УДК 621. 313 - Факультет Автоматизации Производственных

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное общеобразовательное учреждение высшего
профессионального образования
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Электротехника и электрооборудование предприятий»
ЭЛЕКТРОПРИВОД, ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
I международная (IVВсероссийская)
научно-техническая конференция
Сборник научных трудов конференции
12-13 апреля 2013 г.
Уфа
Издательство УГНТУ
2013
УДК 621.3: 622
ББК 31.2
Э45
Редакционная коллегия:
В.А. Шабанов (отв. редактор)
С.Г. Конесев (зам. отв. редактора)
П.А. Хлюпин
Д.А. Токмаков
М.И. Хакимьянов
М.Р. Садиков
Рецензенты:
Заведующий кафедрой электромеханики УГАТУ, доктор технических
наук, профессор Ф. Р. Исмагилов
Деканэнергетического факультета БГАУ, доктор технических наук,
профессор Р. С. Аипов
Э45
Электропривод, электротехнологии и электрооборудование
предприятий:сборник научных трудовIII Всероссийской научнотехнической конференции (с международным участием) / редкол.: В.А.
Шабанов и др.– Уфа: Изд-во УГНТУ, 2013. – 282 с.
ISBN978-5-7831-0989-8
Сборник научных трудов содержит статьи, которые охватывают
широкий круг проблем в области преобразования, потребления и
распределения
электроэнергии,
моделирования
электроприводов
технологических
установок,
диагностики
электрооборудования,
разработки новых средств релейной защиты и автоматики, автоматизации
технологических процессов.
УДК 621.3:622
ББК 31.2
ISBN978-5-7831-0989-8 © Уфимский государственный нефтяной
технический университет, 2013
© Коллектив авторов, 2013
2
СЕКЦИЯ
«ЭЛЕКТРОПРИВОД ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК»
УДК 621.311.004
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ В СИСТЕМАХ ГРУППОВОГО ПИТАНИЯ
А.А. Колб
(Государственный ВУЗ "Национальный горный университет",
г. Днепропетровск )
Введение. Одним из эффективных и перспективных направлений
одновременной
экономии
электроэнергии
средствами
промышленного
электропривода и компенсации неактивных составляющих полной мощности в
нелинейных и несимметричных системах с резкопеременной реактивной
нагрузкой является применение систем группового питания электроприводов
(рис. 1), снабженных емкостными накопителями электроэнергии и силовыми
активными компенсаторами (САК) на основе АИН с ШИМ [1, 2].
Целью работы является модельное исследование режимов работы
системы группового питания электроприводов с емкостными накопителями
энергии.
Результаты исследования. На рис. 1 приведен один из вариантов
функциональной схемы группового питания приводов с двумя каналами
передачи электроэнергии: сеть-электроприводы; сеть-силовой (параллельный)
активный компенсатор неактивных составляющих полной мощности на основе
обращенных АИН с ШИМ.
Основными элементами САК являются: АИН с ШИМ с двухсторонней
проводимостью (от сети к накопительному конденсатору и наоборот); фильтр
Lф,
который
совместно
с
индуктивностью
рассеяния
трансформатора
предназначен для сглаживания высокочастотной составляющей сетевого тока;
3
система управления, построенная на основе метода Ix, Iy теории мгновенной
мощности с использованием обобщенных (результирующих) векторов тока и
Ix
Iи
+Udk
B
Iy
ПР
Ix~
РРТ
P1
ПФ и ПК
Lф
АИН
с
ШИМ
Ic
Uc
САК
Р2
(-)
Iy
Ud
ПК1 и ПФ2
Cd
Iзк
Cф
АИН1
с
ШИМ
Д
АИНn
с
ШИМ
АД1
Нелинейная,
несимметричная
реактивная нагрузка
напряжения в синхронно вращающейся системе координат.
АДn
Рисунок 1 – Функциональная схема управления качеством электроэнергии в системах
группового питания электроприводов с диодным выпрямителем (В)
и емкостным накопителем (Cd)
На рисунок 2 приведены графики тока сети в режиме компенсации
реактивной мощности и искажения 5-й и 7-й гармоник (а) и симметрирования
нагрузки (б).
а)
U, В; I, А
Ic
I, А
IA IB
б)
IC
Iи
Uc
t, c
t, c
Рисунок 2 – Режим компенсации реактивной мощности и искажения 5-й и 7-й
гармоник (а) и симметрирования нагрузки (б)
4
Модулируя
методом
высокочастотной
ШИМ
величину
и
фазу
напряжения на входе САК, можно обеспечить практически синусоидальный
ток с коэффициентом мощности (отстающим или опережающим) близким или
равным единице. САК может работать также как активный фильтр в режиме
подавления
(фильтрации)
высших
гармоник,
а
также
в
режиме
предложенная
система
симметрирования нагрузки.
Из
приведенных
графиков
следует,
что
практически без запаздывания и с высокой точностью при практически
синусоидальном токе сети компенсирует неактивные составляющие полной
мощности.
Выводы.
1. На основе обращенных АИН с ШИМ могут быть построены
многофункциональные системы управления качеством электроэнергии в
приводах с емкостными накопителями, позволяющие как компенсировать
неактивные составляющие тока, так и стабилизировать напряжение в
установившихся и динамических режимах работы сети.
2. Высокая точность выделения и непрерывного контроля мгновенных
значений
неактивных
составляющих
полной
мощности
достигается
применением метода Ix, Iy теории мгновенной мощности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воробьев А.А., Колб А.А. Групповое питание электроприводов с общим
накопителем энергии как новое направление энергосбережения // Вестник НТУ "ХПИ":
Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика. – Харьков, 2003. – вып.
10. – С. 224-228.
2. Белов М.П., Новиков В.А., Рассуцов Л.Н., Сумников А.А. Автоматизированный
электропривод – современная основа автоматизации технологических процессов //
Электротехника. – 2003. – №5. – С.12-16.
3. Колб А.А. Система автоматического регулирования качества электроэнергии на
основе полностью управляемых инверторов с релейно-векторным управлением // Вісник
Кременчуцького державного полiтехнiчного університету. – Кременчук. – 2004. – Вип. 2(25).
– С.37-41.
5
УДК 62 - 83:681.51
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С КОМБИНИРОВАННЫМ ПЛАВНОДИСКРЕТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ В ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ КАНАЛАХ
РЕГУЛИРОВАНИЯ
О.Г.Брылина, Л.И.Цытович
(Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск)
В электроприводах переменного тока, в частности, насосных станций
возможно применение комбинированного метода регулирования, когда один
канал управляется от преобразователя частоты (ПЧ), а остальные – с помощью
тиристорных регуляторов напряжения для плавного пуска асинхронных
электродвигателей (ТРН) [1-4].
Упрощенная структура подобной системы (рис. 1) содержит многозонный
интегрирующий развертывающий преобразователь (МРП)[5], канал плавного
регулирования на основе демодулирующего фильтра Ф и ПЧ, а также четное
число «(n-1) ≥ 2,0» каналов дискретного управления с применением ТРН1 –
ТРНn-1. Все каналы регулирования работают на общую магистраль М, с
диктующей точки которой, с помощью датчика ДОС, снимается сигнал
обратной связи по давлению в магистрали. Там же на рис. 1 показаны
исполнительные электродвигатели Мi и насосы Нi.
МРП представляет собой
замкнутую автоколебательную систему с
частотно-широтно-импульсной модуляцией (ЧШИМ), содержащую сумматоры
1, 2, интегратор И и группу из нечетного числа n≥ 3,0 релейных элементов
РЭ1…РЭn
с
симметричной
относительно
нулевого
уровня
петлей
гистерезиса,пороги переключения которых удовлетворяют условию |± b1|  |±
b2|  |± b3|  …  |± bn|, где индекс при «b» соответствует порядковому номеру
РЭ на рис.1. выходной сигнал РЭ меняется дискретно в пределах ±А.
В режиме автоколебаний всегда работает РЭ1, имеющий минимальное
значение порогов переключения. При этом на выходе 2 и РЭ1 формируется
сигнал с ЧШИМ, среднее значение которого за интервал дискретизации
выходных импульсов пропорционален величине сигнала рассогласования на
6
выходе 1. С помощью фильтра Ф выделяется полезная составлявшая
выходных импульсов РЭ1, которая служит управляющим сигналом для ПЧ.
Канал плавного регулирования
ПЧ
РЭ1
Х ВХ
Задание
И
1
1
YP1 (t )
Н
М1
2
ТИ р
YИ (t )
Ф
ТРН1
РЭ2
М
РЭ3
Н1
ТРН2
М2
Н2
РЭn
ТРНn-1
МРП
М
Мi
Нn
Четное число каналов дискретного
регулирования
ДОС
Рисунок 1 – Структурная схема комбинированной системы управления нечетным числом
электроприводов с параллельными каналами регулирования на основе многозонного
интегрирующего развертывающего преобразователя
Выходной сигнал 2 состоит из постоянной составляющей, определяемой
знаком выходного сигнала РЭ2…РЭn, и импульсов с ЧШИМ, формируемых на
выходе РЭ1. При нулевом значении сигнала рассогласования суммарный
выходной сигнал РЭ2…РЭn, равен нулю, так как половина из РЭi
ориентирована в положении +А, а другая – находится в статическом состоянии
–А. В этом случае соответствующие каналы дискретного регулирования
включены, а вторая их половина выключена.
По мере роста сигнала рассогласования происходит последовательный
переход РЭ2…РЭn, в положение –А, когда ранее выключенные ТРН
включаются, запуская в работу соответствующий канал регулирования. При
смене полярности сигнала на выходе 1 происходит последовательный переход
ТРН в выключенное положение.
Таким образом, реализуется принцип многозонного регулирования в
системе с параллельными каналами регулирования.
7
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Цытович, Л.И. Система управления группой асинхронных электроприводов с
самодиагностированием и автоматическим резервированием каналов регулирования /
Цытович Л.И., Терещина О.Г., Дудкин М.М. // Электротехника. 2006. -№11. – С.38-44.
2.
Цытович,
Л.И. Системы
управления
электроприводами
с
параллельными
каналами регулирования на основе многозонного интегрирующего развертывающего
преобразователя / Л.И. Цытович, О.Г. Брылина // Известия высших учебных заведений
«Проблемы энергетики», №1-2, Казань, 2010, – С. 84-93.
3.
Цытович, Л.И. Многозонные интегрирующие системы управления каскадами
«вентильный преобразователь – исполнительный механизм» для объектов с параллельными
каналами регулирования / Л.И. Цытович, О.Г. Брылина // Практическая силовая электроника.
– М.: Изд-во ЗАО «ММП-Ирбис», 2009. №36. – С 23-30.
4.
Брылина, О.Г. Спектральные характеристики двухтактных однозонных и
многозонных развертывающих преобразователей // Известия ТулГУ. Технические науки.
Вып. 3: Ч.2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. – С. 69-75.
5. А.c. 1418765 СССР, G06G7/12. Многозонный развертывающий преобразователь /
Цытович Л.И. (CCCР).- № 4290238/24; Заявлено 20.10.87; Опубл. 03.08.88, Бюл. № 31.
УДК 621.313.333
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОГО ПРОМЕЖУТКА ВРЕМЕНИ ПРИ
ВНЕЗАПНОМ ПОНИЖЕНИИ НАПРЯЖЕНИЯ, ПОДВОДИМОГО К
АСИНХРОННОМУ ДВИГАТЕЛЮ
Е.О. Лавренов, В.А. Тюков
(Новосибирский государственныйтехнический университет, г. Новосибирск)
При внезапном временном снижении напряжения, подводимого к
асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором, работающего при
номинальной нагрузке, происходит уменьшение электромагнитного момента.
Уменьшение момента приводит к торможению ротора под действием момента
нагрузки, постоянного по величине. Если пониженный электромагнитный
момент становится меньше момента нагрузки, то угловая скорость начинает
спадать. Скольжение увеличивается и превышает номинальную величину. При
восстановлении напряжения до номинального значения появляется полный
8
электромагнитный момент, и двигатель снова разгоняется. Это возможно, если
потеря скорости не слишком велика, и восстановленное значение вращающего
момента больше момента нагрузки.
Естественно, возникает задача определения предела допустимой потери
скорости, которой соответствует момент Мх и некоторое значение скольжения
sх. Угловая скорость двигателя определится избыточным моментом, который
вычисляется какΔ(ω) = Мн – Мх.При неизменном сопротивлении нагрузки
изменение динамического моментаΔ(ω) = Jdω/dt,где J – сумма моментов
инерции всех вращающихся масс, приведенных к оси вращения ротора.
Зависимость времени от угловой скорости имеет видt = J ∫ dω/Δ(ω).В
относительных единицах получимt = Jωн /Мн ∫ d(ω/ωн)/Δ(ω/ωн), где Jωн/Мн зависит от параметров двигателя и сцепленных с ним механизмов, имеет
размерность
времени.Отношение
Jωн/Мнможет
быть
представлено
какпостоянная времени (Та).Если ω/ωн = υ – относительная угловая
скорость,тогда время находитсякак t = Та ∫ dυ/Δ(υ), здесь Та – постоянная
времени, связанная с изменением угловой скорости.
Т.к. ускорение ротора равноds/dt = - dυ/dt,то можно определить время,
необходимое для изменения угловой скорости или скольжения от sн до sх под
действием избытка момента сопротивлении нагрузки над вращающим
моментом. Длительность изменения напряжения не должна превышать этого
промежутка, иначе двигатель остановится. Искомое предельное время
определяется из выражения t = -Та ∫ ds/Δ(ω), в пределах изменения скольжения
от sн до sх. ВеличинуΔ(ω) = Мн – Мх= Мн·(1 – Мх/Мн) следует связать с
критическим моментомМкр и соотношением М/Мкр.
При
снижении
напряжения
отношение
вращающих
моментов
пропорционально отношению квадратов соответствующих напряжений
Мх/Мн=(Uх/Uн)2. Тогда Мх/Мн = Мкр/Мн·(Uх/Uн)2·2/[s/sкр + sкр/s] = 2k/[s/sкр + sкр/s].
Величина k = Мкр/Мн·(Uх/Uн)2означает отношение максимального момента
при пониженном
напряжении к вращающему моменту при полном
напряжении. Поставляя полученные соотношения в формулу для определения
9
искомого
времени,
получаемt
=
Та·τ,где
τ
–
коэффициент,
равный
относительному времени потери скорости, зависящий от k, а также от
отношений и величин скольжения и критического скольжения.
Однако достаточно приравнять Мн к моменту сопротивления нагрузки,
приходим к уравнениюs/sкр + sкр/s = 2 Мкр/ Мхилиs2 − 2Мкр/Мх·sкрs + s2кр = 0.
Решение квадратного уравнения имеет два корня sн и sх:
sн,х = sкр Мкр/Мх ± √ (sкр Мкр/Мх)2 − s2кр .
Угловая скорость может значительно уменьшится по сравнению с
первоначальной величиной и затем автоматически увеличится до прежнего
значения после восстановления номинального напряжения.
Анализ соотношения для τ показывает, что относительное время потери
скорости зависит только от Мкр/Мх и от коэффициента k. Значение же k
определяется величинами относительного максимального момента при полном
напряжении и относительного уменьшения напряжения.
Расчёт допустимого времени провала напряжения для некоторых
моделей двигателей
Для анализа взяты двигатели различных классов мощностей:
1.
4А180М4У3 – 30 кВт, 0.4кВ;
2.
4А355М4У3 – 315 кВт, 10кВ;
3.
А4-450-У4 – 1000 кВт, 10кВ.
Расчёт проведён для механических моментов инерции подвижных частей,
равных удвоенному значению моментов инерции ротора двигателя в первом
случае и максимально допустимому значению, рассчитанному по [1] для
второго случая:
Jд.max=k·km·Pномv·py,
где
Pном- номинальная мощность двигателя;
p – число пар полюсов, для всех случаев равное 2;
k, km, v, y- коэффициенты и показатели степени, принимаются по таблице
3.6 [1].
Порядок расчёта следующий:
10
- по характеристикам двигателя рассчитывается максимальное и
номинальное значение механического момента, номинальное и критическое
скольжение;
- вычисляется напряжение, при котором максимальный момент двигателя
окажется меньше номинального момента нагрузки;
- при некотором значении момента инерции для диапазона напряжений от
0 до полученного в предыдущем пункте рассчитывается допустимая
длительность провала напряжения;
принимается
-
следующее
значение
момента
инерции,
расчёт
повторяется.
На
рисунке
1
изображены
зависимости
предельно
допустимой
продолжительности провала напряжения от его величины.
