1. Введение
Поскольку глобальный энергетический переход ускоряется, а рыночная конкуренция усиливается, нефтегазовая отрасль сталкивается с множеством проблем, включая повышение энергоэффективности, снижение эксплуатационных затрат и снижение выбросов углекислого газа. Извлечение этана является важнейшим процессом для повышения добавленной стоимости природного газа и обеспечения поставок перерабатываемого химического сырья. Потребление энергии и стабильность работы этого процесса напрямую влияют на экономические и экологические выгоды проекта. Среди многочисленного оборудования с высоким энергопотреблением в установках по улавливанию этана на ключевое оборудование, приводимое в действие мощными двигателями среднего напряжения, например, компрессоры, насосы и вентиляторы, приходится более 60% общего энергопотребления..
Технология частотно-регулируемого привода среднего напряжения (ЧРП) на сегодняшний день является одной из самых передовых энергосберегающих технологий в области электроприводов. Плавно регулируя рабочую скорость двигателя за счет изменения частоты источника питания, он позволяет точно контролировать поток нагрузки и давление, тем самым достигая значительной экономии энергии (обычно 20–40% ). Поэтому использование систем с частотно-регулируемым приводом среднего напряжения, сочетающих в себе адаптируемость сети и высокую надежность, имеет решающее значение для минимизации потерь при отключении и обеспечения долгосрочной окупаемости проекта.
После обширных исследований и оценок конечный пользователь в конечном итоге выбрал для двигателей проекта высокопроизводительную систему привода среднего напряжения с водяным охлаждением серии Shanghai Nancal Electric NC HVVF. Конструкция быстрого автоматического обхода силового элемента и возможность работы при низком напряжении (LVRT) приводов среднего напряжения Nancal Electric устраняют внутренние сбои элементов и провалы напряжения внешней сети, соответственно, эффективно предотвращая незапланированные отключения, вызванные такими проблемами.
2. Техническое решение
Установленная мощность компрессорной установки для экспорта природного газа проекта составляет 27,7 МВт. Соответствующая модель ЧРП — NC HVVF 10/10-32000LO. Однолинейная схема выглядит следующим образом:
Рис. 1. SLD системы ЧРП NC HVVF 10/10-32000LO.
Для дальнейшего повышения надежности системы компания Nancal Electric сконфигурировала две функции повышения надежности для привода среднего напряжения этого проекта:
2.1 Конструкция быстрого автоматического байпаса силового элемента
В случае выхода из строя силового элемента или повреждения компонента управления функция обхода силового элемента гарантирует, что привод продолжает стабильно работать без отключения, отвечая требованиям проекта по высокой надежности. Во время реальной работы, если силовой элемент выходит из строя, привод использует технологию быстрого автоматического обхода элемента для обхода неисправного элемента. Конкретный процесс обхода выглядит следующим образом:
(1) При обнаружении отказа ячейки привод немедленно блокирует вывод импульсов на эту ячейку.
(2) После блокировки импульса обходной контактор неисправной ячейки немедленно замыкается, физически обходя ее.
(3) Как только байпасный контактор замыкается, привод возобновляет импульсный выход, и двигатель возвращается в нормальный режим работы.
Рисунок 2. Сравнение до и после обхода силовой ячейки.
На следующем рисунке показаны формы сигналов моделирования нормального выходного фазного напряжения и линейного напряжения:
Рисунок 3. Моделирование сигналов нормального выходного фазного напряжения и линейного напряжения.
На следующем рисунке показаны формы сигналов моделирования выходного фазного напряжения и линейного напряжения после обхода одной ячейки в фазе A. Можно заметить, что, хотя фазное напряжение фазы A уменьшается и разность фазовых углов не составляет 120 ° (становится 128 ° и 104 °), окончательные выходные линейные напряжения остаются сбалансированными с разностью фазовых углов 120 °..
Рисунок 4. Моделирование сигналов выходного фазного напряжения и линейного напряжения после обхода одной ячейки в фазе A.
На следующем рисунке показаны формы сигналов переключения на месте с активной функцией обхода силового элемента:
Рис. 5. Кривые переключения на месте во время обхода силовой ячейки
Весь процесс обхода занимает <200 мс . Падение скорости двигателя минимально, а напряжение двигателя остается на относительно высокой амплитуде, что позволяет приводу постоянно отслеживать текущую скорость двигателя.
На следующем рисунке показана измеренная форма выходного линейного напряжения после обхода одной ячейки. Это демонстрирует, что выходные линейные напряжения остаются симметричными..
Рис. 6. Измеренная форма выходного линейного напряжения после обхода одной ячейки
2.2 Функция поддержки низкого напряжения (LVRT)
Когда в линиях электропередачи наблюдаются колебания напряжения в сети, кратковременные провалы или мгновенные перерывы в работе из-за суровых погодных условий, таких как удары молнии, снежные бури или обледенение, передовая технология ProCon (Process Continuous), интегрированная в приводы среднего напряжения серии NC HVVF от Nancal Electric, может максимизировать непрерывную работу оборудования.
ProCon объединяет несколько технологий, в том числе буферизацию кинетической энергии при низком напряжении (LVRT), захват вращающейся нагрузки, интеллектуальное ограничение крутящего момента для нагрузок с прямоугольным крутящим моментом, улучшенную ШИМ-модуляцию и т. д. , эффективно координируя эти функциональные модули.
Когда напряжение на стороне сети падает на 15–40 %, привод среднего напряжения серии NC HVVF снижает скорость и ограничивает выходной крутящий момент, поддерживая работу на пониженной мощности. Когда напряжение сети падает ниже 60% или даже при полной потере мощности сети, функция буферизации кинетической энергии LVRT преобразует кинетическую энергию вращения двигателя и нагрузки в электрическую энергию для подзарядки силовых элементов привода , поддерживая напряжение элементов и предотвращая отключение из-за пониженного напряжения.
Рис. 7. Фотография электропривода среднего напряжения Nancal, сделанная на месте.
Рисунок 8: Измеренная форма сигнала LVRT (нахождение при нулевом напряжении в течение 2,07 с)
3. Базовая конфигурация
В зависимости от параметров двигателя и требований к нагрузке базовая конфигурация привода среднего напряжения Nancal Electric выглядит следующим образом:
4. Заключение
Подводя итог, оснащение ключевых компрессоров установок по улавливанию этана высоконадежными приводами среднего напряжения представляет собой стратегическую инвестицию, объединяющую передовые технологии, экономические выгоды и экологичность.
Высокопроизводительный средневольтный привод водяного охлаждения, поставленный компанией Nancal Electric для этого проекта, служит важнейшим звеном энергосбережения и снижения потребления в системе eDrive компрессорной установки в рамках проекта по улавливанию этана. За более чем три года стабильной и надежной работы , глубоко интегрированной с такими системами, как переработка природного газа и утилизация отработанного тепла, он обеспечил надежную техническую поддержку для экологически безопасной, эффективной добычи и глубокого использования ресурсов на нефтяном месторождении.
С момента ввода в эксплуатацию этот привод среднего напряжения выдержал многочисленные провалы напряжения в сети различной степени тяжести , что значительно обеспечило стабильность непрерывного производственного процесса и повысило эффективность производства.