компания «Технорос»
Система мягкого частотного пуска
СМПЧ
(краткое описание)
2006
2. Назначение
1.1 Система мягкого частотного пуска СМПЧ (в дальнейшем СМПЧ) предназначено для частотного пуска синхронных электродвигателей напряжением 6, 10 кВ, мощностью 1…10 МВт механизмов с вентиляторным характером нагрузки, а также механизмов с тяжелыми условиями пуска (например, приводов шаровых мельниц). По спецзаказу возможно изготовление СМПЧ на большие мощности - 10…40 МВт.
1.2 СМПЧ обеспечивает:
- частотный пуск от нуля до заданной частоты вращения с ограничением пускового тока двигателя на уровне 0,5…1,5 Iн (Iн – номинальный ток двигателя);
- пуск с моментом близким к номинальному или ниже номинального (в соответствии с заданной уставкой);
- снижение потерь в обмотке статора и ротора при пуске по сравнению с прямым пуском;
- снижение динамических моментов в кинематической схеме “двигатель”-“механизм” по сравнению с прямым пуском;
- торможение приводного двигателя с рекуперацией (возвратом) энергии в питающую сеть;
- повторное включение электропривода при вращении электродвигателя на выбеге в рабочем диапазоне частот вращения;
- автоматическую синхронизацию приводного двигателя с питающей сетью по принципу точной синхронизации.
- принципиальное отсутствие ограничений на допустимое число пусков подряд (в течение часа) и суммарное за время эксплуатации.
1.3 СМПЧ используется для обеспечения технологической гибкости с целью экономии энергоресурсов, сбережения технического ресурса и продления срока службы двигателей. Возможно использование СМПЧ для пуска одного или группы двигателей.
1.4 Применение СМПЧ привлекательно в тех случаях, когда внедрение устройств плавного пуска невозможно, а использование полнофункциональных преобразователей частоты сдерживается по экономическим соображениям или из-за слишком высоких габаритов.
1.5 Габариты и стоимость, основополагающие параметры преобразователя частоты. Для их снижения (противоречивая задача) силовая схема СМПЧ была оптимизирована для повторно-кратковременного режима, а также модифицированы функции защиты и управления.
3. Структура условного обозначения
 |
 |  |
 | |
Пример записи: СМПЧ – В – 6/1…3,15 (Устройство мягкого частотного пуска для пуска синхронных электродвигателей напряжением 6, мощностью 1…3,15 МВт механизмов с вентиляторным характером нагрузки).
4. Примеры использования СМПЧ
Как уже отмечалось в разделе 1. СМПЧ занимает промежуточное место между традиционными устройствами мягкого асинхронного пуска, используемыми для пуска ненагруженных двигателей (момент сопротивления меньше 0,3-0.4 момента номинального) и преобразователями частоты, применяемыми для регулирования производительности (и соответственно пуска) агрегатов с приводным синхронным двигателем. Тем не менее, специализация преобразователя частоты для целей пуска позволила снизить цену и габаритные размеры устройства, что позволяет рассматривать достаточно широкий перечень возможных применений СМПЧ.
3.1 В районах с ограниченной мощностью электроэнергетических систем, например, по пути следования нефте - и газопроводов, для пуска электродвигателей от газопоршневых станций, ветро - или дизель-генераторов. В этом случае пуск двигателя или невозможен или вызывает сбои в работе параллельных потребителей электроэнергии.
3.2 Пуск приводов на базе высоковольтных синхронных двигателей с вентиляторным характером нагрузки но с большими маховыми массами, например, приводы эксгаустеров.
3.3 Механизмы с тяжелыми условиями пуска (шаровые и рудничные мельницы) требуют возможности пуска под нагрузкой. Традиционные устройства плавного пуска не удовлетворяют требованиям пускового режима. Однако, использование полнофункциональных преобразователей частоты только для пуска избыточно и экономически нецелесообразно. Применение СМПЧ-М позволяет удовлетворить все требования к пуску таких механизмов.