Рисунок 1 – Зависимости предельно допустимой продолжительности провала напряжения от
его величины для двигателей мощностью: а) 30 кВт; б) 315 кВт; с) 1000 кВт.
11
Анализ
результатов
показывает,
что
допустимое
время
провала
напряжения зависит от суммарного момента инерции подвижных частей, и в
значительной мере от величины провала напряжения.
Даже при полном отсутствии напряжения в период провала допустимый
интервал времени не равен нулю благодаря наличию момента инерции, не
допускающему мгновенной остановки ротора двигателя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Асинхронные двигатели серии 4А: Справ./ А.Э. Кравчик и др.- М.: Энергоиздат, 1982. –
504 с.
2. IElectro [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.ielectro.ru/Document30926.html.
УДК 621.313.282.2
РЕАЛИЗАЦИЯ СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ ДВУХКАТУШЕЧНЫМ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
Л.А. Нейман
(Новосибирский государственный технический университет,г. Новосибирск)
Известны
способы
управлениядвухкатушечным
электромагнитным
двигателем ударного действия, состоящие в поочередной подаче импульсов
питающего напряжения на катушки электромагнитного двигателя с интервалом
времени между ними, при этом импульсы питающего напряжения подают с
периодом, не менее суммарного времени рабочего и холостого хода.
Понижение частоты подачи импульсов питающего напряжения на катушку
рабочего и холостого хода по отношению к частоте питающего напряжения
обуславливает низкую ударную мощность электромагнитного двигателя.
Также известны используемые в приводе ударных машин способы
управления двухкатушечным электромагнитным двигателем возвратно –
поступательного действия, в которых рабочий цикл управления осуществляется
подачей импульсов питающего напряжения на катушки рабочего и обратного
хода с паузой, во время которой боек движется без воздействия на него
12
электромагнитных
сил.
Для
повышения
удельной
ударной
мощности
электромагнитного двигателя подключениекатушки двигателя к источнику
питания осуществляется на время, меньшее длительности движения бойка под
действием сил создаваемых этой катушкой. Отключение катушки от источника
питания выполняется до прохождения бойком половины хода. Этому
способууправления присуще относительно низкая ударная мощность, связанная
с питанием катушек рабочего и обратного хода только во время разгона бойка.
Эти
недостатки
частично
устраняются
в
способе
управления
двухкатушечным электромагнитным двигателем, в котором за рабочий цикл
электромагнитного двигателя на катушку рабочего хода подается два импульса
питающего напряжения, а на катушку обратного хода – один импульс, причем
каждый последующий рабочий цикл повторяется после паузы, равной времени
прохождения одной полуволны питающего напряжения. Увеличение ударной
мощности в данном способе управления, достигаемое за счет использования за
рабочий цикл трех полуволн напряжения для питания катушек рабочего и
обратного хода, приводит к увеличению энергии единичного удара бойка.
Однако данный способ управления двухкатушечным электромагнитным
двигателем развивает относительно невысокую ударную мощность, что
обусловлено наличиембестоковой паузы, во время которой движение бойка
осуществляется только под действием его внутренней кинетической энергии.
С
целью
повышения
ударной
мощности
двухкатушечного
электромагнитного двигателя разработан способ управления, реализация
которого представлена на рисунок 1.
Способ управления осуществляется следующим образом. В момент
времени t1 на катушку рабочего хода подают импульс питающего напряжения
и боек под действием электромагнитных сил, создаваемых катушкой рабочего
хода, перемещается в сторону подпружиненного буфера. В результате
перемещения бойка в катушке холостого хода образуется рабочий воздушный
зазор.
13
Uи
U рх
t
U хх
t
X
t
t1
t2
t3
t4
t5
t
t6
Рисунок 1 – Временные диаграммы работы электромагнитного двигателя
В момент времени t2 подается импульс питающего напряжения на
катушку холостого хода и боек под действием электромагнитных сил катушки
холостого хода получает дополнительное ускорение и продолжает движение в
направлении подпружиненного буфера.
В период паузы между импульсами питающего напряжения на интервале
t3
t4 боек, двигаясь по инерции, сжимает подпружиненный буфер, и изменяет
направление движение на противоположное. Для обеспечения способа
управления повторная подача импульса питающего напряжения на катушку
холостого хода осуществляется после паузы, в результате чего боек имеет
возможность пройти точку магнитного равновесия и создать рабочий
воздушный
зазор
в
катушке
холостого
хода
с
противоположной
подпружиненному буферу стороны.
В момент времени t4 подается импульс питающего напряжения на
катушку холостого хода, боек под действием электромагнитных сил катушки
холостого хода и накопленной потенциальной энергии подпружиненного
буфера ускоренно перемещается по направлению к рабочему инструменту.
В момент времени t5 подается импульс питающего напряжения на
катушку рабочего хода, под действием электромагнитных сил которой, боек,
получая дополнительное ускорение, продолжает движение.
14
В момент времени t6 боек наносит удар по рабочему инструменту и
отскакивает от него, после чего цикл повторяется. Каждый последующий цикл
после подачи четного числа полуволн питающего напряжения осуществляется с
паузой между циклами.
Таким образом, за время рабочего цикла боек получает кинетическую
энергию за четыре импульса питающего напряжения: два раза кинетическая
энергия бойка увеличивается за счет электромагнитной энергии катушки
рабочего хода и два раза за счет электромагнитной энергии холостого хода.
Реализация разработанного способа управления обеспечивает повышение
энергии единичного удара бойка электромагнитного двигателя.
УДК 621.314.6
ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЛИНЕЙНОГО
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВИБРОПРИВОДА
Л.А. Нейман, О.В. Рогова
(Новосибирский государственный технический университет,г. Новосибирск)
При
разработке
и
создании
электромеханических
систем
технологического оборудования большое внимание уделяется линейному
электроприводу
подвижная
с
часть
циклическим
которого
возвратно-поступательным
непосредственно
без
движением,
промежуточных
кинематических звеньев и передач связана с перемещаемыми массами.
Для обеспечения наибольшей эффективности по удельным силовым и
энергетическим
показателям
в
устройствах,
силовым
исполнительным
элементом которых является электромагнитный двигатель, в большинстве
случаев используют конструкции электромагнитных двигателей с фиксацией
конечного
положения
концентрировать
преобразования
якоря,
магнитное
магнитной
что
поле
позволяет
в
энергии и
области
наилучшим
образом
электромеханического
максимально повысить глубину
модуляции индуктивности. Однако при проектировании подобных устройств
15
возникает необходимость создания тяговых характеристик специального вида,
не допускающих удара в рабочем диапазоне перемещений якоря, что может
быть
связано
с
совершенствованием
самих
электромеханических
преобразователей энергии или оптимизацией алгоритмов управления ими.
Наличие динамической зависимости между массой механических звеньев
устройства и условиями его работы, а также высокой частоты колебаний (до 50
Гц) и, следовательно, производной индуктивности по перемещению усложняет
процесс управления и качество позиционирование при перемещении якоря, что
не гарантирует безударной работы.
Наилучшие результаты в достижении поставленной цели можно получить
применением
электромагнитных
двигателей
специальной
зубчатой
конструкции элементов магнитопровода, что дает ряд преимуществ, когда
отсутствие механической фиксации якоря сочетается со значительным тяговым
усилием и относительно малыми размерами самого устройства.
Исследуемые
варианты
электромагнитных
двигателей
системой магнитопроводов приведены на рисунке 1.
5
4
7
1
6
6
4
3
2
4
5
7
3
б
1
3
7
в
5
64
3
7
3
7
3
2
2
1
г
2
5
а
64 5
2
2
1
1
д
е
Рисунок 1 –Варианты конструктивных схемдвигателей
16
с
зубчатой
В
отличие
от
традиционных
цилиндрических
электромагнитных
двигателей с притягивающимся якорем с продольным, поперечным или
комбинированным в области энергопреобразования магнитным потоком для
зубчатых магнитных систем присущи следующие особенности: сложность
пространственного распределения индукционных линий магнитных полей во
внутреннем объеме между кольцевыми частями зубцовой зоны внутренней
полюсной системы статора и наружной полюсной системы якоря; магнитная
несимметрия, вызывающая неравномерное распределение магнитного потока в
рабочих областях зубцовой зоны.
На основе анализа характера распределения магнитных полей и сил
сформулированы требования к построению зубчатых магнитных систем,
заключающиеся в повышении глубины модуляции индуктивности за счет
конструирования магнитных систем с резко неоднородными по магнитным
свойствам участками, наибольшей концентрации магнитного поля в области
электромеханического
преобразования
энергии,
снижении
магнитных
сопротивлений путем сокращения длины силовых линий магнитного поля,
формировании за счет пространственной геометрии взаимодействующих
элементов, синхронизирующих характеристик требуемого вида, повышении
магнитной индукции в рабочем зазоре концентрацией магнитных полей.
Выполненные исследования показали, что при сохранении принятых
габаритных размеров и единой структуре элементов магнитной цепи варианты
схем двигателей (рис. 1), имеющие зубчатые элементы магнитопровода, имеют
существенные отличия по силовым и энергетическим показателям.
Установлено, что соотношение геометрии зубцовых зон элементов
магнитопровода
и
пространственное
расположение
зубцовых
зон
магнитопровода относительно линии осевой симметрии двигателя оказывает
влияние на его тяговую характеристику и интегральную работу. Двигатели, в
которых зубцовые зоны пространственно расположены ближе к линии осевой
симметрии, имеют более высокую концентрацию магнитных полей, вследствие
17
чего обладают более высокими показателями по усилию и интегральной
работе.
УДК 621.314
РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО IGBT-МОДУЛЯ ДЛЯ
МАТРИЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
А.Б Дарьенков, И.А. Варыгин, Д.А. Корнев, И.Ф. Трапезников
(Нижегородский государственный технический университет
им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород)
Применение управляемых полупроводниковых приборов, а именно GTO
(запираемый тиристор),
IGBT (биполярный транзистор с изолированным
затвором) и IGCT (запираемый тиристор с интегрированным управлением),
позволило существенно улучшить технические характеристики устройств на их
основе. В течение последних лет приборы IGBT и IGCT, заменившие приборы
GTO, были усовершенствованы в направлении снижения потерь, расширения
области безопасной работы и удобства применения.
В настоящее время рынок предлагает силовые элементы, имеющие
высокий уровень интеграции: от стандартных ключей до модулей с
максимальным уровнем интеграции, которые включают в свой состав схемы
управления, питания, защиты и т.д.
IGBT-модули выпускаются крупными сериями многими известными
фирмами и, как правило, имеют стандартные унифицированные конструкции.
Проблема выбора силового полупроводникового прибора состоит не только
в
нахождении компонента
с
техническими характеристиками.
оптимальными
для
данного
применения
На практике возникает необходимость в
нестандартных силовыхмодулях, оптимизированных под конкретные схемы и
режимы работы.
Авторы разрабатывают матричный преобразователь частоты (МПЧ) [1,
2]. Анализ рынка силовых полупроводниковых приборов показал, что на рынке
18
отсутствуют
готовые
силовые
модули,
удовлетворяющие
требованиям,
предъявляемым структурой МПЧ. В связи с этим возникла необходимость
разработки и создания силового полупроводникового модуля со структурой,
оптимизированной для использования в составе МПЧ.
Интеллектуальный IGBT-модуль разработан на базеIGBT-транзистора
типа
IRG4PC30F.
Данные
модули
применяются
для
формирования
двунаправленных ключей в структуре МПЧ мощностью 3 кВт.Конструкция
модуля содержит защитные диоды, включенные последовательно с IGBTтранзисторами. IGBT-модуль также включает в свой состав встроенные
драйверы на базе оптронов HCPL-3180. Питание драйверов осуществляется
входящим в состав модуля стабилизированным, гальванически развязанным
источником постоянного напряжения 24В. Защитные функции (максимальнотоковая и нулевая защита) выполняют разработанные авторами датчики,
входящие в состав модуля.
Разработанный модуль способен коммутировать токи до 30А при
напряжении до 600В. Управление IGBT-модулями, входящими в состав МПЧ,
осуществляется микропроцессорной системой на базе микроконтроллера ARM.
Модуль обладает всем необходимым функционалом, является надёжным,
и в то же время достаточно простым и недорогим решением. Проведенные
испытания, включающие, в том числе и работу при номинальной нагрузке,
показали способность модуля выполнять возложенные на него функции, и
возможность его применения в составе экспериментального образца МПЧ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дарьенков, А.Б. Современные тенденции в построении силовых преобразователей
переменного напряжения /А.Б. Дарьенков, О.С. Хватов, Г.М. Мирясов// Труды НГТУ, т.77,
Актуальные проблемы электроэнергетики, Н.Новгород, 2009, с.21-25.
2. Корнев, Д.А. Макет матричного преобразователя частоты/ Д.А. Корнев, А.Б.
Дарьенков, О.С. Хватов, И.А. Варыгин//Материалы XI Международной молодежной научнотехнической конференции/НГТУ. - Н.Новгород, 2012. – с.54-55.
19
УДК 621.316
АВТОНОМНЫЙ МОБИЛЬНЫЙ ИСТОЧНИКЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Д. М. Андреев, К. Ш. Вахитов
(Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа)
В Министерстве Российской Федерации по делам гражданской обороны,
чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий −
МЧС России приняты на «вооружение» мотоциклы «Урал», как мобильные
аварийно-спасательные
транспортные
средства,
предназначенные
для
экстренной доставки к месту аварии спасателей и специального оборудования,
проведения первичной радиационной и химической разведки, выполнения
первоочередных аварийно-спасательных работ, оказания первой медицинской
помощи пострадавшим. Но по приезду на место аварии эту машину
выключают, а можно было бы использовать двигатель мотоцикла как привод
аварийного источника электропитания.
В первом приближенном и простом использовании мотоцикла, как
источника света с применением специального электрического генератора,
можно получить мощности, сопоставимые с мощностью двигателя самого
мотоцикла. В аварийных ситуациях «свет», как освещение, очень необходим, и
один мотоцикл, имея 45 л.с. мощности, может крутить генератор мощностью
10-15 кВт и работать лишь на эти цели.
Другое применение аварийного источника электропитания − обеспечение
работы
специального
электроинструмента.
Рабочее
напряжение
электроинструмента и вспомогательной оснастки должно быть рассчитано на
12 или 24 В по условиям электробезопасности.
Напряжение 12 В или 24 В заманчиво хотя бы потому, что оно
применяется на автомобильном транспорте и уже существует небольшой
перечень электроприемников этого класса напряжения. Удачные модели
инструментов и оснастки, предназначенных для аварийных ситуаций, далее
могут стать универсальными, а в массовом
