АВТОРЕФЕРАТ
Введение
Газоперерабатывающая отрасль имеет важнейшее значение для Украины, так как, в первую очередь, она обеспечивает энергетическую безопастность страны.
Режимы работы электрооборудования сказываются на качестве электроэнергии. В том числе при работе электрических стартеров газоперекачиваюших агрегатов (ГПА) в сети 220/380 В. При работе электрических стартеров в сети возникают колебания напряжения и отклонения напряжения, которые ухудшают качество электроэнергии и негативно влияют на человека. Поэтому данное исследование актуально для практики.
В проектировании отклонения напряжения определяются по получасовому максимуму. Но в [1] ГОСТ 13109-97 нормируются одноминутные отклонения напряжения. Колебания напряжения обычно оцениваются приближенным методом из ГОСТ 13109-97 по размахам колебаний. Однако универсальным показателем электромагнитной совместимости (ЭМС) является доза фликера напряжения. Поэтому анализ одноминутного отклонения напряжения и дозы фликера имеет научную актуальность.
В работе решены такие задачи:
- Исследование графиков зависимости электрических нагрузок стартеров разной мощности;
- Анализ одноминутного отклонения напряжения при работе одного или группы стартеров;
- Оценка ЭМС электрических стартеров и сети по дозе фликера напряжения.
Раздел 1 Описание и назначение газоперекачивающих агрегатов и описание показателей ЭМС.
1.1 Технология транспортировки газа.
Газ должен быть доставлен потребителям самым оптимальным и экономически эффективным путем с соблюдением все возрастающих требований по повышению надежности и безопасности поставок. Он транспортируется по магистральным газопроводам под высоким давлением (от 50 до 75 кг/см2). Для этого используются различные механизмы – вентиляторы, нагнетатели, компрессоры.
Вентиляторы – это механизмы, которые создают небольшую степень повышения давления, до (1,1. Этот тип механизмов используется также для кондиционирования воздуха, вентиляции.
Нагнетатели – это устройства, которые создают степень давления от 1,1 до 1,8. Они являются основным энергетическим элементом компрессорных станций магистральных газопроводов. Компрессоры создают самую высокую степень давления (от 1,8 до 1000).
Существуют различные типы компрессоров. В данной работе исследуются электрические режимы работы стартеров именно газоперекачивающих агрегатов, а именно агрегатов типа ГПА-25/76ДН80Л.
Газоперекачивающие агрегаты предназначены для использования на линейных компрессорных станциях магистральных газопроводов, дожимных компрессорных станциях и станциях подземных хранилищ газа, а также для обратной закачки газа в пласт при разработке газоконденсатных месторождений.
Газоперекачивающие агрегаты типа ГПА-25/76ДН80Л предназначены для транспортирования природного газа по магистральным газопроводам и оснащаются газотурбинным двигателем (ГТД) типа ДН80Л мощностью 25 МВт, центробежным компрессором (нагнетателем) с отношением давлений, необходимым по режиму работы газопровода и системой автоматического управления и регулирования (САУР) с антипомпажным регулированием.
Для запуска приводной турбины ГПА используется электростартер типа АИММ118LB2. Он разгоняет турбину до тех пор, пока она сама не подхватит обороты.
1.2 Одноминутные отклонения напряжения
Отклонение напряжения - отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его
номинального значения.
Отклонение напряжения в той или иной точке сети происходит под воздействием медленного изменения нагрузки в соответствии
с её графиком.
Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования:
Технологические установки:
При снижении напряжения существенно ухудшается технологический процесс, увеличивается его длительность. Следовательно,
увеличивается себестоимость производства.
При повышении напряжения снижается срок службы оборудования, повышается вероятность аварий.
При значительных отклонениях напряжения происходит срыв технологического процесса.
Освещение:
Снижается срок службы ламп освещения, так при величине напряжения 1,1·Uном срок службы ламп
накаливания снижается в 4 раза.
При величине напряжения 0,9·Uном снижается световой поток ламп накаливания на 40 % и
люминесцентных ламп на 15 %.
При величине напряжения менее 0,9·Uном люминесцентные лампы мерцают, а при 0,8·Uном
просто не загораются.
Электропривод:
При снижении напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15 % момент снижается на 25 %. Двигатель
может не запуститься или остановиться.
При снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и снижение срока службы
двигателя. При длительной работе на напряжении 0,9·Uном срок службы двигателя снижается вдвое.
При повышении напряжения на 1 % увеличивается потребляемая двигателем реактивная мощность на 3...7 %. Снижается
эффективность работы привода и сети.
Обобщённый узел нагрузки электрических сетей (нагрузка в среднем) составляет:
- 10 % специфической нагрузки (например, в Москве это метро - 11 %);
- 30 % освещение и прочее;
- 60 % асинхронные электродвигатели.
