Опыт внедрения вентильно-индукторных электроприводов на объектах ОАО «МОЭК» с целью повышения надёжности теплоснабжения

В сочетании с указанными свойствами и регулировочными характеристиками, присущими частотно-регулируемому электроприводу, новый электропривод является перспективным в применении.

Ключевые слова: вентильно-индукторный электропривод, нарушение электропитания, непрерывный процесс, ответственный механизм.

В ОАО «МОЭК» широко внедряются энергосберегающие технологии [1], в том числе с применением частотно-регулируемого электропривода ответственных механизмов. В частности, на сетевых насосах, дутьевых вентиляторах и дымососах теплостанций эксплуатируется около 60 единиц высоковольтных ЧРП, внедрение которых начато в конце прошлого века. Результатом их эксплуатации является ощутимая экономия э/э, составляющая в среднем 30% для сетевых насосов, 40% - дутьевых вентиляторов и до 75% для дымососов.

Опыт эксплуатации регулируемых электроприводов этого класса механизмов выявил проблему, связанную со снижением надёжности тепловодоснабжения в условиях кратковременных нарушений электропитания по вводам теплостанций [2]. Это связано с повышенной чувствительностью силовой преобразовательной техники к качеству электропитания. Функция автоматического перезапуска, имеющаяся в современных преобразователях частоты, не решает проблему безостановочной работы котлов по причине малости уставок времени технологических защит, измеряемых единицами секунд.

Следствием нарушений электропитания, которые можно отнести к непреодолимым обстоятельствам, и указанных свойств ЧРП является резкое увеличение количества остановов котлов и теплостанций в среднем с 2 до 10 в год [2,3]. Для продолжения программы энергосбережения и совершенствования технологии производства тепловой энергии без указанного недостатка выявилась необходимость разработки и промышленных испытаний принципиально нового электропривода, способного решить указанную проблему. Таким приводом является многосекционный вентильно-индукторный электропривод с мощностным рядом от 250 до 1250 кВт и частотой вращения до 3000 об/мин.

Разработка такого регулируемого электропривода выполнена в ОАО «МОЭК» при участии ООО «Центртехкомплект», кафедры автоматизированного электропривода и кафедры электротехнических комплексов автономных объектов Московского энергетического института [4, 5]. Изготовление основного оборудования осуществляется в ООО «Энергосбережение», г. Пущино, и «Сафоновском электромашиностроительном заводе», концерн «Русэлпром» .

Свойством нового электропривода, относящимся к повышению надёжности тепловодоснабжения, является его безостановочная работа при кратковременном нарушении электропитания. Это обеспечивается электропитанием секций электропривода от двух или более независимых вводов, одновременное нарушение по которым маловероятно (рис. 1).

Например, при нарушении ввода 1 часть секций отключается, а питающиеся от ввода 2 остаются в работе и за счет перегрузочной способности сохраняют регулируемый показатель на заданном уровне. После восстановления питания по вводу 1 все секции синхронизируются между собой, и режим работы восстанавливается. Все секции электрооборудования электропривода выполнены унифицированными и равнозначны с точки зрения алгоритмов управления, что позволяет реализовать так называемый «безмастерный» режим работы, который дает возможность при необходимости осуществлять ремонт или замену секций электропривода без останова оборудования. электроснабжение привод теплостанция Внедрение разработанного электропривода начато в 2006 г., а в настоящее время он в количестве 8 единиц эксплуатируется на сетевых насосах и тягодутьевых вентиляторах районных теплостанций «Жулебино», «Коломенское» [6,7] и «Пенягино». На рис. 2 показано размещение электроприводов на теплостанциях.

Созданный электропривод легко интегрируется как в существующие системы АСУ ТП, так и в разработываемые вновь в ходе модернизации станций. Связь с АСУ верхнего уровня реализована с помощью стандартного протокола Modbus-RTU. Существующие приводы работают с системами АСУ на контроллерах фирм Omron (PTC «Коломенская»), Allen-Bradley (PTC «Жулебино»), Текон (РТС «Пенягино», на стадии внедрения).

На рис. 3 демонстрируется работа системы автоматического регулирования давления воды в напорном трубопроводе теплостанции при нарушении электропитания в момент времени to. Наблюдается резкие колебания тока по вводам, а частота вращения сетевого насоса и давление изменились приблизительно на 2 и 4% соответственно. Столь незначительное изменение регулируемого показателя не сказывается на технологическом процессе.

Промышленные испытания показали, что регулировочные свойства нового электропривода точно такие же, как у уже ставшего традиционным частотно-регулируемого электропривода с асинхронным двигателем. Отличительные положительные свойства в сочетании с большей перегрузочной способностью низковольтных ПЧ обеспечивают устойчивость его работы при кратковременных нарушениях электропитания. Этому вопросу при испытаниях уделено особое внимание.

Следует отметить, что кроме описанного преимущества, которое практически исключило остановы котлоагрегатов по причине нарушения электропитания, имеются и другие. К таковым следует отнести возможность размещения оборудования на существующих производственных площадях без строительства отдельных помещений и более низкую стоимость комплекта в сравнении с высоковольтными преобразователями частоты.

