Введение ...
1. Аналитический обзор 7
1.1. Технические условия на проектирование станции регулирования
насосов (СРН) откачки товарной нефти на Первомайском товарном парке 7
1.2. Сеть передачи данных в НГДУ «Прикамнефть» 8
1.3. Регулятор давления 9
1.4. Технологические потери нефти 12
1.5. Силовое электрооборудование на Первомайском товарном парке.. 13
1.6. Преимущества регулируемого электропривода на насосах откачки
товарной нефти 16
2. Конструкторская часть
2.1. Характеристика IGBT - транзисторов 18
2.2. Выбор силового электрооборудования 20
2.3. Расчет и выбор элементов реле защиты 26
2.4. Расчет механических характеристик частотно-регулируемого
электропривода 31
2.5. Расчет потребляемой мощности Pi при дроссельном и частотном
регулировании подачи насосов 36
3. Технологическая часть
3.1 Преобразователь частоты высоковольтный 41
3.1.1 Область применения преобразователя и
условия эксплуатации 41
3.1.2 Состав преобразователя. Его устройство и работа 42
3.1.3 Виды защиты преобразователя 44
3.1.4 Техническое обслуживание преобразователя 45
3.2 Расчет выпрямителя 46
3.3 Расчет автономного инвертора напряжения 50
3.4 Регулирование величины и формы напряжения 57
3.5 Формирование средних напряжений на выводах по отношению к
средней точке источника питания 59
3.6 Особенности работы ПЧИН на насосах откачки товарной нефти.. 64
3.7 Расчет освещения 66
3.8 Расчет защитного заземления 68
4 Специальный вопрос. Технико-экономическое обоснование внедрения
регулируемого электропривода 75
4.1 Методика расчета экономической эффективности внедрения новой техники и технологии 75
4.2 Расчет экономического эффекта от применения регулируемого
электропривода на базе ПЧИН 79
Заключение
Список использованной литературы
Регулируемый электропривод является основным элементом автоматизации работы насосов откачки товарной нефти. Только на его базе могут быть созданы системы автоматического регулирования скорости насоса в функции основных технологических параметров для получения оптимального режима работы с минимальными энергетическими и эксплуатационными затратами. Регулируемый электропривод насосов откачки товарной нефти должен обеспечить: плавный запуск, надежную работу в длительном режиме с условиями колебания температуры окружающей среды от минус 20°С до плюс 50°С, возможность плавного регулирования скорости вращения электродвигателя.
В НГДУ «Прикамнефть» в Первомайском товарном парке для привода насосов откачки товарной нефти используются короткозамкнутые асинхронные электродвигатели. Обычно они считаются двигателями с практически постоянной угловой скоростью вращения, т.к. работают от источника переменного тока с постоянной частотой. Однако скорость асинхронного двигателя пропорциональна частоте приложенного к статору напряжения, а вращающий момент зависит от магнитного потока статора. Таким образом, путем регулирования частоты и амплитуды приложенного к статору напряжения можно обеспечивать работу двигателя со скоростью практически от нуля до номинальной при нужном изменении вращающего момента на всем диапазоне регулирования без превышения током его номинальной величины. Кроме того, для обеспечения требуемых значений пускового и критического моментов, коэффициента мощности и коэффициента полезного действия необходимо с регулированием частоты изменять и напряжение, подводимое к зажимам электродвигателя.
Необходимость регулирования напора и расхода для насосов откачки товарной нефти определяется двумя обстоятельствами.
Первое состоит в том, что необходимо согласовать характеристику центробежного насоса с Q-H характеристикой гидравлической сети, на которую этот насос работает. Как правило, насосы имеют более высокий напор, чем это необходимо.
Второе условие, обуславливающее необходимость регулирования скорости, определяется тем, что потребное количество нефти меняется по временам года и суток.
При переходе к регулируемому электроприводу экономия энергии достигается не за счет собственного привода, а за счет того процесса, который привод обслуживает и для получения полезных энергетических показателей, часто нужно изменять координаты электропривода в очень небольших пределах при ограниченных требованиях к качеству регулирования. Полупроводниковые устройства позволяют произвести плавный пуск и торможение электродвигателей, регулирование скорости вращения, симметрирование напряжений по отдельным фазам, компенсацию реактивной мощности.
В зависимости от исполнения преобразовательного устройства можно использовать обратные связи по току во внутреннем контуре и по напряжению во внешнем контуре, а также по току и по частоте вращения двигателя. Таким образом, можно осуществить ресурсосбережение за счет увеличения срока службы оборудования. Возможностью управления потерями электрической энергии снижает нагревание силового электрооборудования и увеличивает долговечность за счет снижения старения изоляции.
Регулируемый электропривод позволяет повысить долговечность технологического оборудования за счет снижения динамических нагрузок.