Поэтому, ГОСТ 13109-97 устанавливает нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на
зажимах электроприёмников в пределах соответственно δUyнор= ± 5 % и
δUyпред= ± 10 % номинального напряжения сети.
Обеспечить эти требования можно двумя способами: снижением потерь напряжения и регулированием напряжения.
U = P·R + Q·X) / UЦП
(ТП)
Снижение потерь напряжения (ΔU) достигается:
Выбором сечения проводников линий электропередач (≡ R) по условиям потерь
напряжения.
Применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии (X).
Однако, это опасно повышением токов короткого замыкания при X→0.
Компенсацией реактивной мощности (Q) для снижения ее передачи по электросетям, с
помощью конденсаторных установок и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения. Кроме снижения потерь
напряжения, это является неплохим мероприятием энергосбережения, снижающим общие потери электроэнергии в сетях.
Регулирование напряжения U:
В центре питания регулирование напряжения (UЦП)
осуществляется с помощью трансформаторов, оснащённых устройством автоматического регулирования коэффициента трансформации в
зависимости от величины нагрузки (регулирование под нагрузкой - РПН). Такими устройствами оснащены 10 % трансформаторов.
Диапазон регулирования ± 16 % с дискретностью 1,78 %.
Напряжение может регулироваться на промежуточных трансформаторных подстанциях
(UТП) с помощью трансформаторов, оснащённых устройством переключения
отпаек на обмотках с различными коэффициентами трансформации (переключение без возбуждения - ПБВ, т.е. с отключением
от сети). Диапазон регулирования ± 5 % с дискретностью 2,5 %.
Ответственность за поддержание напряжения в пределах, установленных ГОСТ 13109-97, возлагается на энергоснабжающую
организацию.
Действительно, первый (R) и второй (X) способы
выбираются при проектировании сети и не могут изменяться в дальнейшем. Третий (Q) и пятый
(UТП) способы хороши для регулирования при сезонном изменении нагрузки
сети, но руководить режимами работы компенсирующего оборудования потребителей, необходимо централизовано, в зависимости от режима
работы всей сети, то есть энергоснабжающей организации. Четвёртый способ - регулирование напряжения в центре питания
(UЦП), позволяет энергоснабжающей организации регулировать
напряжение в соответствии с графиком нагрузки сети.
ГОСТ 13109-97 устанавливает допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмника.
А пределы изменения напряжения в точке присоединения потребителя должны рассчитываться с учетом падения напряжения от этой точки
до электроприёмника и указываться в договоре энергоснабжения.
1.3 Описание фликерметра.
Фликерметр – прибор для измерения количественных характеристик фликера, предназначенных для обозначения правильного уровня фликера применительно к встречающимся на практике характеристикам изменения напряжения.
Быстрые изменения напряжения («колебания») ΔU на зажимах ламп вызывают колебания освещенности, которые отрицательно сказываются на производительности труда и здоровье человека. Оценка последствий колебаний напряжения выполняется при моделировании системы «лампа-зрение-мозг». В этой системе реакцию зрения Y(t) моделирует линейный взвешивающий фильтр (ВФ). Структура ВФ в модели фликера основывалась на экспериментальных исследованиях в области частот колебаний более 0,05 Гц. При меньших частотах нормы устанавливались из условий обеспечения пуска электродвигателей. Смешение двух разных по физике подходов представляется некорректным.
Понятие дозы фликера Ps связано с оценкой ощущения фликера S(t). Стремление к формализации исходных экспериментальных данных привело к существенному усложнению нелинейной части модели фликера, что не только препятствует развитию точных методов расчета доз фликера, но и делает использование понятия дозы фликера недоступным для широкого круга инженеров.
Существующий взвешивающий фильтр. По физической сути ВФ должен моделировать процесс преобразования лампой колебаний напряжения в световой поток, а также инерцию зрачка и адаптацию зрения. В базовой же модели фликера соответствующие блоки не выделены, поскольку структурная схема ВФ выбиралась методом параметрической идентификации по эмпирической амплитудно-частотной функции (АЧФ), которая отражает указанные процессы интегрально. Фильтр состоит из трех линейных фильтров: ВЧ - высоких частот с пороговой частотой 0,05 Гц; ВК - восприятия колебаний (термин наш); НЧ - низких частот с пороговой частотой 35 Гц (рис. 1).
Рис. 1. Структурная схема ВФ базовой модели фликера
Фильтр ВЧ представляет собой реальное дифференцирующее звено 1 с параметром ТВ =3,1831 с и передаточной функцией:
где s — комплексная переменная преобразования Лапласа.
