авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Обоснование структуры и параметров источников бесперебойного электроснабжения на предприятиях с непрерывным технологическим циклом

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПОЛЯКОВ Виталий Евгеньевич

ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ ИСТОЧНИКОВ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ С НЕПРЕРЫВНЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ЦИКЛОМ


Специальность 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук






САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете)


Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Абрамович Борис Николаевич  

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Смоловик Сергей Владимирович


кандидат технических наук


Жданов Евгений Васильевич


Ведущее предприятие:

ОАО «Татнефть»


Защита состоится 29 сентября 2010 года в 12 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете) им. Г.В. Плеханова по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, В.О., 21 линия, д.2, ауд. №7212.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.


Автореферат разослан “27” августа 2010 г.


УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д.т.н., профессор В.В. ГАБОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Широкое внедрение технологических процессов c непрерывным циклом, нарушение электроснабжения которых даже в течение нескольких миллисекунд недопустимо, обуславливает повышенные требования к качеству электрической энергии. К таким процессам относятся: процесс добычи нефти с использованием электроцентробежных насосов (УЭЦН) с приводом от погружных электродвигателей (ПЭД), производство электротехнического кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена и др.

Нарушение устойчивого режима работы электрооборудования, обеспечивающего непрерывный технологический цикл производства, зависит от глубины и длительности провалов напряжения и уровня его восстановления в сетях промышленных предприятий. Снижение уровня питающего напряжения ниже минимально допустимого, а также перерывы в электроснабжении длительностью свыше 0,15 с. могут привести к расстройству сложных технологических процессов, ложным срабатываниям системы электросетевой автоматики и защиты, отказам в электроснабжении особой группы потребителей первой категории и значительному экономическому ущербу.





Применяемые на предприятиях в настоящее время для повышения надежности электроснабжения устройства автоматического ввода резерва (АВР), включая быстродействующие АВР (БАВР), базирующиеся на использовании совместно с электрогенераторными установками, не обеспечивают требуемых показателей качества электрической энергии у потребителя из-за их недостаточного быстродействия.

Традиционные технические средства и решения не способны эффективно ликвидировать кратковременные нарушения электроснабжения (КНЭ) длительностью менее 0,15 с. Наиболее современным техническим решением данной задачи является создание систем гарантированного электроснабжения (СГЭ) с использованием в их составе источников бесперебойного питания (ИБП) с двойным преобразованием энергии, запасенной в аккумуляторных батареях (АБ).

В этой связи задача обоснования структуры и параметров СГЭ с использованием ИБП на предприятиях с непрерывным технологическим циклом представляется актуальной.

Решением этой задачи занимался ряд известных ученых, среди которых Бак С.И., Веников В.А., Гамазин С.И., Абрамович Б.Н., Ершов М.С., Круглый А.А., Меньшов Б.Г., Яризов А.Д. и др.

Цель работы. Обоснование структуры и параметров системы гарантированного электроснабжения, обеспечивающих непрерывность технологических процессов при кратковременных нарушениях электроснабжения в электрической сети и безаварийное завершение протекающих процессов при длительных нарушениях.

Идея работы. В системе гарантированного электроснабжения, предназначенной для обеспечения непрерывности технологического процесса, необходимо применение резервного генератора переменного тока и источника бесперебойного питания с двойным преобразованием энергии, который при возникновении нарушений в централизованной системе без нарушения непрерывности электропитания обеспечит потребителей электроэнергией допустимого по условиям устойчивости электроустановок качества на время запуска генератора и приема им нагрузки.

Научная новизна:

1. Выявлены зависимости глубины и длительности провалов напряжения и уровня его восстановления, при которых система гарантированного электроснабжения обеспечит непрерывность и безаварийность завершения технологических процессов, от параметров, характеризующих систему электроснабжения, вид и степень загрузки потребителей.

2. Обоснованы структура и параметры системы гарантированного электроснабжения, состоящей из источника бесперебойного питания, подключенного к шинам, питающим потребителей первой категории по надежности, и резервной электрогенераторной установки, электромагнитно-совместимых между собой, с сетью и электроприемниками при минимизации массогабаритных показателей и обеспечивающей бесперебойную работу технологических установок при кратковременных и длительных отказах во внешней сети.


Основные задачи исследования:

1. Выявление зависимости формирования графиков нагрузки от их технологической значимости в непрерывном производственном цикле.

2. Выявление зависимости минимально допустимого уровня питающего напряжения электропотребителей особой группы первой категории от параметров питающей сети и изменения нагрузки.

3. Разработка математической модели электромеханических комплексов с непрерывным технологическим циклом и оценка влияния параметров КНЭ на устойчивость их работы.

4. Обоснование рациональной структуры, параметров и разработка схемотехнических решений СГЭ промышленных потребителей с непрерывным технологическим циклом.

5. Обоснование выбора рациональных накопителей электрической энергии, применяемых в ИБП для улучшения их энергетических и массогабаритных показателей.