Перспективными преобразователями применительно к электроприводу переменного тока являются вентильные преобразователи частоты (ПЧ). Основное достоинство ПЧ - возможность широкого и экономического регулирования скорости наиболее массового, дешевого и надежного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. В ПЧ управлению подлежат две выходные координаты - амплитуда напряжения или тока нагрузки Um, Im и частота изменения напряжения или тока fn. Соответственно двум координатам ПЧ располагает двумя входными координатами - напряжением управления напряжением или током Uy,H, Uy,m и напряжением управления частотой Uy.
На мировом рынке в последние годы появилось множество производителей преобразователей частоты (ПЧ). Среди них есть не только всемирно известные гиганты - “Mitsubishi”, “Jaskawa”, “Hitachi” (Япония), “Gold Star” (Южная Корея), “ABB” (транснациональная компания), “Siemens” (Г ермания), но и малые фирмы.
В настоящее время ведется активное наступление со стороны ведущих зарубежных фирм, таких как “Siemens”, “Allen Bradley”, “ABB” и др., направленное на освоение российского рынка в области частотнорегулируемого асинхронного электропривода.
Быстрый рост рынка таких ПЧ связан прежде всего с появлением новой элементной базы - силовых транзисторных модулей IGBT, рассчитанных на токи до 1000 А, напряжение - до 10 000 В и частоту коммутации - до 30 кГц.
Резюмируя, следует сказать, что электропривод с короткозамкнутым асинхронным электродвигателем, выполненный на базе преобразователя частоты со звеном постоянного тока с дополнительным инвертором для обмена энергией с сетью, полностью удовлетворяет техническим требованиям насосов откачки товарной нефти, обладает высоким КПД и высоким (0,95^0,96) коэффициентом мощности. Он позволяет получить хорошие динамические показатели привода (высокое быстродействие, поддержание скорости при колебаниях нагрузки и т.д.).
Целью дипломного проекта является внедрение регулируемого электропривода на насосах откачки товарной нефти во избежание непроизводственных затрат.
Задачами, решенными в дипломном проекте являются: доказательство явного преимущества регулирования подачи насосов откачки товарной нефти путем внедрения преобразователей частоты на базе IGBT - транзисторов над гидравлическим способом регулирования (дросселирование).
Внедрение регулируемого электропривода на насосах откачки товарной нефти ПТП в НГДУ «Прикамнефть» является необходимым мероприятием с точки зрения энергосбережения.
Ведение технологического процесса в нужном автоматически поддерживаемом режиме сокращает непроизводственные затраты электроэнергии. В установках, осуществляющих подачу нефти, имеется возможность экономить электроэнергию за счет выбора той производительности насосов, которая соответствует объему подачи, необходимому по условиям технологического режима в данный момент.
В ходе выполнения дипломного проекта было установлено, что, благодаря внедрению новейших преобразователей частоты, расход электроэнергии за год на насосах откачки товарной нефти на объектах НГДУ «Прикамнефть» (Первомайский товарный парк и Ново-Суксинская УПВСН) снизился более, чем в два раза.
Для регулирования скорости вращения асинхронных электродвигателей было предложено использовать самые современные преобразователи частоты, удовлетворяющие высоким техническим требованиям м на практике обеспечивающие мягкий программируемый пуск двигателя, плавное и экономичное регулирование скорости в широких пределах, высокий и стабильный коэффициент мощности, хорошее использование двигателя, высокие эксплуатационные качества - надежность системы и существенное снижение шума.
Преобразователи частоты могут эксплуатироваться в условиях, обеспечивающих влаго- и помехозащищенность, защиту от вибраций и магнитных помех, при температуре окружающей среды от +1 до 40 °С и влажности воздуха не более 95%.
В данном проекте была подробно рассмотрена работа преобразователя частота, средства управления, его состав, рассчитаны и подробно изучены все составляющие элементы, рассмотрены характеристики новейших IGBT - транзисторов.
Для управления преобразователем частоты используется широтноимпульсная модуляция, благодаря чему ток и напряжение близки к синусоидальной форме, а сам преобразователь частоты способен обеспечить большой диапазон снижения скорости двигателя.
Общий годовой экономический эффект от внедрения регулируемого электропривода на насосах откачки товарной нефти Первомайского товарного парка (ПТП) составил 1756,43 тыс. руб., а на Ново-Суксинской УПВСН - 520,85 тыс.руб.
Срок окупаемости преобразователя частоты ПТП составил 1 год и 8 месяцев, а на Ново-Суксинской УПВСН - 9 месяцев. Такая большая разница в сроках окупаемости преобразователей частоты заключается в том, что на ПТП в комплект вместе с низковольтным преобразователем частоты входят еще понижающий и повышающий трансформаторы.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