В фильтр ВК входят звенья: 2 - колебательное с коэффициентом передачи к = 1,74802 и постоянными времени
Тк1 = 0,015418 с, Тк2 = 0,017385 с; 3 - форсирующее с Тф =0,069811 с; 4 и 5 - апериодические (инерционные) первого порядка с Ти1 = 0,12989 с и Ти2 = 0,007267 с; 6 - дифференцирующее с постоянной времени Тк2.
Передаточная функция фильтра ВК
Фильтр НЧ 7 представляет собой фильтр Батерворта с постоянными времени ТБ1 = 0,0023537 с, ТБ2 = 0,004573 с,
ТБ3 = 0,0064308 с, ТБ4 = 0,0087849 с и передаточной функцией
Передаточной функции ВФ (F(s) в базовой модели фликера)
соответствует АЧФ (рис. 2, кривая 1). Частота колебаний в Гц в 120 раз меньше частоты колебаний F5Ut в мин-1. Максимум АЧФ, равный единице, достигается при резонансной частоте 8,85 Гц .
Рис. 2. Амплитудно-частотная функция взвешивающих фильтров
На выходе ВФ предусматривается переход от измерения реакции Y(t) фильтра в процентах к относительным единицам (отн. ед.). Согласно табл. 4 из базовой модели фликера коэффициент перехода kY = 16 (%)/(отн. ед.).
Раздел 2 Исследование графиков нагрузок электрических стартеров и показателей электромагнитной совместимости по отклонениям напряжения.
Исходными данными для исследований являются графики потребления мощности и тока электростартером АИММ118LB2.
Рис. 3. Потребление мощности и тока одним электростартером АИММ118LB2
Особенностью этих графиков является наличие быстрого изменения мощности.
По графикам нагрузки будут расчитаны графики потерь напряжения при питании газоперекачивающих агрегатов от трансформаторов разной номинальной мощности. По этим графикам методом одноминутных осреднений будут определены одноминутные отклонения напряжения. Также отклонения напряжения будут расчитаны через эффективный ток (как это часто встречается в проектной практике). Результаты обоих расчетов будут сопоставлены и сделаны выводы о том, что расчеты в проектной практике неправильные. Также дается оценка занижености требований по отклонениям напряжения.
Раздел 3 Оценка колебания напряжения по приблизительному методу из ГОСТ 13109-97.
Для расчета доз фликера напряжения применяется метод парциальных реакций. Составляется фликермодель для электрического стартера.
Взвешивающий фильтр заменяется эквивалентной системой, которая состоит из n параллельно включенных инерционных звеньев первого порядка. Парциальная реакция каждого звена определяется очень просто, а искомое решение сводится к суммированию парциальных реакций.
Задача заключается в нахождении реакции Y(f) на помеху x(t). В общем виде передаточная функция фильтра пропорциональна отношению многочленов порядка m и n:
где аф - коэффициент передачи фильтра, р - оператор дифференцирования, b и с - постоянные времени.
Если р – полюса знаменателя, то его можно записать в виде
и коэффициент передачи
где выражение (р-р,) в числителе и знаменателе сокращается, а потому неопределенности 0/0 не возникает. Количество звеньев равно n.
На выходе каждого звена наблюдается парциальная реакция y(t), а искомая реакция равна их сумме
Парциальные реакции также могут быть комплексными, но при суммировании мнимые величины уничтожаются.
При m > n обобщение метода достигается путем понижения порядка числителя. С этой целью будем делить многочлены в передаточной функции фильтра углом до тех пор, пока в числителе не останется многочлен Q(p) порядка q = n - 1. В этом случае полученный многочлен R(p) будет иметь порядок r = m - n, а вместо передаточной функции фильтра получим
Поскольку q < п, к первому слагаемому можно применить формулы сопрягающей частоты и коэфициента передачи. Сопрягающие частоты инерционных звеньев останутся теми же, но коэффициенты передачи будут другими, а потому другими будут и парциальные реакции.
Рис. 4. Преобразованные структурные схемы фильтров: при m < n (а) и m > n (б)
Следовательно, к п инерционным звеньям (рис. 4,б) добавляется линейная система с передаточной функцией R(p), на выходе которой протекает реакция z(t). Поэтому реакция фильтра составит
Выводы
В заключение магистерской работы будут сделаны выводы по электромагнитной совместимости электрических стартеров с сетью, по колебаниям напряжения и отклонениям напряжения. Также будет дана оценка погрешности расчета колебаний напряжения по приближенному методу из ГОСТ 13109-97.
Данное исследование, безусловно, имеет дальнейшие перспективы развития, так как большинство явлений, ухудшающих качество электрической энергии, происходят в связи с особенностями совместной работы электроприёмников и электрической сети.
-Наверх-
|