За время эксплуатации регулируемых вентильно-индукторных электроприводов выявлены недостатки, которые устраняются в каждом последующем электродвигателе повышением точности изготовления, применением новых технологических приемов и совершенствованием конструкции. К недостаткам относятся повышенный шум, преждевременный выход из строя подшипников и датчика положения ротора. Первые два из названных устранены путём перехода к оптимизированной с точки зрения возникающих возмущений симметрированной магнитной системе с ротором с четным числом полюсов, с помощью специалистов фирмы SKF уточнена конструкция подшипниковых опор, а датчик положения ротора исключен программными средствами путём перехода к бездатчиковому векторному управлению. Результаты замеров подтверждают успех проведенных доработок. Так, уровень виброскорости на сагрегатированном и работающем под нагрузкой вентильно-индукторном электроприводе дутьевого вентилятора снизился в 5−8 раз до значений менее 2 мм/с. В настоящее время в режиме векторного бездатчикового управления 10-й месяц работает один из дутьевых вентиляторов РТС «Жулебино». Проведенные испытания позволяют утверждать, что векторное бездатчиковое управление вентильно-индукторным электроприводом обеспечивает все регулировочные характеристики аналогично работе привода с датчиком положения ротора в рамках требуемого диапазона регулирования скорости и мощности электропривода. По мере накопления опыта эксплуатации и выявления новых особенностей работы электроприводов он будет и впредь дорабатываться и развиваться. Следует также отметить, что спектр применимости данного типа электропривода достаточно широк и не ограничивается объектами ЖКХ [7].

Уже начата разработка электроприводов унифицированной серии с преобразователями частоты на напряжение 0,6 кВ, что позволит повысить мощность вплоть до 2,5 мВт при сохранении всех упомянутых преимуществ и устранении выявленных особенностей и недостатков. В процессе работы над созданием данного типа электропривода были применены уникальные идеи и применены новые разработки, которые защищены патентами РФ [8,9].

Разработанный комплектный электропривод имеет ряд преимуществ перед традиционным высоковольтным частотно-регулируемым электроприводом с асинхронным электродвигателем. Отметим наиболее существенные, относящиеся к использованию электроприводов на действующих предприятиях: меньшая стоимость в сравнении с высоковольтным частотно-регулируемым электроприводом на аналогичные мощности; возможность размещения оборудования на существующих площадях без строительства дополнительных помещений; возможность интеграции как в существующие системы АСУ ТП теплостанций, так и в качестве части проекта по модернизации АСУ ТП на базе различных контроллеров верхнего уровня.

Заключение

• 1. Разработанный и испытанный в промышленных условиях мощный вентильно-индукторный электропривод является перспективным при внедрении регулируемых приводов ответственных механизмов при реконструкции и новом строительстве объектов теплоэнергетики.
• 2. Применением нового регулируемого электропривода решается проблема безостановочности технологического процесса с повышенными требованиями к стабильности параметров. Это достигается, благодаря возможности секционированного исполнения электродвигателя и организации электропитания от двух или нескольких независимых вводов.

• 1. Ремезов А. Н., Сорокин А. В., Крылов Ю. А. Особенности массового внедрения энергосберегающих технологий на центральных тепловых пунктах Москвы // Электрические станции. 2007. № 10.
• 2. Ремезов А. Н., Сорокин А. В., Крылов Ю. А. Технические требования к регулируемым электроприводам жилищно-коммунального хозяйства // Промышленная энергетика. 2007. № 7.
• 3. Ремезов А. Н., Сорокин А. В., Крылов Ю. А. Результаты промышленных испытаний мощного вентильно-индукторного электропривода ответственных механизмов непрерывных производств. М.: Электричество, 2007, № 6.
• 4. Новое направление в приводе — мощный много-секционнный вентильно-индукторный электропривод с векторным управлением / В. Н. Остриров, В. Ф. Козаченко, A.M. Русаков и др. // Электронные компоненты. 2006, № 11.
• 5. Русаков A.M., Сафроненков Ю. А., Жердев И. А., Соломин А. Н. Перспективы применения индукторных машин с обмоткой возбуждения // Электротехника. 2008. № 4.
• 6. Ремезов А. Н., Сорокин А. В., Крылов Ю. А. Вентильно-индукторный электропривод для ответственных механизмов теплосетей // ВСТ. 2008. № 8.
• 7. Крылов Ю. А., Докукин А. Л., Григорьев С. Г. Секционированный вентильно-индукторный электропривод как средство обеспечения бесперебойной работы непрерывных производств // Электро. 2008. № 1.
• 8. Пат. 66 131. Устройство управления индукторным электроприводом механизма непрерывного действия /А.Н. Ремезов и др. ИБ. 2007. № 24.
• 9. Пат. 66 129. Электропривод для непрерывных процессов / А. Н. Ремезов и др. ИБ. 2007. № 24.