Методы исследований: в работе использованы положения теорий электрических цепей, систем электроснабжения электротехнических комплексов, теории гидравлики, методы моделирования электромагнитных процессов в системах электроснабжения с использованием пакета MatLab.

Защищаемые научные положения:

1. Обоснование уровней показателей качества электрической энергии, включая глубину и длительность провалов напряжения, при которых обеспечивается непрерывность и устойчивость технологических процессов с потребителями электрической энергии первой и особой групп, необходимо проводить из условий обеспечения статической и динамической устойчивости электроустановок с соблюдением структурной и параметрической избыточности и минимизации мощности источника бесперебойного питания в течение времени, необходимого для запуска и вывода на установившийся режим вспомогательной электростанции.

2. Выбор структуры, основных параметров и режима работы системы гарантированного электроснабжения на основе химических накопителей электрической энергии в сетях предприятий с непрерывным технологическим циклом следует проводить на основании выявленных по результатам математического моделирования и экспериментальных исследований зависимостей уровня питающего напряжения электрооборудования от потребляемой мощности, коэффициента использования, параметров питающей сети и комплексного анализа графиков электрических нагрузок для обеспечения безаварийного завершения технологического процесса при отказах централизованной системы электроснабжения.

Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, основывается на сходимости результатов математического моделирования и экспериментальных исследований режимов работы электрооборудования предприятий с непрерывным технологическим циклом с СГЭ не ниже 90%. Они также подтверждаются результатами исследований других авторов.

Практическая ценность диссертации:

- разработана методика определения влияния параметров КНЭ на устойчивость работы электрооборудования промышленных потребителей с непрерывным циклом производства;

- определены максимально допустимые уровни и длительности провалов питающего напряжения ПЭД по условию динамической устойчивости при вариации глубины его подвески в скважине и коэффициента загрузки;

- обоснована структура СГЭ, применение которой обеспечит непрерывность и при необходимости завершение технологического процесса, содержащая ИБП, мощность которого определяется из условий динамической устойчивости электрооборудования.

Реализация результатов работы.

Рекомендации по выбору состава и параметров СГЭ, включая параметры аккумуляторных батарей, переданы в ОАО «Соматлорнефтегаз» и ОАО «Севкабель».

Личный вклад автора:

- разработана математическая модель гидромеханического комплекса УЭЦН – насосно-компрессорный трубопровод (НКТ);

- разработана в среде MatLAB, пакет SimuLink математическая модель, позволяющая выявить глубину и длительность провалов напряжения и уровня его восстановления из условия обеспечения динамической устойчивости двигательной нагрузки;

- произведены исследования электромагнитных процессов в системе электроснабжения при наличии двигательной нагрузки и вариации величины, времени провала напряжения и последующего уровня его восстановления, параметров питающей сети и изменения нагрузки;

- разработана структура СГЭ промышленных потребителей с непрерывным технологическим циклом;

- разработаны рекомендации по выбору параметров ИБП в составе СГЭ, включая АБ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на конференции «Геоэкологические и инженерно-геологические проблемы развития гражданского и промышленного комплексов города Москвы» (Москва, 2008 г.); IX Международной конференции «Новые идеи в науках о земле» (Москва, 2009 г.); II всероссийской научно-технической конференция «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (Уфа, 2009 г.); на международной конференции Freiberger forschungforum 60 «Challenges and solutions in mineral industry» (Freiberger 2009); международной научно-практическая конференция "XXXVIII НЕДЕЛЯ НАУКИ СПбГПУ" (СПб, 2009 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 173 страницах, содержит 73 рисунка, 43 таблицы, список литературы из 127 наименований.

Во введении дается общая характеристика работы, обоснована актуальность создания рациональных источников бесперебойного электроснабжения на предприятиях с непрерывным технологическим циклом.

В главе 1 приведена характеристика рассматриваемой научно-технической проблемы повышения надежности и бесперебойности электроснабжения при провалах напряжения различной длительности из условия обеспечения непрерывности технологических процессов и безаварийности их завершения.

В главе 2 разработана математическая модель электромеханического комплекса ПЭД-ЦН, учитывающая вариацию параметров питающей сети, характер изменения нагрузки и позволяющая оценить динамическую устойчивость электродвигателя при изменении глубины, длительности провала и последующего уровня восстановления UВ.

В главе 3 выявлены допустимые провалы напряжения и их длительность, при которых обеспечивается устойчивость УЭЦН. Обоснована допустимость снижения напряжения на АБ до уровня 0,8Uн.

В главе 4 предложена структурная схема СГЭ промышленных потребителей с непрерывным технологическим циклом, разработаны рекомендации по выбору ИБП и генераторной установки, обоснован выбор рациональных накопителей электрической энергии для минимизации массогабаритных показателей ИБП.

Заключение отражает обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и решенными задачами.