20
производстве
снизится
их
себестоимость. Но для обеспечения нормальной и, самое главное, надежной
работы
электроинструмента,
необходимо
поддерживать
напряжения
на
заданном уровне. Для этого мы рекомендуем использовать совместно с
основным
оборудованием
еще
и
стабилизаторы
напряжения.
Сейчас
существует много различных моделей стабилизаторов для поддержания
разного напряжения, что дает нам возможность выбрать наиболее подходящий
для нашего электрооборудования.
Неизменными
останутся
требования
к
мощности
инструмента.
Необходимо резать, кусать, гнуть металлы, если нужно полноценно заменять
инструменты с гидроприводом. В этом направлении задачу можно решить
применением силовых токовых цепей или перейти на другие принципы
построения инструмента, так как у электричества таких возможностей больше.
Как вариант, можно рассмотреть прогрессивные сварочные технологии и
оборудование.
При
наличии
серьезного
источника
питания
на
месте
аварии
расширяются и возможности скорой медицинской помощи. Тогда экипажи
скорой помощи, работающие в чрезвычайных ситуациях, должны оснащаться и
специальным медицинским оборудованием, адаптированным к мобильному
автономному
источнику
питания
или
у
генератора
должен
быть
преобразовательный блок, приемлемый в таких случаях.
В качестве перспективного развития можно рассмотретьварианты работы
автономного
мобильного
источника
электропитания
совместно
с
легковыми автомобилями, благо их количество настолько возросло, что их
можно встретить везде и всегда, иногда и как причину аварийных
ситуаций. Можно использовать мотоциклы, работающие на электроэнергии,
что
позволит использовать в качестве электроснабжения на месте работы
непосредственно аккумулятор самого мотоцикла. Как вариант, можно взять
современный,
экономичный
агрегат
электропитания
мобильность мотоцикла.
21
и
придать
ему
В качестве шасси для нашего автономного мобильного источника
электропитания предлагается использовать мотоциклы серии Урал «Соло», так
как их масса габаритные показатели и мощность двигателя делают их
оптимальным вариантом для использования в этой области в наших условиях.
Для осуществления нашей идеи необходимо изменить каркас мотоцикла,
так как это повысит его устойчивость и увеличит место под навесное
электрооборудование и генератор. Для этого, придется немного удлинить раму
мотоцикла и изменить вертикальную подпорку. Также необходимо внести в
конструкцию крепкую и не очень высокую подножку, чтобы приподнять заднее
колесо над землей во время работы. Для передачи крутящего момента на вал
генератора используем удлинение оси заднего колеса.
Для выработки электроэнергии используется генератор мощностью 10-15
кВт, поскольку такую мощность может вырабатывать двигатель внутреннего
сгорания,
не
перегрева.
опасаясь
Напряжение
на
выходе из генератора будет
либо 12В, либо 24В.
Вводить
работу
генератор
будем
с
в
помощью
передачи, которая свяжет заднее
колесо и вал генератора после
снятия
бокового
электрооборудования
на
предполагаемом месте работы.
Для осуществления передачи используется сцепная муфта на оси заднего
колеса.
Необходимо отметить, что наличие источника электропитания на месте
ЧС
значительно
повышает
вероятность
и
своевременность
пострадавших и ликвидации последствий происшествия.
22
спасения
УДК 621.771.23
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ В СИСТЕМЕ ДОСТАВКИ ПОТРЕБИТЕЛЮ
ХОЛОДНОЙ И ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ1
Ю.И.Мамлеева, О.И.Петухова
(Магнитогорский государственный технический университет,
г. Магнитогорск)
Жилые дома и общественные здания получают холодную и горячую воду
через сеть тепловых пунктов, где осуществляется подготовка воды нужного
напора и температуры. К одному тепловому пункту может подсоединяться
несколько (до десятка) зданий, при этом он называется центральным (ЦТП),
или им обслуживается только одно здание, в подвальном помещении которого
он и расположен – индивидуальный тепловой пункт (ИТП) [1].
На рисунке 1 показана упрощенная схема водоснабжения. Холодная вода
поступает из городского водопровода 1 и с помощью повысительного насоса 2
подается во внутридомовой водопровод – стояки 3 холодной воды. Горячая
вода образуется в теплообменнике 4 (сеть первичного теплоносителя не
показана), а прокачивается через него и подается в стояки 5 горячей воды тем
же насосом холодного водоснабжения (ХВС). Для предотвращения выстывания
воды в стояках горячей воды при малом водоразборе в системе горячего
водоснабжения имеется циркуляционный контур с обратным трубопроводом 6
и циркуляционным насосом 7.
Система доставки холодной и горячей воды потребителю характеризуется
ярко выраженным переменным гидросопротивлением в зависимости от угла
открытия водоразборных кранов в квартирах. Кроме того, она имеет
переменную составляющую статического напора в зависимости от этажа
здания, где установлены водоразборные краны [2].
1
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ (соглашение № 14.B37.21.0334)
23
Жилое здание
Узел водоснабжения ЦТП
Жилое здание
4
2
3
Hд.т.
6
5
1
7
Рисунок 1 – Схема водоснабжения многоэтажных домов
1 – городской водопровод; 2 – повысительный насос холодного водоснабжения;
3 – этажные стояки холодной воды; 4 – теплообменник; 5 – этажные стояки горячей воды с
полотенцесушителями; 6 – трубопровод циркуляционного контура;
7 – циркуляционный насос горячей воды
Зависимость Q-H характеристики от величины гидросопротивления,
показанная на рисунке 2, является зоной, ограниченной осью ординат. В
режиме такого ограничения – при минимальном ночном водоразборе, насос
потребляет ~50% своей номинальной мощности (паспортные характеристики
представлены на рисунке 3).Гидросистема описывается серией характеристик в
границах кривых 1 и 4 (рис. 2), и насосный агрегат имеет только одну, причем,
паспортную характеристику 2.
H
б
2
в
а
3
4
1
Qmin
Qср
Q0=Qmax
Q
Рисунок 2 – Регулирование расхода гидросистемы дросселирующими
устройствами у потребителя
24
H
г
H1
H0
N
а
1
5
в
нас
нас.1
2
б
д
N0
N1 `
4
3
Q1
Q0
Q
1, 5 – характеристики гидросистемы;
2, 3, 4 – паспортные характеристики насоса
Рисунок 3 – Режимы работы насоса в замкнутых гидросистемах
Для анализа работы гидравлической системы необходимо совместное
рассмотрение характеристик гидромагистрали (нагрузка) и насосного агрегата.
Удобно начать с гидромагистрали, с наложением на ее характеристику
характеристик насосного агрегата, как показано на
рис. 3 сплошными
линиями.
Характеристики Q-H магистрали 1 и Q-H насоса 2 пересекаются в точке а,
которая определяет режим работы и магистрали, и насоса: величину расхода Q0
и развиваемый напор H0. Энергетические показатели насоса – потребляемая
мощность с вала N и КПД  (кривые 3 и 4), также зависят от Q, а их конкретные
величины определяются по точкам их пересечения с вертикальной линией,
соответствующей режиму (точки б и в).
Так как подаваемая вода не должна иметь меньший напор, чем необходим
на самом верхнем этаже дома, то главными показателями водоснабжения
являются напор в диктующей точке Hд.т. и суммарный расход Q, зависящий от
водопотребления жителями присоединенных домов.
Расход воды является переменным во времени с утренними и вечерними
максимумами
водоснабжения
и
ночным
минимумом.
регулирование
напора
25
В
существующей
методом
практике
дросселирования
не
применяется. Это значит, что напор воды, подаваемой на дома, равен сумме
напоров городского водопровода и развиваемого насосом. Очевидно, что при
превышении давления воды на верхних этажах дома на нижних оно может
оказаться недопустимо высоким. Это второй после электросбережения
аргумент в пользу регулируемого электропривода насосов.
Из практики следует, что превышение фактического напора воды над
требуемым значением во внутридомовых системах равно двум. Именно это
обстоятельство требует обратить внимание на насосы холодной воды. Часто
случается, что их паспортные характеристики как по давлению, так и по
расходу превышают необходимые. Причин несколько: во-первых, для
бесперебойности
водоснабжения
насосы
следует
выбирать,
исходя
из
гарантированного давления городского водопровода 10 м.в.ст., а реально оно
составляет
20-30
ориентированы
м.в.ст.;
«на
во-вторых,
вырост»,
что
проектные
не
оправдано
решения
с
зачастую
точки
зрения
энергосбережения; в третьих, при замене изношенных насосов их мощность по
тем или иным причинам может возрастать в сравнении с проектной.
Перерасход энергоресурсов, вызванный первой причиной и суточным
колебанием
водопотребления,
регулируемого
может
электропривода,
быть
что
ликвидирован
является
с
его
помощью
главным
предназначением.Превышение мощности насосов по двум другим причинам
необходимо устранить путем замены существующих насосов, что снизит
мощность и стоимость преобразователя частоты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Крылов
теплоэнергетическом
Ю.
А.
Медведев
хозяйстве
города
В.Н.
Корнилов
средствами
Г.П.
Энергосбережение
регулируемого
в
электропривода:
монография. Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2012. – 202 с.
2. Регулируемый электропривод как средство энергосбережения в гидравлических
системах насосных агрегатов / В.Р. Храмшин, О.И. Карандаева, Ю.И. Мамлеева и др. //
Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр.  Магнитогорск: “МГТУ”,
2012.  Вып. 20.  С. 354 – 360.
26
УДК 621.771.23
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДГРУППЫ
КЛЕТЕЙ ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
А.Н.Гостев
(Магнитогорский государственный технический университет,
г. Магнитогорск)
На рисунке 1 показана схема для расчета модели трехклетевой
непрерывной подгруппы черновой группы клетей широкополосного стана 2000
горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Она
состоит из тех вертикальных и трех горизонтальных клетей, взаимосвязанных в
процессе прокатки через металл. Одной из важнейших задач является
согласование
скоростей
электроприводов
клетей,
обеспечивающее
поддержание заданного натяжения и снижение динамических (ударных)
нагрузок при захвате полосы валками [1].
Анализ физических процессов, происходящих в трехклетевой группе,
позволяет
разбить
преобразователи
преобразователей),
ее
на
следующие
(электродвигатели,
клети
части:
силовая
(включая
редукторы),
электромеханические
часть
очаги
тиристорных
деформации,
межклетевые промежутки.
Причем, если первые представляют собой различные технологические
узлы и физические границы между ними легко определяемы, то границы между
очагами деформации и межклетевыми промежутками устанавливаются в
поверхностях, все точки которых имеют равные скорости входа (выхода)
металла в клеть[2].
На основании разработанных математических моделей, структурные
схемы которых приведены в [2, 3], составлена комплексная математическая
модель взаимосвязанных электромеханических систем трехклетевой группы
(рис. 2).
27
Д1в
ТП
U1в
Q2
Q3
Т1
Т2
Д1г
Д2 в
ТП
ТП
U1г
Т3
Д2 г
Д3 в
ТП
ТП
U2 г
U2 в
горизонтальные
валки
вертикальные
валки
горизонтальные
валки
вертикальные
валки
горизонтальные
валки
вертикальные
валки
Q1
Д3 г
ТП
U3 в
U3 г
Рисунок 1 – Схема непрерывной трехклетевой прокатной секции
Vпвх Sпвх
1
1-я клеть
U з1
дв1
ТП-Д
Мс1
Редуктор в1
и 1-я
клеть
М
Q1
1
Vпвых
1-й очаг
деформации
в1
1
T1
Sпвых  Sпвх
1
2
Q2
2-я клеть
Uз2
дв2
ТП-Д
1-й
межклетевой
промежуток
Редуктор в2
и 2-я
клеть
M в2
М с2
Vпвх
2
2-й очаг
деформации
Sпвых  Sпвх
2
3
U з3
ТП-Д
М с3
Редуктор в3
и 3-я
клеть
Mв3
2
2-й
межклетевой
промежуток
Q3
3-я клеть
дв3
Vпвых
T2
Vпвх
3
3-й очаг
деформации
Vпвых Sпвых
3
3
T3
Рисунок 2 – Функциональная схема математической модели черновой группы
28
Для проверки адекватности разработанной модели, выполнено сравнение
результатовмоделирования с результатами, полученными экспериментально.
Расчеты производились с использованием данных программы прокатки сляба
09Г2Д размером 5550х1250х250, экспериментальное исследование прокатки
которого произведено на стане. Осциллограммы переходных процессов,
полученные экспериментальным путем, представлены для вертикальной клети
№4 и горизонтальной клети №4 на рис. 3, а и 4, а, соответственно. На рис. 3, б и
4, б показаны аналогичные переходные процессы, полученные по результатам
моделирования.
На
осциллограммах
и
расчетных
кривых
указаны
фиксированные параметры (маркеры), по которым производилось сравнение
экспериментальных и расчетных данных в характерных точках.
Vэ4_5
Vэ4_1
∆tэ4_1
Vэ4_4
Vэ4_3
Vэ4_6
∆tэ4_2
Vэ4_2
∆tэ4_1
а)
Vэ4_5
Vэ4_3
Vэ4_4
Vэ4_1
Vэ4_6
∆tэ4_2
Vэ4_2
б)
Рисунок 3 – Оценка адекватности математической модели вертикальной клети №4
Проведенные исследования показали, что в большинстве характерных
точек относительная погрешность не превышает 7%. Такаяточность может
быть принята вполне допустимой при моделировании сложного объекта. Таким
29
образом,
по
представленным
результатам
можно
сделать
вывод
об
адекватности разработанной математической модели реальному физическому
объекту: взаимосвязанным электромеханическим системам двух межклетевых
промежутков черновой группы стана 2000.
Vк4_1
∆tк4_1
Vк4_5
∆tк4_2
Vк4_2
Vк4_4
Vк4_3
а)
Vк4_1
∆tк4_1
Vк4_5
∆tк4_2
Vк4_2
Vк4_3
Vк4_4
б)
Рисунок 4 – Оценка адекватности модели горизонтальной клети №4
Разработанная
математическая
модель
позволяет
анализировать
совместную работу электроприводов стана, оценить степень их взаимного
влияния и используется при совершенствовании систем управления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Совершенствование алгоритма согласования скоростей электроприводов клетей
черновой группы стана горячей прокатки /А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, В.В. Галкин, А.Н.
Гостев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». Вып. 16. – Челябинск: ФГБОУ ВПО
«ЮУрГУ», 2011. № 34 (251). – С. 35–41.
2. Алгоритм расчета скоростных и нагрузочных режимов электроприводов клетей
прокатного стана при прокатке толстых полос /В.В. Галкин, А.С. Карандаев, В.В. Головин,
30
В.Р. Храмшин и др. // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: Изд-во
ТулГУ, 2010. Ч. 2. – С. 12–17.
3. Математическое моделирование тиристорного электропривода с переключающейся
структурой / А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, В.В. Галкин, А.А. Лукин // Изв. вузов.
Электромеханика. 2010. № 3. – С. 47–53.
4. Согласование скоростей взаимосвязанных электроприводов клетей черновой
группы прокатного стана / А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, А.А. Радионов, И.Ю. Андрюшин,
В.В. Галкин, А.Н. Гостев // Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) научнотехнической
конференции
по
автоматизированному
электроприводу:
ФГОУ
ВПО
«Ивановский государственный энергетический университет». – Иваново, 2012. – С. 652–657.
УДК 621.316
К ВОПРОСУ О РАСЧЕТЕ ПОТЕРЬ ОТ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В
СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ С МАССИВНЫМ РОТОРОМ
Д.Е. Ярулин (МАЭ02-12-01), В.М. Сапельников
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа)
В синхронных двигателях с массивным ротором основная доля потерь от
токов высших гармоник приходится на обмотку ротора.
Мощность,
передаваемая токами высших гармоник, не совершает полезной работы и
полностью идет на нагрев ротора, что может привести к повреждению обмотки
возбуждения.
При протекании токов высших гармоник в электродвигателях возникают
дополнительные потери мощности равные[1]
n
n
n
ΔP в.г.   ΔPM(n)   ΔPст(n)   ΔPт(n) ,