3.4 Электрические машины мощностью более 10 МВт (турбо и гидро-генераторы, компенсаторы реактивной мощности, турбодвигатели и т. д.).
Прямой пуск таких мощных агрегатов вследствие общеизвестных негативных факторов при прямом пуске строго ограничен и регламентирован. Применение традиционных устройств мягкого пуска ограничивается несколькими факторами:
- ограничением числа пусков подряд крупных машин по соображениям допустимой температуры при пуске;
- снижением экономической эффективности от применения систем мягкого пуска, т. к. из-за сравнительно больших пусковых токов необходимо применять мощные тиристоры, предусматривать защиту в случае питания от мощных вводов высокого напряжения.
В этих случаях целесообразнее использование устройства с меньшей установленной мощностью (но более эффективного благодаря высокому пусковому моменту устройств на базе ПЧ) по сравнению с традиционным устройством мягкого пуска.
Таким образом, по сумме обстоятельств для пуска механизмов 20…40 МВт целесообразно использование СМПЧ-Т.
3.5 Особо следует отметить применение СМПЧ для приводов магистральных газопроводов, которые оснащены электродвигателями СТД, СТДМ мощностью 4…12,5 МВт с массивным цельнолитым ротором.
Изменение объемов газоперекачки вызывает необходимость регулирования производительности компрессорных станций. Каждый прямой пуск компрессорного агрегата существенно снижает срок службы двигателя и вызывает «просадки» в питающей сети. Поэтому в настоящее время регулирование производительности важная задача для перекачивающих подстанций.
Применение преобразователей частоты позволило бы решить проблемы энергопотребления и снять ограничения по числу пусков компрессорных агрегатов. Однако, использование полнофункциональных преобразователей частоты для длительной работы ограничивается несколькими факторами:
1) Ротор высокоскоростных турбодвигателей типа СТД, как правило, выполняется цельнометаллическим, а не шихтованным. В результате при длительной работе высшие гармоники тока, которые всегда присутствуют на выходе преобразователя, вызывают повышенный нагрев ротора двигателя.
2) Негативное влияние на сеть преобразователя частоты при полной загрузке компрессорного агрегата.
Использование традиционных устройств плавного пуска для использования в составе электропривода компрессорного агрегата невозможно, т. к. по требованиям технологии загрузка компрессорных агрегатов при пуске не является минимальной и исключает оптимальный режим пуска.
При использовании преобразователя частоты для пуска его влияние на сеть существенно ниже чем при номинальном режиме, т. к пуск производится все-таки разгруженного агрегата и плюс время пуска кратковременно (доли минуты), что исключает существенное влияние на сеть. Однако, использование полнофункциональных преобразователей частоты только для пуска компрессорных агрегатов избыточно.
Нашим предприятием предлагается применение СМПЧ, которое дешевле полнофункционального преобразователя частоты.
Внедрение СМПЧ приведет к существенному снижению энергозатрат на транспорт газа за счет возможности включения требуемого количества агрегатов для реализации заданной производительности компрессорной станции.
5. Технические характеристики СМПЧ
5.1. Общее описание СМПЧ
4.1.1 Устройство мягкого частотного пуска СМПЧ типоисполнений В, М, Т построено по схеме вентильного двигателя и включает в себя высоковольтный выпрямитель, сглаживающий дроссель в звене постоянного тока и инвертор подключенный к обмоткам приводного двигателя.
4.1.2 СМПЧ типоисполнения Н характеризуется низковольтной преобразовательной частью и наличием согласующих трансформаторов на входе и выходе. Возможно использование как масляных, так и сухих трансформаторов.
4.1.3 Конструктивно силовая схема СМПЧ размещается в вентильных секциях, соединенных через обмотки сглаживающего дросселя.
4.1.4 Шкафы выпрямителя и инвертора собраны в виде щита силового, обслуживание шкафов двухстороннее. Габаритные размеры щита силового приведены в таблице 1.
