Сегодня понижение напряжения или полное отключение электроснабжения являются наиболее серьезными и критическими проблемами для качества энергоснабжения. Резкие отклонения напряжения электроснабжения в технологических установках производств, могут стать причиной полной остановки производственного процесса и длительных периодов простоя. Сложные непрерывные технологические процессы в химии, нефтехимии и нефтепереработке успешно проходят лишь при определенных значениях температуры, давления, установленном соотношении компонентов, участвующих в химических реакциях. Нарушение этих параметров приводит, в лучшем случае, к браку продукции, а в худшем – к неконтролируемому процессу, следствием которого становятся выбросы экологически вредных веществ в окружающую среду. Короткие замыкания в питающих сетях неизбежны и число их растет в силу изношенности оборудования, коротких замыканий, климатических воздействий, ошибочных действий персонала.

Помимо сложностей, связанных с местом короткого замыкания не мене сложную задачу преподносит электропривод с механизмами. Наиболее благоприятным с точки зрения поддержания напряжения на шинах подстанции является СД с нагрузкой на валу не меняющейся во времени. Например, центробежный насос, центробежный вентилятор, многоступенчатый поршневой компрессор и т. д. Постоянный момент на валу двигателя (или незначительно изменяющийся во времени) создает «стабильный» угол между вектором тока и вектором напряжения. Кинетическая энергия, запасенная вращающимся механизмом постоянная. При коротком замыкании во внешней цепи кинетическая переводит эл. двигатель в режим генератора. Мощность генерируемой энергии не зависит от момента КЗ, а зависит от механизма, мощности двигателя, его загрузки и режима возбуждения.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Одним из основных способов повышения надежности электроснабжения ответственных потребителей, получающих питание от двух независимых источников, было и остается использование средств автоматического включения резерва (АВР). Однако, применение на подстанциях и распределительных пунктах с синхронными двигателями устройствам АВР с традиционным алгоритмом функционирования пускового органа и всего комплекса в целом в большинстве случаев оказывается неэффективным[1,2]. Суммарное время штатного АВР складывается из времени работы пускового органа, фиксирующего факт потери питания и запускающего схему ресинхронизации; выдержки времени, обусловленной ожиданием режима, допускающего возможность повторного включения к электрической сети; собственного времени отключения выключателя ввода; собственного времени включения секционного выключателя. Необходимость гашения поля синхронных двигателей не позволяет получить время АВР в расчетных режимах потери питания менее 0,9 с, а время перерыва электроснабжения - не менее 1,2 с. Так как подобные перерывы питания неизбежно приводят к нарушению динамической, а в ряде случаев и результирующей устойчивости синхронных двигателей, и разладке непрерывного технологического процесса на промышленных предприятиях, эффективность обычного АВР оказывается весьма низкой.

Под устройством быстродействующего АВР (БАВР) понимаем устройства, позволяющие осуществить переключение электропитания на резервный источник за время, менее 100 мс (при этом в большинстве случаев обеспечивается сохранение устойчивости электродвигательной нагрузки распределительных устройств (РУ) напряжением 6, 10, 35 кВ).

Внедрение БАВР очень актуально современных условиях на предприятиях нефтедобывающей, нефтехимической, химической, металлургической, горнодобывающей промышленностях, насосных станциях систем водо - и теплоснабжения, так как ущерб от кратковременных нарушений электроснабжения приводит к выходу из строя электрооборудования, снижению ресурса элементов систем электроснабжения. Опыт показывает, что при внедрении БАВР необходимо учитывать сложную структуру распределительной сети системы электроснабжения, убедиться в наличии двух не зависимых источников питания для подстанций, оценить затраты на установку комплексов БАВР и ущерб от последствий работы существующей автоматики АВР. Все это позволит не только избежать повторных пусков электродвигателей, но и позволит кардинально изменить главную электрическую схему (отпадает необходимость в реакторах), что в конечном итоге приведет к значительному сокращению расходов при реализации новых проектных решений.

В работе проведен анализ схем электроснабжения нефтеперерабатывающих заводов; описаны принципы работы и схемы построения устройств БАВР. В исследованиях проведен анализ конфигурации устройств БАВР, который показал низкую эффективность пуска БАВР SUE 3000 по блоку контроля обратной мощности и излишние инициации срабатывания БАВР этим блоком при пуске высоковольтной электродвигательной нагрузки, в связи чем предложено исключить из конфигурации пуск БАВР по этому признаку. Разработана и предложена новая конфигурация записи дискретных сигналов осциллографа неисправностей БАВР SUE 3000, позволяющая контролировать и анализировать положений вводных и межсекционных выключателей в момент переключения, используемого способа переключения (быстрое переключение, переключение при первом совпадении фаз и т. д.), выбора направления переключения[3,4].