2
2
2
n
где
 ΔP
м(n)
(1)
n
– дополнительные потери в меди обмоток;
2
 ΔP
ст(n)
–
2
n
дополнительные потери в стали;
 ΔP
т(n)
2
тормозного момента.
31
– мощность, идущая на преодоление
Дополнительные потери в меди статора при номинальной нагрузке
определяются по выражению
n
 ΔP
M(n)
2
2
 U (n) 
n  k  n  1
 
 k  ΔPм.н.   
,
2
U
n
 ном. 
2
п
(2)
где kп – кратность пускового тока; ΔPм.н.–потери в меди обмоток при
синусоидальном токе при номинальном токе в обмотке статора при отсутствии
высших гармоник; U(n) – действующее значение n-й гармоники;
k 
R 2э
R1 ,
(3)
где R 2э - эквивалентное сопротивление ротора; R 1 - сопротивление ротора;
n- номер гармоники.
В формуле (2) при расчете потерь в меди от токов высших гармоник в
качестве базовой величины используются потери в меди ΔPм.н. в номинальном
режиме. Но в роторе СД при отсутствии высших гармоник нет потерь в стали
ротора. Так как ротор вращается синхронно с магнитным полем статора, то он
не перемагничивается и в теле ротора нет вихревых токов частотой 50 Гц. Раз
потерь в теле ротора в синхронном режиме нет, значит их нет и в номинальной
мощности потерь ΔРст.ном в формуле (2). Следовательно, в выражение (2) при
определении коэффициента k  по формуле (3)
не учтены потери
в стали
ротора от токов высших гармоник. У СД с массивным ротором нет демпферной
обмотки. Роль демпферных токов выполняют вихревые токи в теле ротора.
Тело ротора с вихревыми токами на схемах замещения представляется
эквивалентным контуром. Поэтому, в выражение (2) следует ввести потери от
высших гармоник
в активном сопротивлении эквивалентного демпферного
контура ротора. Сопротивление эквивалентного контура ротора определяется
по выражению [2]
R2*э  R*f  R*Демп. ,
(4)
*
*
где R f - активное сопротивление обмотки возбуждения; R Демп. - активное
сопротивление эквивалентного демпферного контура.
32
а) по продольной оси ротора d; б) по поперечной оси ротора q
Рисунок 1 – Схемы замещения СД с массивным гладким ротором: по продольной оси ротора
Активное сопротивление статора
R1* 
R1
,
Z ном.
(5)
где R1 - активное сопротивление статора на частоте 50 Гц; Z ном. - полное
сопротивление статора на частоте 50 Гц;
Z ном. 
U ном.
,
3 I 1ном.
(6)
где U ном. - номинальное напряжение питания СД; I1ном. - номинальный ток
статора.
Потери в меди обмотки статора СД в номинальном режиме
Р1м.н.  3  I12ном.  R1c ,
(7)
где R1c– сопротивление обмотки статора.
Потери в обмотке возбуждения СД в номинальном режиме
Pв.н.  I в2.н.  Rо.в. ,
где
(8)
Iв.н. – номинальный ток обмотки возбуждения;Ro.в. – сопротивление
обмотки возбуждения.
Общие потери в меди СД в номинальном режиме
Рм.н.  Р1м.н.  Рв.н. .
(9)
Знак «плюс» в подкоренном выражении (2) соответствует симметричным
составляющим
гармоник,
вращающимся
33
против
вращения
поля
основнойгармоники, знак «минус» – симметричным составляющим гармоник,
создающих поле, вращение которых совпадает с вращением поля основной
гармоники.
Подставляя в формулу (3) выражения для активных сопротивлений
статора и приведенного активного сопротивления ротора с учетом демпферного
контура, получим
k 
( Rf  R1 )  U ном.
3  R1  I1ном.
.
(10)
При использовании выражения (10) дополнительные потери в меди
статора можно определять по выражению (2).
Дополнительные потери в стали определяются по формуле [1]:
n
 ΔP
ст(n)
2
2
 U (n) 
1
  0,7 ,
 ΔPс.н.   
 U ном.  n
(11)
где ΔPс.н. – номинальные потери в стали двигателя при номинальном
напряжении Uном.
Мощность потерь, расходуемая на преодоление тормозного момента от
токов высших гармоник
n
 ΔP
т(n)
2
2
 U (n) 
Mп
1
 