Таблица 1. Основные технические характеристики СМПЧ (высота изделий приведена с учетом опорного пояса и вентиляторов).
|
|
| Габаритные размеры | ||
Длина (по фронту), мм | Глубина, | Высота, | |||
СМПЧ – Н - 6/0,5…1,25 | 6 | 0,5…1,25 | 900 | 800 | 2 550 |
СМПЧ – В - 6/1…3,15 | 6 | 1…3,15 | 2 500 | 800 | 2 550 |
СМПЧ – М - 6/1…4 | 6 | 1…4 | 2 800 | 800 | 2 600 |
СМПЧ – В - 6/4…10 | 6 | 4…10 | 3 000 | 1 000 | 2 600 |
СМПЧ – М – 6/5…10 | 6 | 5…10 | 3 200 | 1 000 | 2 600 |
СМПЧ – В – 10/2…5 | 10 | 2…5 | 2 800 | 1 000 | 2 550 |
СМПЧ – М – 10/2…10 | 10 | 2…10 | 3 200 | 1 000 | 2 600 |
СМПЧ – Т – 10/10…15 | 10 | 10…15 | 3 500 | 1 000 | 2 600 |
Примечание – изготовление СМПЧ с номинальными данными отличными от приведенных в таблице 1 осуществляется по спецзаказу.
4.1.5 Исполнение шкафов по степени защиты согласно ГОСТ 14254-96 - IР21, кроме мест выхода охлаждающего воздуха и подключения кабелей, где допускается исполнение по классу IР00.
4.1.6 Силовые схемы управляемого выпрямителя и силового инвертора аналогичны. Они построены по схеме трехфазного моста - шестипульсной схеме. Каждое из шести вентильных плечей выпрямителя (инвертора) составлена из "n" последовательно включенных тиристоров, которые установлены в блоках с миниатюрными пластинчатыми охладителями.
4.1.7 В СМПЧ используются широко распространенные серийно выпускаемые в СНГ тиристоры.
4.1.8 Охлаждение элементов силовой схемы принудительное за счет встроенных вентиляторов, расположенных в верхней части шкафов СМПЧ. Забор воздуха осуществляется через проемы в нижней части шкафов. Выброс воздуха – в помещение через вентиляторы, которые установлены сверху.
4.1.9 Микропроцессорная система управления выполнена в виде печатных плат, расположенных в экранированном отсеке.
4.1.10 В режиме дистанционного управления СМПЧ обеспечивает связь с внешней системой автоматики дискретными сигналами типа «сухой» контакт.
4.1.11 В режиме дистанционного управления может осуществляться связь с внешней системой автоматики по цифровому каналу с интерфейсом RS-485.
4.1.12 Подвод входного напряжения и подключение нагрузки производится снизу шкафа силовыми кабелями с медными или алюминиевыми жилами.
4.1.13 Сглаживающий дроссель поставляется комплектно. Для симметрирования силовой схемы сглаживающий дроссель может быть выполнен с расщепленной обмоткой (с двумя полуобмотками). Параметры дросселя указываются в эксплуатационной документации.
4.1.14 Необходимость установки токоограничивающих реакторов на входе СМПЧ типоисполнений В, М, и на выходе (для типоисполнения Т) определяется исходя из мощности короткого замыкания в точке подключения. Как правило, токоограничивающие реакторы применяется в том случае, если токи короткого замыкания в питающей сети превышают 17 - 20кА. Для СМПЧ типоисполнения Н функции токоограничивающих реакторов выполняют входной и выходной трансформаторы.
5.2. Защиты и световая сигнализация
4.2.1 В связи с применением последовательного включения силовых тиристоров в УМПЧ осуществляется контроль целостности тиристоров перед каждым пуском.
4.2.2 Использование современных электроизоляционных материалов обеспечивает высокую электроизоляционную прочность и надежность устройства.
4.2.3 Микропроцессорная система управления обеспечивает неизменность выбранных параметров за время эксплуатации, индикацию параметров работы СМПЧ, а также диагностику и индикацию возможных неисправностей.
4.2.4 СМПЧ обеспечено следующими защитами:
- от недопустимых перегрузок по току.
