря­жений;

• пробоя силовых модулей;

• нарушения коммутации и сбоев в цепях управления;

• исчезновения вентиляции (в ВПЧ с принудительной вен­тиляцией);

• исчезновения напряжения сети;

• недопустимых понижения и повышения напряжения сети;

• обратного чередования фаз напряжения сети;

• обрыва фазы;

• недопустимого превышения частоты вращения двигателя (свыше 120 %).

Настройка параметров работы ВПЧ осуществляется с пульта управления — сенсорного экрана, предусмотрено также подключение дистанционного пульта управления. ВПЧ может быть интегрирован в общую АСУ ТП по интерфейсу RS485, протоколу MODBUS. Для управления и контроля ра­ботоспособности разработано удобное программное обеспе­чение с интерфейсом на русском языке.

Окно главного пользовательского интерфейса одновре­менно отражает восемь параметров работы электропривода: частоту настройки, выходную частоту, скорость вращения двигателя, данные по контролируемому параметру (давление, температура, момент двигателя и др.), ток потребляемый ВПЧ

из сети, ток, двигателя, напряжение сети, напряжение на за­жимах статора двигателя.

ВПЧ оснащен средствами сигнализации о включенном и отключенном состояниях и срабатывании системы защиты.

ВПЧ имеет также систему диагностики, позволяющую оп­ределять место возникновения неисправностей в электропри­воде на уровне его функциональных частей в случае сраба­тывания системы защиты.

Основные технические характеристики преобразователя серии ВПЧА

для регулирования скорости высоковольтных асинхронных двигателей

Обозначение серии Частота питающей сети, Гц Диапазон регулирования частоты, Гц Точность поддержания частоты, ГЦ Время пуска/останова, с Перегрузочная способность Выходное напряжение силовой цепи (трезфазное линейное), В Коэффициент мощности КПД, %, не менее Аналоговый вход Аналоговый выход Дискретные входы Дискретные выходы Интерфейсы/Протоколы передачи данных Органы управления

ВПЧА высоковольтный преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя 45-55 0,5-120 ±0,01 10—1600 (настраивае­мый параметр) 120 % в течение 60 с 150 % в течение 1 с 3000, 6000, 10000 0,95 и более, при ско­рости близкой к номи­нальной 96 Два канала, 0-10 В/4-20 мА Два канала, 0-10 В/4-20 мА 24 16 RS485/Modbus Сенсорный экран

В качестве привода ТК могут быть использованы газовые турбины. Сравнительная оценка показателей эффективности газоперекачивающих агрегатов (ГПА), оснащенных быстро­ходными электроприводами и газовыми турбинами, приведе­на в табл. 12.

Годовые затраты на техническое обслуживание и планово-предупредительный ремонт (ППР) быстроходного электро­привода переменного тока ТК примерно в 4 раза меньше аналогичных затрат на привод ТК с газовой турбиной. Капи­таловложения в частотно-регулируемый быстроходный элек­тропривод и связанное с ним электрооборудование и запча­сти, как правило, ниже чем капиталовложения в привод с га­зовой турбиной.

Приведенные годовые затраты на привод ТК с газовой турбиной в 1,5 — 2 раза превышают аналогичные затраты по сравнению с быстроходным электроприводом.

Однако в некоторых применениях газовые турбины для привода ТК имеют определенное преимущество перед быст­роходным электроприводом, что связано с ограничениями на максимальную номинальную мощность быстроходных элек­тродвигателей вследствие действия центробежных сил. По этим причинам диаметр ротора быстроходных электродвига­телей ограничивают до такого значения, при котором окруж­ная скорость не превышает 270 — 300 м/с.

Выбор наиболее эффективного варианта привода ТК газо­перекачивающего агрегата является сложной технико-эконо­мической задачей. На выбор типа привода оказывают суще­ственное влияние следующие факторы:

• стоимость электроэнергии, отпускаемой с шин электро­энергетической системы;

• стоимость газа;

• КПД частотно-регулируемого электропривода и его изме­нения при изменении частоты вращения;

• КПД газовой турбины и его изменения при изменении частоты вращения;

• КПД линии электропередачи от линии электроэнергетиче­ской системы до КС;

• удаленность КС от источников централизованного элек­троснабжения;

• капитальные затраты на привод;

• эксплуатационные расходы и др.