 Pном.   
,
2
 U ном.  M ном. n  n  1
(12)
где Mп и Mном. – пусковой и номинальный моменты синхронного двигателя.
Для вычисления дополнительных потерь по методике изложенной выше
все необходимые величины определяются по паспортным или справочным
данным для конкретного типа электродвигателя. Значения U(n) могут быть
измерены с высокой точностью в различных режимах работы электрической
машины при эксплуатации или найдены путем разложения кривой выходного
напряжения в ряд Фурье[4].
34
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Карташев
И.И., Тульский,
В.Н., Шамонов
Р.Г. Управление качеством
электроэнергии.– М.: Издательский дом МЭИ, 2006.– С. 242-245.
2 Гамазин, С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах
промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой.– М.:
Издательство МЭИ, 1997.– С. 70-77.
3 Шабанов, В.А., Кабаргина, О.В.
Перспективы использования частотно-
регулируемого электропривода магистральных насосов на НПС: монография.– Уфа: Изд-во
УГНТУ, 2010.– С. 6-26.
4 Ярулин, Д.Е. Учет влияния высших гармоник на выходе многоуровневого
преобразователя частоты на электродвигатель СТД-8000: сборник научных трудов.-63-я
научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ.- Уфа:
Изд-во УГНТУ, 2012.
УДК 621.316
АНАЛИЗ ГАРМОНИЧЕСКОГО СОСТАВА НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ
ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЧАСТОТНО РЕГУЛИРУЕМОГО СИНХРОННОГО
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
В.И. Бабакин
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа)
Технологические
процессы
транспорта
углеводородного
сырья
характеризуются высокой энергоёмкостью. В подавляющем большинстве
случаев
электроприводы
технологических
установок
транспорта
углеводородного сырья являются нерегулируемыми, что не обеспечивает
режим рационального электропотребления. Выбранные по максимуму про–
изводительности рабочие машины этих установок могут значительную часть
времени работать с нагрузкой меньшей чем номинальная и, как следствие с
превышением удельного расхода энергии на транспорт перекачиваемого сырья.
При использовании частотно–регулируемого электропривода может быть
достигнута
значительная
экономия
электроэнергии.
При
этом
энергосберегающий эффект будет тем выше, чем больше неравномерность
графика потребления нефти и нефтепродуктов. Помимо энергосбережения
35
применение
частотно–регулируемого
электропривода
обеспечивает
ресурсосберегающий эффект за счёт уменьшения утечек перекачиваемого
вещества
через
уплотнения,
увеличения
межремонтных
периодов
перекачивающих агрегатов и запорной арматуры, функционирующих в
щадящих
режимах
а
также
значительно
более
точное
соблюдение
технологического режима
Прогресс в области силовой преобразовательной техники привёл к
широкому
внедрению
мощных
вентильных
преобразователей,
которые
потребляют из сети ток, кривая которого оказывается несинусоидальной, в
результате возникают нелинейные искажения кривой напряжения сети
(несинусоидальные режимы),которые неблагоприятно сказываются на работе
силового
электрооборудования,
систем
релейной
защиты,
автоматики,
телемеханики и связи. Возникающие в результате воздействия высших
гармоник экономические ущербы обусловлены, главным образом, ухудшением
энергетических
показателей,
снижением
надёжности
функционирования
электрических сетей и сокращением срока службы электрооборудования [2].
Качество электроэнергии регламентирует ГОСТ 13109–97 «Качество
электрической энергии. Совместимость технических средств электромагнитная.
Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего
назначения». Нормы качества электроэнергии, устанавливаемые настоящим
стандартом,
являются
уровнями
электромагнитной
совместимости
для
кондуктивных электромагнитных помех в сис–темах электроснабжения общего
назначения.
Безопасная и устойчивая эксплуатация магистральных нефтепроводов и
трубопроводных
систем
невозможна
сегодня
без
математического
моделирования процесса перекачки нефти. С его помощью определяются
оптимальные режимы эксплуатации магистральных нефтепродуктопроводов
(МН)
и
технологического
разрабатываются
системы
оборудования,
защиты,
технологического управления.
36
параметры
формулируются
оборудования,
принципы
Для того чтобы проанализировать влияние высоковольтного частотнорегулируемого синхронного электропривода с автономным инвертором
напряжения( АИН) с различным числом фаз на питающую электрическую сеть,
в статье используется модель электроснабжения в пакете SimPowerSystems.
Модель для анализа влияния частотно–регулируемого электропривода на
питающую сеть представлена на рисунке 1.
В модели выделены две основные части:
1 система электроснабжения, включающая источник питания, воздушную
линию электропередачи и понижающий силовой трансформатор.
2 электромеханическая система, включающая преобразователь частоты и
электропривод магистрального насосного агрегата.
Модель источника питания Three–Phase Source имитирует вторичную
обмотку трансформатора на подстанции энергосистемы, от которого по
воздушной
линии
Line
получает
питание
трансформатор
главной
понизительной подстанции (ГПП) Three–Phase Transformer.
Мощность в кВт, необходимая для привода магистрального насосного
агрегата оп–ределяется по выражению:
где Q – расход, м3/с;
Н – напор, м;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
ρ – плотность перекачиваемой нефти, кг/м3;
η – КПД насоса.
Модель
насоса
относительно
мощности,
которая
необходима
электроприводу на валу, для вращения насоса представлена на рисунке 2.
Модель системы управления силовыми ключами инвертора представлена
на рисунке 3.
37
Рисунок 1 – Модель электроснабжения и высоковольтного частотно–регулируемого
синхронного электропривода высоковольтного частотно–регулируемого синхронного
электропривода магистрального насосного агрегата
Рис
унок 2 – Модель насоса относительно мощности (подсистема MNA)
Рисунок 3 – Система управления ключами инвертора
38
На рисунках 4 и 5 представлены осциллограммы токов трёхфазной
обмотки ста–тора и угловой скорости ротора двигателя снятые с помощью
осциллографа Scope2.
Рисунок 4 – Осциллограмма угловой скорости
Рисунок 5 – Осциллограммы токов статора в установившимся режиме
С помощью осциллографа Scope1 получены осциллограммы напряжений
в системе электроснабжения, представленные на рисунке 6. На верхней
осциллограмме представлено напряжение на подстанции энергосистемы, от
которой
получает
пита–ние
потребитель
(ГПП
НПС),
на
нижней
осциллограмме представлено напряжение на вводе 110 кВ ГПП.
Для
проведения
анализа
гармонического
состава
предусмотрено
выведение исследуемых сигналов (линейных напряжений между фазами А и В
на подстанции энергосистемы и на вводе 110 кВ ГПП потребителя) в рабочую
область MATLAB. Это выполняется с помощью блока ToWorkspace. После
окончания процесса расчёта модели в стандартном блоке Powergui выбирается
FFTAnalysis
(быстрое
преобразование
Фурье),
производится анализ гармонического состава.
39
с
помощью
которого
Рисунок 6 Осциллограммы напряжений в системе электроснабжения
На рисунках 7 и 8 представлены гистограммы амплитуд напряжений на
подстанции энергосистемы и на вводе в головную понизительную подстанцию
(ГПП) в % относительно амплитуды первой гармоники.
Рисунок 7 – Гармонический состав напряжения на подстанции энергосистемы
Коэффициент несинусоидальности (THD) = 1,02%
40
Рисунок 8– Гармонический состав напряжения на вводе 110 кВ ГПП
Коэффициент THD = 5,25%.
Проанализировав полученные результаты, можно сделать следующие
выводы:
Многофазные схемы обеспечивают взаимную компенсацию на шинах
источника высших гармоник, не характерных для многофазного режима. Так,
при 12–фаз–ной схеме компенсируются 5, 7, 17 и 19–я высшие гармоники.
В большинстве случаев 12–фазный режим реализуется на базе двух
одинаковых 6–фазных преобразователей при соединении одной обмотки
трансформатора в звезду, другой – в треугольник.
Векторы 5–й гармоники образуют симметричную систему обратной
последовательности; следовательно, относительно векторов напряжения
основной частоты, равной 6ω, где ω – круговая частота сети. Векторы 7–й
гармоники образуют систему прямой последовательности и вращаются в ту
же сторону, что и векторы напряжения питающей системы; частота
вращения векторов тока гармоник, относительно той же системы векторов
напряжения также составит 6ω.
При соединении обмоток трансформатора в звезду и треугольник сдвиг
по фазе между векторами напряжений составляет 30°, следовательно,
векторы высших гармоник одноимённых фаз, сдвинутые на угол 30∙6 = 180°,
41
окажутся в противофазе и будут взаимно компенсироваться на шинах
подстанции. В равной мере это относится к 17–й и 19–й гармоникам [2].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белоусенко И.В., Шварц Г.Р., Великий С.Н., Ершов М.С., Яризов А.Д. Новые
технологии
и
современное
оборудование
в
электроэнергетике
нефтегазовой
промышленности. – М.:ООО «Недра–Бизнесцентр», 2007. – 478 с. ил.
2. Жежеленко И.В., Высшие гармоники в системах промышленного электроснабже–
ния промпредприятий. –2–е изд., перераб. и доп.–М.: Энергоатомиздат, 1984.–160 с., ил.
3. Правила устройств электроустановок. – 6-е изд. – М.: Главэнергонадзор, 1998.
4 Г.Г. Соколовский. Электроприводы переменного тока с частотным регули–
рованием. М., Академия, 2006. – 259 с. с ил.
5 Гармоники в электрических системах: Пер. с англ./ Дж. Арриллага, Д. Брэдли, П.
Боджер. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 320 с. ил.
УДК 622.691.4.4.052.012
ИССЛЕДОВАНИЕ ГАРМОНИЧЕСКОГО СОСТАВА
НАПРЯЖЕНИЯПРИ ПУСКЕ ЭЛКТРОДВИГАТЕЛЯ ЧАСТОТНОРЕГУЛИРУЕМОЙ КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКИ
В.И. Бабакин
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
В
статье
исследуется
влияние
частотно-регулируемого
привода
компрессорной установки на гармонический состав напряжений на входе,
выходе преобразователя частоты и в звене постоянного тока при запуске
электродвигателя.
Для
исследования
использована
модель
частотно-
регулируемого ЭП компрессорной установки в среде программного пакета
MatLab [1, 2] (рисунок 1). .Модель включает в себя питающую сеть,
преобразователь частоты, состоящий из неуправляемого выпрямителя, LC–
фильтра и автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной
модуляцией
(ШИМ),
систему
управления,
центробежный компрессор.
42
асинхронный
двигатель,
Рисунок 1 – Модель частотно-регулируемой компрессорной установки
1. Анализ гармонического состава напряжения питающей сети при
успешном пуске двигателя.
Измерения
преобразователя.
проводились
осциллографами
на
входе
частотного
На
2
результаты
разложения
рисунке
представлены
напряжения сети в точке подключения ПЧ в ряд Фурье, коэффициенты
несинуcоидальности (THD), а также таблица уровней гармоник.
Как видим, наибольшее искажающее влияние вносят пятая (которая
составляет 1,83%) и седьмая (1,60%) гармоники, в результате чего форма
потребляемого
напряжении
имеет
пилообразный
характер.
При
этом
действующее значение напряжение сети равно 380 В.
2. Анализ гармонического состава выходного напряжения инвертора
при успешном пуске двигателя.
Измерения проводились на выходе автономного инвертора напряжения с
широтно-импульсной модуляцией.
43
а – входное напряжение выпрямителя, б – частотный спектр входного напряжения
выпрямителя,в – таблица уровней гармоник (в процентах)
Рисунок 2 – Влияние частотного преобразователя на питающую сеть при успешном
пуске двигателя
На
рисунке
3
представлены
результаты
разложения
выходного
напряжения инвертора в ряд Фурье. На выходе АИН с ШИМ в синусоидальной
высокочастотной последовательности импульсов присутствуют гармонические
составляющие, пятая (которая составляет 0,25%) и седьмая (0,36%) гармоники,
в результате чего амплитуда импульсов имеет небольшое отклонение от
заданной.
3. Анализ гармонического состава выходного напряжения выпрямителя
при успешном пуске двигателя.
Измерения проводились на выходе неуправляемого выпрямителя НВ. На
рисунке 4 представлены результаты разложения постоянного напряжения на
анодах диодов НВ в ряд Фурье, показывающие наличие всех гармоник. При
этом
уровень
значений
гармонических
составляющих
невелик
из-за
присутствия низкочастотного сглаживающего LC-фильтра на выходе НВ. Как
следствие, колебания выходного напряжения неуправляемого выпрямителя
незначительны.
44
а –высокочастотная последовательность импульсов на выходе АИН с ШИМ,
б – частотный спектр выходного напряжения АИН с ШИМ,
в – таблица уровней гармоник (в процентах)
Рисунок 3 – Гармонический состав выходного напряжения инвертора при успешном
пуске двигателя
а – выходное напряжение НВ, б – частотный спектр выходного
напряжения НВ,
в – таблица уровней гармоник (в процентах)
Рисунок 4 – Гармонический состав выходного напряжения выпрямителя при
успешном пуске двигателя
45
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в
Matlab 6.0: учеб. пособие. СПб.: Корона, 2001. С.227-243.
2. Виноградов А., Сибрицев А., Колодин И. Автоматизация насосной станции с
применением частотно-регулируемого электропривода //Силовая электроника. 2006. №
2.С.51.
УДК 621.317.772: 681.325
ПОСТРОЕНИЕ ЦИФРОУПРАВЛЯЕМЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
В.М. Сапельников, М.И. Хакимьянов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа)
Развитие современных средств автоматизации требует создания широкого
спектра прецизионных регулируемых электроприводов. Во многих областях
высокоточной техники требуется не просто регулировать скорость вращения
электродвигателя, но и обеспечивать изменение скорости по определенным
законам или обеспечивать необходимый угол поворота вала в заданные
моменты времени.
Такие
прецизионные
регулируемые
электроприводы
требуются
в
робототехнике, системах поиска дефектов в трубопроводах и многих других
областях. Еще одно применение таких систем в нефтяной промышленности –
это создание манипуляторов для механизации спуско-подъемных операций в
буровых установках и комплексах текущего и капитального ремонта скважин.
Традиционно
используются
базирующиеся
при
создании
специализированные
на
микроконтроллеры,
автоматизированном
цифровых
изначально
«интеллектуальных»
однокристальные
сигнальных
46
микроконтроллеры,
процессорах(DSP).
ориентированные
электроприводе,
электроприводов
обладают
на
использование
широким
Эти
в
набором
периферийных устройств для сопряжения с объектами управления и могут
решать
большой
круг
задач
управления
параметрами
движения
исполнительного механизма[1].
Однако такой подход не позволяет создавать системы управления,
полностью
адаптированные
к
требованиям
конкретной
задачи.
Это
обусловлено, во-первых, фиксированным набором встроенных периферийных
устройств,
и,
во-вторых,
программной
реализацией
математических
функций.Известно, что программная реализация математических функций в
значительной мере снижает быстродействие системы.
Повысить
быстродействие
автоматизированного
и
точность
электропривода
позиционирования
можно
используя
систем
аппаратную
реализацию математических функций в функциональных цифроаналоговых и
аналогово цифровых преобразователях (ФЦАП и ФАЦП).
На рисунке 1 показана схема ФЦАП для реализации математической
функции квадратного корня. Такой ФЦАП состоит из двух линейных ЦАП, на
цифровые входы которых подается одинаковый входной код, но аналоговый
выход ЦАП1 соединен со входом опорного напряжения ЦАП2 Uоп.2.
ЦАП1
Uоп.1
ЦАП2
Uоп. #/A
Uвых.
Uвых.1
Uоп.2
x1
x2
Uоп. #/A
Uвых.2
Uвых.
x1
x2
…
xn
…
xn
N
Рисунок 1 – ФЦАП, реализующий математическую функцию извлечения квадратного корня
из входного кода
Работает такой ФЦАП следующим образом. На выход ЦАП1 поступает
напряжение, пропорциональное входному коду N:
47
U ВЫХ.1  U ОП.1
где
UОП.1
–
N
N МАКС.
,
опорное
напряжение,
подаваемое
на
вход
схемы,
и,
соответственно, на ЦАП1;
NМАКС. – максимальный код ЦАП.
Напряжение на выходе ЦАП2 будет уже пропорционально опорному
напряжению UОП.2, которое равно UВЫХ.1:
U ВЫХ.2  U ОП.2
N
N МАКС.
 U ОП.1
N
N

N МАКС. N МАКС.
2
 N 
 U ОП.1 .
 
 N МАКС. 
Таким образом, отношения кодов будут пропорциональны квадратному
корню из отношений напряжений:
2
U ВЫХ.2  N 
U ВЫХ.2
N
 
.
 

U ОП.1  N МАКС. 
N МАКС.
U ОП.1
Аналогичным образом можно построить ФЦАП для извлечения корня
любой степени, соединяя последовательно несколько ЦАП и подавая на вход
опорного напряжения каждого выходное напряжение от предыдущего
ЦАП [2, 3].
Другой
класс
цифроуправляемых
преобразователей,
которые
используются в системах управления электроприводами, это устройства
формирования и регулирования фазового сдвига.
Функциональная схема фазосдвигающего устройства (ФСУ) в общем
виде показана на рисунке 2. Фазосдвигающее устройство содержит устройство
синхронизации с сетью С, генератор развертки ГР и пороговое устройство
(нуль-орган) НО. На вход НО подается кроме опорного напряжения Uоп сигнал
управления Uy. В общем случае напряжение Uy может подаваться через специальное входное устройство, осуществляющее согласование параметров
сигнала управления со входом ФСУ.
В момент равенства опорного напряжения Uoп и напряжения управления
Uy пороговое устройство переключается и формирователь импульсов ФИ в этот
же момент времени выдает управляющий импульс. Все перечисленные
48
элементы могут иметь различное исполнение и отличаться по принципу
работы.
Рисунок 2 – Структурная схема фазосдвигающего устройства
Структурная схема цифроуправляемого калибратора фазы представлена
на рисунке 3. Принцип действия устройства заключается в суммировании двух
синусоидальных напряжений, сдвинутых одно относительно другого на угол
90° [4].
Выходное напряжение UВЫХ является суммой двух синусоидальных
напряжений US и UC, сдвинутых одно относительно другого на 90°.
R*
R*
R
UC
R
А1
А2
R
R
R
R
R
R
R
А5
ЦАП1
ЦАП2
ЦАП3
ЦАП4
ЦАП5
ЦАП6
ЦАП7
R
R
UВХ
UВЫХ
R
R
R
R
N
R
R
US
ФВ
R
R*
А3
R*
А4
Рисунок 3 – Цифроуправляемый калибратор фазы с линейным преобразованием
управляющего кода в фазовый сдвиг
Напряжений US и UC формируются из входного синусоидального
напряжения UВХ цепью каскадно-включенных преобразователей ЦАП1-ЦАП7 и
инвертирующими сумматорами А1-А4.
49
Передаточная
функция
i-го
ЦАП
Hi(θ)выражается
линейной
зависимостью:
H i ( )  bi ,
где
bi – масштаб преобразования i-го ЦАП;

N
N МАКС.
; 