Выполнены расчеты электрических нагрузок, токов короткого замыкания, остаточных напряжений, потери и потоков мощности, угла сдвига фаз, искажений синхронности в трансформаторах.

С целью подтверждения расчетных данных выполнены исследования на модели. В программе Simulink matlabсобрана схема подстанции с двумя независимыми источниками.

Рисунок 1 – Модель трансформаторной подстанции 6/0.4 кВ

В программе Simulink matlab смоделирована трансформаторная подстанция  ТП-40 одного из крупнейших нефтеперерабатывающих предприятий. Данная модель представляет собой систему электроснабжения напряжением 0,4 кВ.

Подстанции получает питание от дух независимых источников 6  кВ, моделирует трехфазный источник переменного напряжения блок Three-Phase Source, который включает в себя три источника переменного напряжения, соединенных в звезду. Каждая фаза источника обладает внутренним активно-индуктивным сопротивлением. В качестве сопротивления сборных шин применен блок Three-Phase Series RLC Branch, который моделирует трехфазную цепь, состоящую из RLC - цепей. Роль вводных и меж секционного выключателей моделирует трехфазное устройство включения и выключения переменного тока Three-Phase Breaker.

Рисунок 2 – Осциллограмма напряжения на первой секции

Рисунок 3 – Осциллограмма тока на первой секции

Рисунок 4 – Осциллограмма мощности первой секции

В момент времени 0,033 секунды отключается питание второй секции и замыкается меж секционный выключатель. Все электроприемники двух секций получают питание с трансформатора Т1.

Рисунок 5 – График переходного процесса напряжения при срабатывании БАВР

Рисунок 6 – График переходного процесса мощности при срабатывании БАВР

Как видно по осциллограммам, потребляемый ток и мощность соответствуют результатам, полученным в расчетах. При подключении второй секции напряжение просело, а ток и мощность возросли.

Вывод:

Проектное решение по внедрению БАВР обеспечит надежное и непрерывное электроснабжение потребителей в случае аварийных и ненормальных режимов в питающих и распределительных электрических сетях;

- повысит остаточные напряжения на шинах подстанций 6 и 0,4кВ - исключит отпадание магнитных пускателей, контакторов и реле в цепях питания потребителей 0,4кВ, предотвратит сбои работы систем АСУ ТП и КИПиА;

- предотвратит перерывы в работе технологического оборудования;

- повысит ресурс работы электродвигателей и трансформаторов ввиду отсутствия необходимости повторных пусков агрегатов;

- снизит риски технологических нарушений и экологических катастроф при перерывах электроснабжения в питающей сети;

- повысит уровень автоматизации производства, позволит  увеличить

производительность и снизить эксплуатационные расходы;

Выбор сечений кабельных линий 0,4 кВ выполнен по следующим показателям:

    по наибольшему длительно допустимому току нагрузки из условий нагрева в рабочем и аварийном режимах, в соответствии с аппаратом защиты; по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты; по условиям обеспечения отклонений напряжения на зажимах электроприемников в пределах допустимых значений; по условиям работы защиты при коротких замыканиях в начале и конце линии. 

Для реализации БАВР необходимо существование, по меньшей мере, двух синхронных фидеров, независимых друг от друга в нормальных условиях эксплуатации. Анализ схемы электроснабжения показал, что существующая система электроснабжения является глубоко секционированной. Секционирование сборных шин охватывает как напряжение 6 кВ, так и 0,4 кВ. Это позволяет реализовать БАВР как на секциях 6 кВ, так и на секциях 0,4 кВ.

- Необходимым условием реализации БАВР является наличие быстродействующих коммутационных аппаратов. В системе электроснабжения в качестве вводных и межсекционных выключателей на напряжение 6 кВ используются выключатели LF3производства Merlin Gerin(Шнейдер Электрик).

- БАВР реализуется при наличии быстродействующих микропроцессорных терминалов защиты, инициализирующих работу БАВР.

- Одним из условий быстрого переключения является критерий - угол сдвига фаз между напряжениями секций ??<±??max(?20?).

- Разность частот напряжений секций не должна превышать допустимого значения ?f<?fmax., где ?fmax=1 Гц. Данный критерий обеспечивается энергосистемой и местными ТЭЦ.

- Уровень напряжения неповрежденной («резервной») секции Umin?0,8 Unom, а уровень напряжения секции с повреждением в питающей сети Umin?0,7 Unom. Данный критерий обеспечивается энергосистемой и местными ТЭЦ.

- Потери напряжения в кабельных линиях и других элементах системы электроснабжения меньше допустимых значений, что позволяет сделать вывод о правильности подбора сечений проводников и допустимости эксплуатации после внедрения БАВР.

- Силовые трансформаторы системы электроснабжения загружены в нормальном режиме не более, чем на 50%, что соответствует действующим нормам и правилам.