- от внутренних перенапряжений;
- от токов внутренних и внешних (со стороны нагрузки) коротких замыканий.
- от исчезновения или недопустимого снижения напряжения собственных нужд.
- защитой от недопустимого количества вышедших из строя тиристоров (перед каждым пуском);
- защитой от нарушения проводимости одной ветви силовой цепи;
- от открывания дверей силовой части при поданном на нее силовом напряжении.
- Если пуск двигателя не завершился в течение установленного времени, выдается команда останова с расшифровкой причины останова и индикацией на дисплее.
4.2.5 СМПЧ имеет световую сигнализацию:
- наличия или отсутствия напряжения 6, 10 кВ на зажимах щита;
- наличия или отсутствия оперативного напряжения 380 В;
- закрытия дверей шкафов;
- готовности к работе УМПЧ.
6. Состав
5.1 Щит силовой СМПЧ;
5.2 Дроссель сглаживающий;
5.3 Коммутационная аппаратура.
Примечание - Тип и количество изделий в составе СМПЧ уточняются на этапе согласования технического задания.
|
|
 |
Рисунок 2 - Однолинейная функциональная схема электропривода с применением СМПЧ-Н.
В, И - Щит силовой СМПЧ;
L - Дроссель сглаживающий ДСМ-П;
ТВ – тиристорный возбудитель;
РБ – токоограничивающий реактор
МВ - штатная высоковольтная ячейка двигателя;
QS ‑ высоковольтная ячейка для подключения СМПЧ;
Q – контактор (выключатель) в составе контакторного шкафа ШВК.
Примечание – перечень коммутационного оборудования уточняется дополнительно.
 |
| |
|
Рисунок 3 - Однолинейная функциональная схема электроснабжения типовой насосной станции с применением СМПЧ-В.
7. Условия эксплуатации
6.1 Шкафы и щиты в составе СМПЧ предназначены для эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатом (климатическое исполнение и категория размещения УХЛ4 по ГОСТ 15150-69) при температуре от плюс 1°С до плюс 40°С, относительная влажность не более 80% при температуре плюс 20°С.
6.2 Окружающая среда – невзрывоопасная. Атмосфера в районах установки типа II по ГОСТ 15150-69. Содержание нетокопроводящей пыли в помещениях, в которых устанавливаются шкафы, не должно быть более 0,5 мг/м3.
6.3 Высота установки над уровнем моря - до 1000 м.
6.4 Группа условий эксплуатации в части воздействий механических факторов внешней среды - М2 по ГОСТ 17516-72.
6.5 Рабочее положение шкафов вертикальное, допускается отклонение от вертикального положения в любую сторону на угол не более 5°.
6.6 Электропитание силовых цепей УМПЧ по ГОСТ 13109-87 должно соответствовать следующим требованиям:
- Напряжение питающей сети – 6, 10 кВ ± 10%, 50 Гц.
- Отклонение частоты от номинального значения не более 2 %.
- Напряжение собственных нужд для питания щита силового 3×380 В ± 10 %, 50 Гц.
- Напряжение собственных нужд должно быть синфазным с напряжением силовых цепей или сдвинуто по отношению к нему на угол 30°.
8. Сроки службы и хранения. Гарантии.
7.1 Гарантийный срок эксплуатации - 12 месяцев со дня ввода оборудования в эксплуатацию, но не более 18 месяцев со дня отгрузки с предприятия - изготовителя при условии выполнения наладочных работ уполномоченными специалистами ИЗГОТОВИТЕЛЯ.
7.2 Допустимый срок сохранности в упаковке и консервации завода-изготовителя один год.
7.3 Срок службы оборудования не менее 15 лет (в том числе срок хранения 1 год в консервации в складских помещениях) при соблюдении сроков и объемов плановых осмотров и ремонтов, указанных в эксплуатационной документации.
7.4 Указанные сроки службы действительны при условии соблюдения потребителем требований действующей документации.
7.5 Изготовитель снимает гарантийные обязательства на оборудование, подвергшееся ремонту в период гарантийного срока без согласования или участия Изготовителя.