.
2
Передаточную функцию nкаскадно-включенных ЦАП можно записать в
виде:
n
H n ( )   H i ( )   
n
i 1
Погрешность
определяться
n
b .
i
i 1
такого
калибратора
погрешностью
настройки
фазы
ЦАП
будет
на
главным
заданный
образом
масштаб
преобразования, паразитными фазовыми сдвигами в ЦАП и сумматорах на
высоких частотах, а также точностью поддержания фазового сдвига 90°.
Такие цифроуправляемые функциональные преобразователи могут найти
широкое
применение
в
системах
управления
для
прецизионного
и
быстродействующего электропривода, в быстродействующих измерительных
системах, в робототехнике, а также при создании автоматизированных
манипуляторов для механизации спуско-подъемных операций в буровых
установках и комплексах ремонта скважин.
Таким образом, могут быть сделаны следующие выводы:
1 Применение ФЦАП позволяет проектировать системыуправления
электроприводами, полностью
адаптированные к требованиям конкретной
задачи.
2 Использование в системах управления электроприводами ФЦАП
позволяет значительно повысить быстродействие и точностные характеристики
проектируемых электроприводов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Фалеев М.В., Кашин А.В., Самок С.Г.Импульсно-фазовые электроприводы с
цифровымуправлением // «Вестник ИГЭУ». Вып. 3. 2005. C. 74-81.
50
2 ОпадчийЮ.Ф. и др.Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для
вузов / Ю.Ф.Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров: Под. ред. О.П. Глудкина.- М.: Горячая
Линия – Телеком,2002.- С. 750-751.
3 Федорков Б.Г., ТелецВ.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование,
параметры, применение.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- С. 68-71.
4 Сапельников В.М., Кравченко С.А., Чмых М.К. Проблемы воспроизведения
смещаемых во времени электрических сигналов и их метрологическое обеспечение / Изд-е
Башкирск. гос. ун-та.- Уфа, 2000.- 196 с.
УДК 621.311.4
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОТВЕТСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ2
В.Н. Медведев
(Магнитогорский государственный технический университет,
г. Магнитогорск)
Статистика показывает увеличение числа аварийных отключений
оборудования, технологические механизмы которого
оснащены частотно-
регулируемыми приводами(ЧРП) переменного тока. Причиной этого является
увеличение длительности перерывов в работе электродвигателей, питаемых от
преобразователей частоты (ПЧ), при кратковременных (1-2 с) нарушениях
электроснабжения [1]. Автоматическое включение резерва на период паузы не
является
рациональным
решением,
а
создание
собственного
быстродействующего АВР проблематично как с точки зрения усложнения
схемы электроснабжения, так и внесения проблем в сферу электроснабжения по
селективности и равномерности загрузки вводов электропитания.
Низкая устойчивость существующих схем построения ПЧ обусловлена
тем, что энергия, накопленная в фильтре звена постоянного тока, недостаточна
для поддержания устойчивой коммутации вентилей автономного инвертора, в
результате чего происходит отключение ЧРП. Повышение устойчивости ПЧ
2
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ (соглашение № 14.B37.21.0334)
51
при кратковременных нарушениях в системе электроснабжения может быть
обеспечено за счет совершенствования алгоритмов управления.
Предложен принцип регулирования и разработана серия технических
решений,
обеспечивающих
использование
для
поддержания
тока
в
электродвигателе энергии собственных вращающихся масс. Однако при этом
необходимо исключить торможение двигателя вследствие гашения поля ротора.
Это осуществляется за счет отключения его от источника питания на время
перерывов электроснабжения, т.е. обеспечения режима свободного выбега.
Основным является способ управления ЧРП, согласно которому при
нарушении электроснабжения прерывают рабочий режим управления и
снижают с ограниченной скоростью выходную частоту, а при возобновлении
электропитания повышают ее и восстанавливают рабочий режим управления
[2]. Преобразователь, управляемый по этому способу, при кратковременных
нарушениях электроснабжения поддерживает на заданном уровне напряжение
звена постоянного тока за счет рекуперации энергии инерционного вращения
электродвигателя и сопряженного с ним механизма. Такой способ управления
при
нарушениях
электроснабжения
характерен
для
большинства
представленных на российском рынке преобразователей
частоты. Его
недостаток заключается в следующем. Следствием снижения выходной частоты
преобразователя
является
приложение
тормозного
момента
к
ротору
электродвигателя. Поэтому электродвигатель и технологический механизм,
продолжающие
инерционное
производительности),
замедляют
вращение
(с
вращение
постепенной
и
при
потерей
восстановлении
электроснабжения начинают разгон с меньшей скорости. В результате время
разгона механизма до требуемой скорости увеличивается и, соответственно,
увеличивается длительность перерыва в нормальной работе механизма. Кроме
того
повышается
вероятность
срабатывания
технологической
защиты
оборудования.
Для устранения указанного недостатка в [3] предложен способ
управления ЧРП, обеспечивающий улучшение начальных условий разгона
52
электродвигателя
и
замедлениеснижения
скорости
технологического
механизма. При управлении ПЧ со звеном постоянного тока и инвертором
напряжения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) при нарушении
электроснабжения
прерывают
рабочий
режим
управления,
сохраняют
выходную частоту, снижают выходное напряжение со скоростью, которую
ограничивают, поддерживая на заданном уровне напряжение звена постоянного
тока, и запирают инвертор, а после восстановления электроснабжения
включают инвертор, повышают выходное напряжение и возобновляют рабочий
режим управления. Схемы и принцип работы устройств, реализующих способ,
представлены в [3, 4].
Способ имеет развития и уточнения для частных случаев его реализации,
состоящих в том, что:
– момент запирания инвертора устанавливают путем отсчета заданной
задержки от момента снижения выходного напряжения до заданной величины
или от момента фиксации нарушения электроснабжения;
–
после
восстановления
электроснабжения
выходную
частоту
устанавливают равной или пропорциональной ее сохраненному значению или в
соответствии с фактической частотой;
–
после
восстановления
электроснабжения
повышают
выходное
напряжение со скоростью, которую ограничивают, поддерживая на заданном
уровне пусковой ток электродвигателя, питаемого преобразователем.
Наряду с разработанными техническими решениями разработан способ,
направленный на уменьшение времени перезапуска ЧРП, т.е.повторного пуска
двигателя без бросков тока после провала или кратковременного отключения
напряжения в системе электроснабжения. Суть способа заключается в
вычислении
мгновенной
скорости
вращения
ротора
электродвигателя
непосредственнос момента поступления сигналаоб отсутствии напряжения в
системе электроснабжения. Функциональная схема устройства, реализующего
предложенный способ, представлена на рисунок 1.
53
Благодаря дополнительному блоку вычисления момента инерции ротора,
блоку вычисления скорости вращения ротора, датчику состояния обратного
клапана вычисление мгновенной скорости вращения ротора электродвигателя
начинаетсяс момента поступления вышеназванного сигнала с датчика об
отсутствии напряжения в системе электроснабжения. К моменту подачи
напряжения на вход ПЧ расчетная скорость вращения ротора известна, поэтому
время, которое необходимо на поиск частоты напряжения инвертора, сводится
к нулю. При этоминвертор напряжения осуществляет плавноенарастание
выходного напряжения до уровня, соответствующего найденной частоте с
соблюдением соотношения Uном/fном = const. Общее время перезапуска ЧРП
после
нарушения
электроснабжения
сокращается,
в
результате
чего
повышается надежность работы электропривода и приводного механизма.
1
2
3
8
4
~
5
7
9
6
12
10
11
13
1 – выпрямитель; 2 – звено постоянного тока; 3 – инвертор напряжения; 4 – двигатель;
5 – приводной механизм; 6 – блок управления; 7 – датчик нарушения электроснабжения;
8 – система электроснабжения; 9 – датчик тока ПЧ; 10 – датчик технологического параметра;
11 – блок вычисления скорости вращения ротора; 12 – блок вычисления момента инерции
ротора; 13 – датчик состояния обратного клапана
Рисунок 1 – Устройство управления ЧРП с ШИМ для ответственных механизмов
Рассмотренная система управления получила развитие, суть которого
поясняется схемой на рисунке 2. Благодаря выключателю, который выполняет
функцию
«байпаса»,
скорость
вращения
электродвигателя
после
кратковременного нарушения электроснабжениявосстанавливается за меньшее
54
время. Одновременно в блоке управления по параметрам математической
модели электродвигателя, показаниям датчика тока, датчика скорости и датчика
напряжения вычисляется положение пространственного вектора поля статора.
По положению вектора вычисляются значения управляющих сигналов частоты
f(t) и напряжения u(t) для инвертора напряжения, который подхватывает
вращающийся электродвигатель без бросков тока при переключении его от
сети на преобразователь частоты.
Общее время перезапуска сокращается, что снижает чувствительность
электропривода
к
кратковременным
нарушениям
электроснабжения
и
повышает его надежность.
13
1
2
3
9
5
~
4
12
6
11
8
7
10
1 – выпрямитель; 2 – звено постоянного тока; 3 – инвертор напряжения; 4 – датчик тока;
5 – двигатель; 6 – приводной механизм; 7 – блок управления; 8 – датчик нарушения
электроснабжения; 9 – система электроснабжения; 10 – датчик технологического параметра;
11 – датчик скорости электродвигателя; 12 – датчиком напряжения; 13 – выключатель
Рисунок 2 – Усовершенствованное устройство управления ЧРП с ШИМ
В целомразработанные способы и устройстваобеспечиваютповышение
надежности работыЧРП ответственного механизма при кратковременных
нарушениях электроснабжения, обеспечивают перезапуск преобразователя
частоты
на
вращающийся
двигатель
за
минимальноевремя
восстановления напряжения в системе электроснабжения.
55
после
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Способы повышения устойчивости частотно-регулируемых электроприводов при
нарушениях электроснабжения /Г.П. Корнилов, Т.Р. Храмшин, О.И. Карандаева и др. //
Вестник МГТУ – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2011. № 4. – С. 79–84.
2. Компания Emotron. Преобразователь частоты. Руководство по эксплуатации. – 2004 г.
3. Способ управления преобразователем частоты при нарушениях электроснабжения /
А.А. Ионов, Ю.А. Крылов, А.Н. Ремезов, В.Н. Медведев и др. // Патент РФ № 2344538, МПК
H02P 1/00. Опубл. 2009. Бюл. №2.
4. Преобразователь частоты / А.А. Ионов, Ю.А. Крылов, А.Н. Ремезов, В.Н. Медведев и
др. // Патент РФ № 72589, МПК H02P 27/08. Опубл. 2008. Бюл. №11.
УДК 621.313.32; 621.31-83-52; 62-83
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ
ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСОВ НПС
В.А. Шабанов, О.В. Бондаренко
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
В настоящее время частотно-регулируемый электропривод (ЧРЭП)
внедряется во многих отраслях промышленности. Целесообразна и замена
нерегулируемого электропривода магистральных насосов (МН) НПС на
регулируемый. Однако остаются не исследованными вопросы, связанные с
регулированием режимов работы нефтепровода при ЧРЭП МН. Один из них,
допустимая скорость изменения частоты вращения ЧРЭП МН при переходе от
одного режима работы нефтепровода к другому. При изменении частоты
вращения МН в нефтепроводе возникают волны давления, которые могут
привести к гидравлическим ударам и аварийным ситуациям. С целью снижения
волн давления следует ограничивать скорость изменения частоты вращения
ЧРЭП МН.
Рассмотрим процессы, происходящие в нефтепроводе при пуске, останове
и
изменении
частоты
вращения
МН.
56
На
рисунке
1
приведены
экспериментально снятые кривые изменения давления при пуске МНА по
данным [1]. При отсутствии плавного пуска включение насосного агрегата в
работу происходит очень быстро (за 2,5 с на рисунке 1). Такое быстрое
включение насоса в работу приводит к увеличению давления на выходе НПС, и
уменьшению давления на входе. Если пуск насосного агрегата производится
при давлениях, близких к максимально допустимым значениям, то при прямом
пуске давление в трубопроводе может повыситься настолько, что превысит
допустимое.
t1 – момент пуска насоса; t2 – момент закрытия обратного клапана;
РН и РВ – давление нагнетания и всасывания насоса, соответственно;
РНАС – дифференциальное давление насоса
Рисунок 1 – Пуск насосного агрегата на открытую напорную задвижку
При отключении электродвигателя от питающей сети неуправляемый МНА
переходит в режим выбега.
дифференциальное
давление
В процессе выбега в потоке жидкости
Рнас,
создаваемое
магистральным
насосом
(ордината между кривыми 1 и 2 на рисунке 2), снижается пропорционально
квадрату скорости. При этом растет давление на приеме насоса (кривая 2) и
снижается на линии нагнетания (кривая 1) [2]. Изменение дифференциального
давления заканчивается в момент времени t1. Также как и при пуске, волны
57
давления, возникающие при малом времени отключения МНА t1, могут
привести к срабатыванию защит по давлению.
Опасные волны в нефтепроводе возникают не только при включении и
отключении МН, но и при снижении его частоты вращения.
При снижении частоты вращения МН происходит снижение пропускной
способности насоса, что по характеру возмущения равносильно частичному
перекрытию сечения потока. При этом в трубопроводе
в сторону
предыдущей станции распространяется волна повышения давления, а по
ходу потока – волна понижения давления.
1, 3 - изменение давления на выходе насоса;
2, 4 — изменение давления на приеме насоса
Рисунок 2 – Изменение давлений и частоты вращения при отключении двигателя
(при потере питания)
Волна повышенного давления, распространяясь по трубопроводу в
сторону предыдущей станции, накладывается на давление установившегося
режима и
вызывает повышение давления во всех точках трубопровода от
отключившейся станции до предыдущей.
По мере приближения волны к
предыдущей насосной станции суммарное давление может превысить
допустимое рабочее давление в нефтепроводе и даже привести к разрыву
трубы в одном из сечений. Волна пониженного давления может привести к
срабатыванию защиты по минимальному давлению на последующей станции.
58
Для снижения волн давления при пуске, останове и изменении частоты
вращения необходимо снизить скорость нарастания давления до допустимых
пределов. Реализовать это можно снижением скорости изменения частоты
вращения МН. При этом регулирование частоты вращения насоса необходимо
выполнять так, чтобы на каждом интервале времени Δt значение изменения
давления Δp не превышало некоторой допустимой величины p  pдоп. . При
этом скорость изменения частоты на выходе частотного преобразователя ∆f/∆t
не должна превышать допустимого значения, определяемого по p доп. /∆t.
В настоящее время для снижения волн давления применяются устройства
сглаживания волн давления [3], также предлагаются новые методы [4]. Расчет
давлений при гидроударах производится на основе дифференциальных
уравнений [4, 5, 6, 7]. Другие методы основаны на использовании формулы
Н.Е. Жуковского [8, 9, 10]. Жуковский Н.Е. впервые связал величину ударного
давления Δp со свойствами сжимаемости жидкости и упругости стенок
трубопровода:
p    c  v ,
где ρ– плотность нефти;
(1)
с - скорость распространения ударной волны в
трубопроводе; Δv – величина скачкообразного изменения скорости.
Скорость распространения ударной волны в трубопроводе [3, 6]
ñ
1
 D