Защищаемые положения:

1. Обоснование уровней показателей качества электрической энергии, включая глубину и длительность провалов напряжения, при которых обеспечивается непрерывность и устойчивость технологических процессов с потребителями электрической энергии первой и особой групп должно проводиться из условий обеспечения статической и динамической устойчивости электроустановок с соблюдением структурной и параметрической избыточности и минимизации мощности источника бесперебойного питания в течение времени, необходимого для запуска и вывода на установившийся режим вспомогательной электростанции.

Для выявления условий, при которых достигается непрерывность и устойчивость технологических процессов с потребителями электрической энергии первой и особой группы разработана математическая модель, позволяющая выявить глубину и длительность провалов напряжения и уровня его восстановления из условия обеспечения динамической устойчивости двигательной нагрузки.

Модель разработана в среде MatLAB, пакет SimuLink. Полученная модель описывает работу электромеханических комплексов УЭЦН и ПЭД с учетом характеристик сети, глубины подвески электродвигателя и коэффициента использования по активной мощности. УЭЦН в наибольшей степени подвержены влияниям КНЭ, ввиду малой величины их электромеханической постоянной времени (0,3-0,5 с). Система уравнений имеет вид:

, (1)

где индекс d относится к продольной оси, q – к поперечной оси, k – к обмотке ротора, r – активное сопротивление; i – ток; Uм – напряжение на вводе в скважину; Мс –момент сопротивления УЭЦН; – время переходного процесса; – угол между продольными осями статора и ротора, xs – индуктивное сопротивление сети, xl – индуктивное сопротивление рассеяния статора, r1, х1 – активное и индуктивное сопротивление кабеля, питающего ПЭД.

Все параметры в системе уравнений (1) представлены в относительных единицах (о.е.) (система равных взаимоиндуктивностей). Электромеханическая постоянная времени вращающихся масс Tj выражены в радианах. Поскольку длина кабеля, питающего ПЭД, достигает 1,5 км и более, учтено его влияние на устойчивость электромеханической системы при КНЭ.

Момент сопротивления Мс определяется в соответствии со струйной теорией работы турбомашин из уравнения (2):

,(2)

где номинальный момент при номинальных потребляемых мощностях Рмех, подаче qном, и частоте вращения вала насоса nн, А, В, С, D – коэффициенты уравнений, описывающих индивидуальные характеристики ЭЦН; число колес центробежного насоса, определяемое отношением предварительно рассчитанного напора развиваемого насосом (h) к напору на одну ступень hк; n – частота вращения ЭЦН; Rг – коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротивление НКТ; hг – геодезическая высота подъема пластовой жидкости.

Блок-схема разработанной модели электромеханического комплекса, позволяющая выявить его поведение при КНЭ, представлена на рис.1. В результате моделирования выявлены зависимости допустимой глубины и длительности провалов напряжения и уровня его восстановления из условия обеспечения динамической устойчивости двигательной нагрузки.

На рис.2 представлены зависимости предельно допустимой глубины провалов напряжения Uпр, при которой обеспечивается динамическая устойчивость УЭЦН не зависимо от продолжительности его существования, при различных глубинах подвески ПЭД (l) и коэффициента использования ПЭД (Ки). Как следует из рис.2 при Ки=1 и l=1600 м предельно допустимая глубина провала составляет 0,18 о.е. За базис для Uпр принято номинальное напряжение ПЭД. С уменьшением Ки и l предельно допустимая величина Uпр увеличивается и достигает 0,58 о.е. при Ки=0,5 и l=600 м.

На рис.3 и 4 приведены зависимости допустимой глубины провалов напряжения от длительности и уровней его восстановления при Ки=1.

Из рис.3 следует, что при l=1600 м и Ки=1 Uд = 0,3 о.е. при длительности tпр = 0,18 с и Uв = 0,8Uн. При l=1000 м и Ки=1 Uд = 0,4 о.е. при длительности tпр = 1,25 с и Uв = 0,8Uн. Таким образом, с уменьшением глубины подвески ПЭД (l) и коэффициента его использования Ки увеличивается допустимая глубина и длительность провала напряжения, при которых обеспечивается непрерывность технологического процесса. При уменьшении напряжения восстановления до 0,7 Uн (см. рис.4) предельная величина допустимой потери напряжения при l=1000 м и длительности существования провала 0,45 с составляет 0,4 о.е. Полученные зависимости позволяют определить предельно допустимую глубину провалов напряжения в системе электроснабжения УЭЦН и напряжение на выходе источников бесперебойного питания, при которых обеспечивается динамическая устойчивость технологического процесса.

Для подтверждения достоверности результатов моделирования на рис. 5 приведены зависимости скольжения для двигателя ПЭД от времени и глубины провала напряжения. Зависимости построены применительно к глубине подвески 1600 м и коэффициенту использования kи=1. Кривая 1 соответствует провалу напряжения U=0,3 о.е. кривая 3 - U=0,4 о.е из рисунка следует что при провале напряжения 0,4 о.е длительностью 0,15 с. нарушается устойчивость работы ПЭД, что соответствует результатам моделирования.



Pages:   || 2 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.