Таблица 12. Сравнительная оценка показателей эффективности газоперекачивающих агрегатов, оснащенных быстроходными электроприводами и газовыми турбинами

Показатель эффективности	Тип электропривода			Газотурбинный привод	Примечание
	С быстроходным ЭД	ЭД с мультипликатором
Условия энерго-снабжения	Имеет большое преимущество в тех местах, где можно получить дешевую электроэнер­гию от АЭС, ГЭС или ТЭЦ			Преимущества в мес­тах с дефицитом электроэнергии, т.е. в местах добычи и переработки газа
Категория элек­троприемников	Относится к электроприемникам, для кото­рых необходимо принятие специальных мер с целью обеспечения электроэнергией от двух независимых взаиморезервирующих источ­ников питания			Практически исключается необходимость в подаче электроэнергии, благодаря использованию газа, транс­портируемого по магистраль­ному газопроводу
КПД по использо­ванию энергоре­сурсов	Общий КПД, вклю­чая электростан­цию, систему пере­дачи и преобразо­вания электроэнер­гии, равен 36 — 37 %	Потери в мультиплика­торе снижают общий КПД электропривода примерно на 2 % по сравнению с электро­приводом на основе бы­строходного электродви­гателя		КПД равен 26-28 % (КПД порядка 32 % имеют турбины самолетов)	Общий КПД по ис­пользованию энерго­ресурсов для элек­тропривода с быст­роходным электро­двигателем примерно на 30 % выше, чем для газотурбинного привода
Расход транспор­тируемого газа	Отсутствует, что позволяет беречь полезный и ценный природный продукт			Топ­ливо – газ, транспортируемый по магистральному газопро­воду – необхо­димость использования до­полнительных ГПА для пода­чи заданного количества газа потребителю
Первоначальная стоимость	—		100%	145%	Экспертная оценка
Показатели на­дежности	Средняя наработка на отказ 25 — 27 тыс. ч		Средняя наработка на отказ 25 — 27 тыс. ч без учета мультипликатора	Из-за относительно низкой надежности по сравнению с электроприводом может быть необходимо предусмотреть большее число резервных ГПА	По экспертным оцен­кам интенсивность отказов газовой тур­бины примерно в 2,2 раза выше, чем элек­тропривода
Срок службы привода	15-20 лет		15 — 20 лет без учета мультипликатора	10 лет	Меньший срок службы газотурбин­ного привода обу­словлен воздействи­ем на последний вы­соких температур и высокой частоты вращения
Затраты на техоб­служивание и те­кущий ремонт	Газотурбинный привод требует существенно больших затрат на техобслужи­вание и ремонт по сравнению с электроприводом из-за необходимости час­той смены ухудшенных или разрушенных двигателей. Например, камера сгорания должна сменяться как минимум раз в году				По экспертным оценкам затраты до капитального ремон­та газовых турбин примерно в 10 раз больше, чем для электроприводов
Трудоемкость в эксплуатации	Количество эксплуатационного персонала при использовании электроприво­дов на 25 % меньше, чем аналогичного персонала при использовании газовых турбин				Экспертная оценка

При строительстве новой или реконструкции существую­щей станции транспорта углеводородного сырья применение регулируемого электропривода может снизить суммарные капитальные затраты благодаря укрупнению единичной мощ­ности перекачивающих агрегатов и уменьшения их числа. При отсутствии регулируемого электропривода для покрытия максимального расхода на станции устанавливают: большое число агрегатов с меньшей единичной мощностью, что со­пряжено с большими габаритами зданий перекачивающих станций. Применение регулируемого электропривода позво­ляет использовать крупные агрегаты в области малых подач. Благодаря этому, увеличив единичную мощность агрегатов, можно уменьшить их число и, следовательно, уменьшить га­бариты зданий, упростить гидравлическую систему, умень­шить число трубопроводной арматуры и число ячеек в элек­трическом распределительном устройстве. Расчеты и практи­ка показывают, что применение регулируемого электропри­вода в сочетании с укрупнением единичной мощности позво­ляет существенно (в 1,5 — 2 раза) уменьшить затраты на со­оружение перекачивающей станции.

В связи с ограничениями на рабочие площади и большими капитальными затратами применение регулируемого элек­тропривода с укрупнением единичной мощности перекачи­вающих агрегатов весьма эффективно для морских устано­вок, добычи углеводородного сырья.

Целесообразность применения электроприводных ГПА обусловливается также требованиями экологии (уменьшение или полное исключение вредных выбросов КС в атмосферу); снижение шумов и улучшение условий эксплуатации по сравнению с газотурбинными ГПА особенно вблизи городов, крупных населенных пунктов, лечебных баз и зон отдыха.