Ê E
,
(2)
где К –модуль упругости жидкости (среднее значение К=1200 МПа); D –
внутренний диаметр трубопровода (d=0,8 м ); Е – модуль упругости материала
трубы (для стали Е=2∙105 МПа); δ – толщина стенки трубы (δ=10 мм).
59
Для снижения крутизны фронта волны давления в нефтепроводах
применяются системы сглаживания волн давления, в которых скорость
нарастания давления снижается до допустимых значений:
р  рдоп
(3)
Для нефтепроводов диаметром свыше 700 мм допустимая крутизна
фронта волны давления находится в интервале 0,01-0,03 МПа/с [10, 3].
На основе уравнений (1) - (3) можно предложить следующий алгоритм
определения
допустимой
скорости
изменения
частоты
на
выходе
преобразователя частоты (ПЧ).
1 По уравнению (2)
определяется скорость распространения ударной
волны в трубопроводе.
3 Из уравнения (1)определяется допустимое изменение скорости течения
нефти:
v äîï 
p äîï
c
.
(4)
3 Определяется максимально допустимое изменение подачи насоса
Q äîï 
v äîï    D 2
4
.
(5)
4 Определяется допустимое изменение напора МН
Í
äîï

p äîï
g
.
5 Определяется допустимое изменение частоты вращения МН
60
(6)
Δn 
H1  ΔÍ
äîï
 b  Q1  ΔQ äîï
à
2
2
 n íîì
 n1 ,
(7)
где H1- напор МН до регулирования; ΔНдоп – допустимое изменение напора;
а и b – коэффициенты аппроксимированной напорной характеристики МН;
Q1 – производительность нефтепровода до регулирования; nном. – номинальная
частота вращения МН; n1. – частота вращения МН до начала регулирования.
6 Определяется допустимое изменение частоты выходного напряжения
ПЧ
f äîï 
n äîï  p ï
60
,
(8)
где pп – число пар полюсов электродвигателя.
На основании формул (1) – (8) создана модель в пакете MatlabSimulink
(рисунки 3, 4), позволяющая рассчитать допустимое изменение частоты
выходного напряжения ПЧ df/dt, при котором не возникает опасных волн
давления в нефтепроводе при пуске, остановке и переходе на другой режим
работы. На рисунке 3 блок вычисления производной и состав исходных данных
Рисунок 3 – Модель «df/dt»
61
Исходными данными являются: напор насоса в исходном режиме, H1 в м
производительность технологического участка в исходном режиме, Q1 в м3/ч;
частота питающего напряжения в исходном режиме, f1 в Гц; допустимое скачок
изменения давления, dp в Па; коэффициенты аппроксимированной напорной
характеристики регулируемого насоса,
aр и bр; плотность нефти, в кг/м3;
диаметр нефтепровода, D в м.
На рисунке 4 приведена структура блока для вычисления производной.
Рисунок 4– Структура блока «df_dt»
На выходе блока получаем допустимое изменение частоты выходного
напряжения ПЧ в Гц/с. Для режима работы нефтепровода, исходные данные
представлены на рисунке 3, допустимая скорость изменения частоты выходного
напряжения ПЧ составляет 0,57 Гц/с.
Выводы
1 Изменение частоты вращения ЧРЭП МН с допустимой скоростью при
пусках, остановах, переходе от одной частоты вращения МН к другой
позволяет снизить волны давления и исключить повышение давления в
трубопроводе до опасных значений.
62
2 Разработан алгоритм определения скорости изменения частоты
вращения МН, при которой скорость нарастания давления в нефтепроводе при
частотном регулировании не превышает максимально допустимых значений.
3 Разработана модель расчета допустимой скорости изменения частоты
напряжения преобразователя частоты в пакете MatlabSimulink.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Исследование пуска насосного агрегата на открытую напорную задвижку с
обратным клапаном/Ротте, А. Э., Кокоринов, В. Ф., Шериазданов//Транспорт и хранение
нефти и нефтепродуктов, 1970, № 10. – С. 10-13.
2 Исследование процесса остановки центробежного насосного агрегата / Ротте, А. Э.,
Кокоринов, В. Ф., Шериазданов, Ф. М., Лебедич, Ф. М. // Транспорт и хранение нефти и
нефтепродуктов, 1970, № 9. С. 5–10.
3 Петров В.Е. Машинист технологических насосов на нефтеперекачивающих
станциях. – М.: Недра, 1986. – 220 с.
4 Лурье М.В., Фериченкова Е.В. Защита магистральных нефтепродуктопроводов от
волн повышенного давления встречными волнами разряжения // Транспорт и хранение
нефтепродуктов, 2007. №6. – С. 4 - 7
5 Лурье М.В. Математическое моделирование процессов трубопроводного транспорта
нефти, нефтепродуктов и газа. – М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.
Губкина, 2003. - 336 с.
6 Трубопроводный транспорт нефти/ Г.Г. Васильев, Г.Е. Коробков, А.А. Коршак и др.;
Под общей редакцией Вайнштока: Учеб. для вузов: В 2 т. – М.: ООО «Недра – Бизнесцентр»,
2002. – Т.1. – 407 с.
7 Алихашкин А.С., Лурье М.В. Компьютерный расчет перегрузок на участках
магистрального трубопровода при пуске перекачивающих станций // Транаспорт и хранение
нефтепродуктов, 2007, №2. - С. 7 -9
8 Станев В.С., Рахматуллин Ш.И. Учет затухания гидроудара в магистральном
трубопроводе// Нефтяное хозяйство. 2003. №9. С. 98 – 99.
9 Станев В.С., Гумеров А.Г., Гумеров К.М., Рахматуллин Ш.И.// Проблемы сбора,
подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. – Уфа: ТРАНСТЭК, 2004. - № 63. С. 24 –
31.
63
10 Левченко Е.Л., Николаев С.Б., Беккер Л.М. К вопросу о применении систем
сглаживания волн давления на нефтепроводах АК «Транснефть» // Трубопроводный
транспорт нефти. 2001. № 12. С. 19 – 27.
УДК 621.313.32; 621.31-83-52; 62-83
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ
СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ МАГИСТРАЛЬНОГО НАСОСА НПС
ПРИ ЧАСТОТНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ
О.В. Бондаренко, В.А. Шабанов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
Для обеспечения оптимального режима работы частотно-регулируемых
электроприводов (ЧРЭП) магистральных насосов (МН) НПС необходимо
выбрать оптимальный закон скалярного частотного управления синхронным
двигателем (СД). В скалярной системе управления электроприводом токи и
напряжения рассматриваются как скалярные величины. Для СД параметрами
закона частотного регулирования являются частота напряжения питания,
действующее значение напряжения на статоре и значение тока возбуждения.
Известны скалярные законы частотного регулирования СД [1, 2]. Однако эти
законы не учитывают изменение КПД и коэффициент мощности СД, а также
потери мощности от токов высших гармоник и поэтому их нельзя
рассматривать как оптимальные.
Оптимальный закон частотного регулирования можно определить в
результате решения оптимизационной задачи по критерию минимума потерь
мощности СД:
F  min P  ,
(1)
где суммарные потери мощности должны определяться с учетом влияния, как
регулируемых параметров, так и токов высших гармоник.
Суммарные потери мощности СД можно записать в виде:
64
P  Pý1  Pì .  Pf  Pìåõ .  Pä.  Pâ.ã. ,
(2)
где Pý1 - потери в обмотке статора; Pì . - магнитные потери; Pf - потери на
возбуждение; Pìåõ . - механические потери; Pä . - добавочные потери [3, 4]; Pâ.ã. потери, обусловленные наличием высших гармоник напряжения и тока.
Потери в обмотке статора пропорциональны квадрату тока статора I1:
2
 I 
Pэ1  Pэ1ном.   1  ,
 I1ном. 
(3)
где Pý1íîì . - потери в обмотке статора в номинальном режиме,
Pэ1ном.  3  I12ном.  R 1 ;
(4)
I1ном. – номинальный ток статора; R1 - активное сопротивление обмотки статора.
Представим ток статора через составляющие по осям d и q [5]
I1  I12d  I12q ,
(5)
где составляющие тока статора при частотном регулировании
I1d 
где  
  U1ô .íîì.  cos    k f  E 0íîì
  xd
.
; I1q 
  U1ô .íîì .  sin 
  xq
,
(6)
U1
;U1- напряжение статора;U1ном. – номинальное напряжение; U1ф.ном.
U1íîì.
– номинальное фазное напряжение; x d и xq-
синхронные индуктивные
сопротивления обмотки статора по продольной и поперечной осям; E 0 íîì . - ЭДС
возбуждения при номинальном режиме;  
f
f íîì.
; f – частота напряжения
питания статора; fном. – номинальная частота; θ – угол нагрузки
65
  arcsin
Mñ
,
M maxf
(7)
где Mc - момент сопротивления на валу СД;
Мmaxf - максимальное значение синхронного момента при частоте
напряжения питания статора f,
   kf
М max f  
 
Ì
max

  М max ;

максимальное значение синхронного момента при номинальной
-
частоте:
М max 
3  U1ф.ном.  Е 0ном.
2    f ном.  x d
2
Е 0нном  U1ф
 I1нно  x d 2  2  U1ф
ном.
ном.
;
 I1нно  x d  sin ном . (8)
Магнитные потери[4, 5, 6]
Pì .  Pì .íîì
 
1,3
.
 Ôδ
 
 Ô δíîì
2

 ,

(9)
где Pì .íîì . - потери в магнитопроводе статора в номинальном режиме;
Ф  - результирующий магнитный поток в воздушном зазоре;
Ô δíîì
.
- магнитный поток в воздушном зазоре для номинального режима.
Учитывая, что ЭДС пропорциональна величине результирующего
магнитного потока и его частоте, отношение магнитных потоков можно
представить в виде [5]
Ф
E
,

Ф ном Е ном  
где E  и E íîì
.
(10)
- значения ЭДС от результирующего магнитного потока при
частотном регулировании и номинальном режиме.
66
Выражение для магнитных потерь (9) с учетом (10) принимает вид
P1ñò.  P1ñò.íîì
 
1,3
.
2
 Å 
 ,
 
Å
.


 íîì

(11)
Значение ЭДС от результирующего магнитного потока при частотном
регулировании может быть найдено по выражению [5]
 I
Å     1
 I1íîì
2
2

I
   2  x 2  2     
 x   sin  ,
I
íîì

где хσ - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора.
Потери на возбуждение[4]


2
Ðf  Ifíîì.
 R f  k f2  2  Uù  I fíîì.  k f  10 3 ,
где
Rf – активное сопротивление обмотки возбуждения; k f 
(12)
If
I fíîì.
; If–ток
возбуждения; If.нoм. –номинальный ток возбуждения; ΔUщ – переходное падение
напряжения в щеточном контакте ΔUщ= 1 В.
Механические потерипропорциональны третьей степени частоты[4]
Pмех.  Pмех.ном.   3 ,
(13)
где Pìåõ .íîì . - механические потери в номинальном режиме.
Из добавочных потерь выделим потери от наведенных потоками
рассеяния вихревых токов [7]
2
Pдоб.
 I 
 Pдоб.ном.   1  ,
 I ном. 
67
(14)
где Päîá .íîì . - добавочные потери от наведенных потоками рассеяния вихревых
токов в номинальном режиме.
Потери, обусловленные наличием высших гармоник напряжения,
определяются через напряжения гармоник на выходе ПЧ

U 2 Pном.
Pв.г.  k г 
 4 ,


10
2
(15)
где kг – коэффициент, для СД без демпферной обмотки kг=0,4; Uν– напряжение
ν-той гармоники на выходе ПЧ, %; ν – номер гармоники; Pном. – номинальная
мощность двигателя [8];
Из формул (3), (9), (12), (13), (14) и (15) вытекают следующие свойства
потерь мощности в СД. Потери в обмотке статора по (3) и добавочные потери
по (13) пропорциональны квадрату тока статора, который в соответствии с (6)
увеличивается при снижении частоты и снижается при снижении напряжения
на статоре. Поэтому при одновременном снижении частоты и напряжения на
статоре потери в обмотке статора и добавочные потери при нагрузке могут, как
увеличиваться, так и уменьшаться. Магнитные потери по (11) снижаются по
мере снижения частоты напряжения питания статора и напряжения на статоре.
Потери
на возбуждение по (12) определяются током возбуждения.
Механические потери по (13) снижаются при снижении частоты питания
статора и не зависят от напряжения на статоре. Потери от высших гармоник по
(15) зависят от гармонического состава напряжения на выходе ПЧ, то есть от
типа ПЧ.
Таким образом, при частотном управлении влияние регулируемых
параметров α, γ и k f на отдельные составляющие потерь мощности, а,
следовательно, и на суммарные потери мощности и КПД регулируемых СД не
однозначно. При этом для каждого типа двигателя может существовать
оптимальное соотношение регулируемых параметров, при котором потери
мощности в процессе регулирования будут минимальными.
68
Для привода МН широко используются СД. Основными преимуществами
СД являются их способность генерировать в сеть реактивную мощность и
работать с коэффициентом мощности, равным единице. При работе в составе
ЧРЭП
из названных преимуществ наиболее важным является способность
работать с единичным коэффициентом мощности. При этом СД потребляет от
ПЧ только активную мощность, что снижает ток в силовых ключах ПЧ и
повышает его КПД. Обозначим угол между током статора и осью d через ψ.
Тогда для суммы углов φ и θ можно записать ψ= φ + θ [5]. Из этого выражения
при единичном коэффициенте мощности получаем:
I
arcsin  d
 I1
Одним из недостатков

    0 .

(16)
скалярного управления СД принято считать
возможность потери статической устойчивости.
Запас по устойчивости
характеризуют коэффициентом запаса. Для обеспечения устойчивости СД при
ЧР коэффициент запаса в процессе регулирования не должен снижаться ниже
некоторого (требуемого или заданного) значения kзад. При этом для запаса
устойчивости по моменту можно записать
M max - M c
 k çàä .
M max
(17)
Если при минимизации целевой функции (2) учесть ограничения (16) и
(17), то при частотном регулировании будет поддерживаться единичный
коэффициент мощности и заданный запас статической устойчивости.
В соответствие с приведенными выше выражениями
(1)–(17) для
определения оптимального закона частотного регулирования СД была
разработана программа в пакете Matlab. Программа содержит две встроенные
M-функции:
KPDOpt(x). и GL(x).
В первой из них задаются технические
69
данные СД, и формулы для расчета потерь. В функции GL(x) задаются
нелинейные ограничения (16) – (17).
Исходными данными для расчета оптимального режима работы СД при
частотном регулировании являются:
- паспортные параметры двигателя:
номинальная мощность СД,
номинальное напряжение, номинальный ток статора, номинальная мощность
СД, номинальная частота, номинальный коэффициент мощности, активное
сопротивление
индуктивное
обмотки
статора,
индуктивное
сопротивление
статора,
сопротивление рассеяния обмотки статора, номинальный ток
возбуждения, сопротивление обмотки возбуждения, номинальные потери в
стали, номинальные механические потери, номинальные добавочные потери,
гармонический состав напряжения на выходе ПЧ;
- паспортные данные ПЧ: гармонический состав напряжения на его
выходе;
- регулируемыми параметрами при ЧР СД являются частота, напряжение
и ток возбуждения. В данной программе находятся оптимальные значения
напряжении и тока возбуждения для заданных значений частоты.
В рабочей области CommandWindow задаются:
вектор начальных
приближений, дополнительные ограничения (0<γ≤1, 0<kf≤1) на напряжение
статора и ток возбуждения и функция fmincom, с помощью которой по методу
последовательного квадратичного программирования ‘sqp’ минимизируется
целевая функция (рисунок 1).
Рисунок 1 – Листинг программы расчета оптимального режима работы СД
70
В таблице 1 для значений α от 0,1 до 1,0 представлены результаты расчета
значений напряжения статора и тока возбуждения в относительных единицах
при частотном регулировании СД серии СТД-8000, технические данные
которого представлены в таблице 2. При расчетах принято, что коэффициент
запаса устойчивости по моменту равен 0,2, При этом угол нагрузки
поддерживается не ниже   53,1 .
Принято, что момент сопротивления
магистрального насоса изменяется пропорционально α, что объясняется
влиянием режима перекачки нефти. Гармонический состав напряжения на
выходе ПЧ приведен в таблице 3.
Таблица 1 – Значения напряжения на статоре и
тока возбуждения в
относительных единицах при оптимальном законе частного регулирования,
потери мощности, КПД
α, о.е.
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
γ, о.е.
0,07
0,14
0,23
0,34
0,45
0,57
0,69
0,82
0,95
1,0
kf, о.е.
0,20
0,29
0,35
0,40
0,45
0,49
0,53
0,57
0,61
0,695
∑Р, Вт
4048
4514
5181
6064
7199
8617
10354
12444
14922
18124
КПД, %
0,94
0,964
0,976
0,981
0,983
0,984
0,984
0,983
0,983
0,98
Из таблицы 1 видно, что при α=0,4-0,9 КПД СД выше номинального
значения. При α=0,1-0,3 КПД СД снижается. Зависимости γ =f(α) и kf=f(α)
представлены на рисунке 2.
Таблица 2 – Технические данные СД серии СТД -8000 [9,11,12]
Технические данные
Значения
Номинальная полная мощность Sном., кВА
9130
Номинальная мощность Рном., кВт
8000
Номинальное напряжение U1ном., В
10000
Номинальный ток статора I1ном., A
527
Номинальный коэффициент мощности cosφном., о.е.
0,9
Сопротивление обмотки статора при 15ºС R1, Ом
0,0476
Синхронное реактивное сопротивление статора xd,%
Индуктивное сопротивление рассеяния статорной обмотки x  , о.е.
219,2
0,116
71
Номинальный ток возбуждения, If.ном., А
261, 6
Номинальное напряжение возбуждения, Ufном.
156,0
Сопротивление обмотки возбуждения при 15ºС Rf., Ом
0,417
'
Приведенное сопротивление обмотки возбуждения R f , Ом
0,038
Номинальный КПД ηном. %
Номинальные потери в стали (магнитопроводе статора) Pì .íîì . , кВт
Номинальные механические потери Pìåõ .íîì . , кВт
97,7
32
Номинальные добавочные потери Pä .íîì
18,5
.,
64
кВт
Таблица 3 – Гармонический состав напряжения ПЧ [13]
Номер гармоники
5
7
11
13
17
19
Значение, %
8,8
1,5
0,6
0,3
0,1
0,1
Рисунок 2 - Зависимости γ=f(α) и kf=f(α) при оптимальном законе регулирования СД
серии СТД
Из рисунка 2 видно, что зависимости γ=f(α) и kf=f(α) при оптимальном
законе регулирования нелинейны.
Выводы
1 Предложена методика выбора регулируемых параметров: напряжения,
частоты и тока возбуждения по критерию минимальных потерь мощности в СД
при частотном регулировании.
72
2 В Matlab разработана программа оптимизации режима работы СД по
критерию минимума потерь мощности с ограничениями по коэффициенту
мощности и углу нагрузки (коэффициента запаса устойчивости).
3 Для СД серии СТД-8000 найдены соотношения между регулируемыми
параметрами, при которых потери мощности в СД будут минимальными, а
коэффициент запаса устойчивости по мощности не ниже
минимального
значения 0,2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Чиликин, М.Г., Сандлер, А.С. Общий курс электропривода. уч. для вузов. - М.:
Энергоиздат, 1981. 576 с.
2 Титов М.П. Частотно-регулируемый синхронный электродвигатель. – Братск: БрИИ,
1998. -144 с.
3 Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: учебник для вузов. В двух томах.
Том 2. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 532 с.
4 Проектирование электрических машин: учебник для вузов/ под ред. И.П. Копылова.
– М.: Издательство Юрайт, 2011. – 767 с.
5 Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей – М.:
Энергоатомиздат 1984. 240 с.
6 Сергеев А.С., Виноградов Н.В., Горяинов Ф.А. Проектирование электрических
машин. - М.: Энергия, 1969. 632 с.
7 Кузнецов С.Е. Потреи и коэффициент полезного действия судового синхронного
генератора// Эксплуатация морского транспорта. 2009. № 3(57). С. 67-71.
8
Железко
Ю.С.
Потери
электроэнергии.
Реактивная
мощность.
Качество
электроэнергии. – М.: ЭНАС, 2009. – 456 с.
9 Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Акбердин А.М. Эксплуатация оборудования
нефтеперекачивающих стаций. . – М.: ООО «Недра –Бизнесцентр», 2001. – 475 с.
10 Методические указания по устойчивости энергосистем(от 30 июня 2003 г.). СО
153-34.20.576-2003. М: НЦ ЭНАС, 2004. –с.16
11 Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах
электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. – М.: Изд-во МЭИ, 1997.
– 424 с.
12 РД 39-0147103-307-85. Методика определения КПД насосных агрегатов
магистральных нефтепроводов. 1986. - 35 с.
73
13
Лазарев
Г.Б.
Мощные
высоковольтные
преобразователи
частоты
для
регулируемого электропривода в электроэнергетике// Силовая электроника. 2005. №11. С. 38.
УДК 621.313
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
С МАССИВНЫМ РОТОРОМ В ПАКЕТЕ MATLABSIMULINK
О.В. Бондаренко, В.А. Шабанов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
Для исследования переходных процессов в синхронных двигателях (СД)
магистральных насосов (МН) нефтеперекачивающих станций НПС при
изменении частоты вращения частотно-регулируемого электропривода (ЧРЭП)
МН
необходимо
иметь
математическую
модель
электродвигателя.
Моделирование электромеханических процессов в синхронном двигателе
производится на основе системы дифференциальных уравнений обобщенной
двухфазной машины переменного тока с демпферной обмоткой [1, 2, 3].
При моделировании СД принимаются следующие допущения [1, 4]:
- не учитываются потери в стали;
- не учитываются высшие гармоники магнитного поля при равномерном
воздушном зазоре;
- напряжение питания является симметричной системой синусоидальных
напряжений;
- нулевой ток отсутствует, сумма мгновенных значений фазных токов
равна нулю;
-
каждый
протекающий
по
фазной
обмотке
ток
порождает
магнитодвижущую силу, синусоидально распределенную по окружности
воздушного зазора машины;
- сложение магнитодвижущих сил отдельных фазных обмоток порождает
общую магнитную индукцию, также синусоидально распределенную по
окружности воздушного зазора;
74
- характеристика намагничивания машины линейна;
- параметры роторной цепи приведены к статорному контуру.
Переход от трехфазной
машины к двухфазной осуществляется через
пространственные вектора токов, напряжений, потокосцеплений. Проекции ix и
iy пространственного вектора тока статора на оси неподвижной системы
координат [1, 5]
ix  iA ; iy 
iB  iC
3
(1)
Математическая модель электромагнитных процессов в СД с демпферной
обмоткой представляется в виде системы уравнений для проекций обобщенных
векторов на оси d и q вращающейся системы координат в именованных
единицах [1, 2]:
u d  Rid  p d  q ;
u q  Riq  p q  d ;
u f  R f i f  p f ;
0  R kd i kd  p kd ;
0  R kq i kq  p kq ;
 d  L d i d  L ad i f  L ad i kd  L ad  L  i d  L ad i f  L ad i kd ;

(2)

q  Lqiq  Laqi kq  Laq  L iq  Laqi kq ;
 f  L f i f  L ad i d  L ad i kd  L ad  L f i f  L ad i d  L ad i kd ;
 kd  L kd i kd  Ladif  Ladid  Lad  L kd  i kd  Ladif  Ladid ; ;


 kq  L kq i kq  L aqi q  Laq  L kq i kq  Laqi q ;


3
M  pп diq  qid .
2
где ud, uq-
проекции пространственного вектора напряжения на оси
вращающейся системы координат d-q
u d  U1ô  sin  ;
u q  U1ô  cos ;
75
R, Rf – активные сопротивления фазы обмотки статора и обмотки возбуждения
соответственно; id, iq– токи статора по продольной d и поперечной q осям; ψd, ψq
- потокосцепления обмоток статора по осям d и q;if- ток возбуждения; ψf –
потокосцепление обмотки возбуждения; Rkd, Rkq - активные сопротивления
демпферной обмотки по осям d и q;ikd, ikq– токи демпферной обмотки по осям d
и q; ψkd, ψkq - потокосцепления демпферной обмотки по осям d и q; L d, Lq и Lf полные индуктивности обмоток статора по осям d и q и полная индуктивность
обмотки возбуждения соответственно; Lad, Laq- взаимная индукция между
обмоткой возбуждения и обмотками статора по осям d и q;
индуктивности
рассеяния
соответственно;Lkd,
Lkq–
обмотки
полные
статора
и
индуктивности
обмотки
Lσ, Lfσ возбуждения
демпферной
обмотки
(массивного ротора) по осям d и q; Lkdσ, Lkqσ -индуктивности рассеяния
демпферного контура по осям d и q; рп – число пар полюсов; ω – угловая
скорость вращения ротора.
Угол нагрузки СД
t
   0  p п dt,
(3)
0
где
ω0 – угловая скорость вращения вращающегося магнитного поля.
Параметры роторных контуров (токи, сопротивления, напряжения)
должны быть приведены к обмотке статора через коэффициенты приведения [6]
ki 
где I 'f 
E 0 ном.
х ad
2
2 2
If
'
'
U

k
U
R

k
R
;
;
;
;
k

k
k

ki ,
f
u
f
f
r
f
u
i
r
3
3
I 'f
,
(4)
(5)
В СД серии СТД массивный ротор выполняет функции демпферного
контура, активное и индуктивное сопротивления которого изменяются при
изменении частоты вращения [7, 8]:




 ;
R k  R 2kc  R 2kп  R 2kс  1 

0

76
(6)
x kп  x kс
x k 

х 2kп  х 2kс  х 2kп




 1 
 0 
,
(7)
где R 1ï x 1ï  , R1ñ x 1ñ  - активное (индуктивное сопротивления рассеяния)
эквивалентного демпферного контура при пуске (s=1) и в синхронном режиме
(s=0).
В литературе [8] значения активных и индуктивных сопротивлений СД
задаются в относительных единицах. Перевод значений сопротивлений из
относительных единиц в именованные производится на основе формулы
х  х о.е. 
U1.2 ном.
(8)
Sном.
где хо.е. – значение сопротивления в относительных единицах; U1íîì
.
-
номинальное линейное напряжение.
Математическая модель СД с массивным ротором на основе системы
дифференциальных уравнений (2) представлена на рисунке 1. На вход модели
(рисунок 1) подаются мгновенные значения напряжений фаз А, В, С,
коэффициент тока возбуждения kf, значение момента сопротивления насоса Mc.
На выходе модели снимаются значения частоты вращения и угла нагрузки.
Параметры модели рассчитываются в блоке Parametr. Для задания начального
синхронного
режима
соответствующих
необходимо
интеграторов
в
схеме
установить
начальные
на
значения
выходах
проекций
пространственных векторов потокосцепления статора  1díà÷. , 1qíà÷. , ротора
 fíà÷. , демпферного контура  1Díà÷. , 1Qíà÷. ,
значения частоты вращения
íà÷. и угла нагрузки  íà÷. .
Начальные
значения
проекций
пространственных
векторов
потокосцепления статора, ротора, демпферного контура, определяются в
матричной форме по выражению [1]
А∙х=u(9)
77
0
 0
0 0 0
R1
0
0
0
0 0 0
0
R1
1
0
0 0 0
 Ld
0
A 0
1
0 0 0
0
0
0
1 0 0  L ad
0
0
0
0 1 0  L ad
0
0
0
0 0 1
0
 Ld ; u 
 L ad
u1d
u1q
i f  L ad
0
if  Lf
0
1díà÷.
1qíà÷.
fíà÷.
; x  1Díà÷.
(10)
1Qíà÷.
i1díà÷.
i1qíà÷.
Графики изменения электромагнитного момента частоты вращения и угла
нагрузки СД, типа СТД-8000 при изменении момента сопротивления (от 0 до
20000 Н∙м) на 1-й секунде и изменения частоты питающего напряжения (с 50
до 49 Гц) на 7-й секунде показаны на рисунке 2. Технические параметры СД,
используемые в расчетах, приведены в приложении.
78
79
Рисунок 1 – Структурная схема модели синхронного двигателя в MatlabSimulink
79
Рисунок 2 – Графики переходных процессов момента СД
Таким образом, с помощью созданной в пакете MatlabSimulink модели
СД серии СТД могут быть исследованы переходные процессы при изменении
частоты напряжения питания, а также момента сопротивления магистрального
насоса.
Приложение –Технические данные двигателя СТД-8000 [8, 9, 10]
Технические данные
Значения
Номинальная мощность Рном., кВт
8000
Номинальное напряжение U1ном., В
10000
Номинальный ток статора I1ном., A
527
Сопротивление обмотки статора при 15ºС R1, Ом
0,0476
Активное сопротивление эквивалентного демпферного контура в синхронном
режиме R kc , о.е.
0,015
Активное сопротивление эквивалентного демпферного контура при пуске R kï , о.е.
0,038
Синхронное реактивное сопротивление статора xd,%
Сопротивление взаимоиндукции между статорной и роторной обмотками x ad , о.е.
219,2
2,07
80
Индуктивное сопротивление рассеяния статорной обмотки x  , о.е.
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения x f , о.е.
0,116
0,153
Индуктивное сопротивление рассеяния эквивалентного в синхронном режиме
демпферного контура x kc , о.е.
0,058
Индуктивное сопротивление рассеяния эквивалентного демпферного контура при
пуске x kï , о.е.
0,023
Номинальный ток возбуждения, If.ном., А
261, 6
Номинальное напряжение возбуждения, Ufном.
156,0
Сопротивление обмотки возбуждения при 15ºС Rf., Ом
Приведенное сопротивление обмотки возбуждения
R 'f
0,417
, Ом
0,038
Момент инерции двигателя J, кг∙м
2
767
Момент инерции насоса НМ 10000-210, Jн., кг∙м
2
26,3
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием.
– М.: Изд. центр Академия, 2006. – 272 с.
2Калентионок
Е.В.
Устойчивость
электроэнергетических
систем.
Минск:
Техноперспектива, 2008. - с. 376
3 Абрамович Б.Н., Жуковский Ю.Л., Круглый А.А., Устинов Д.А. Моделирование
электромеханических комплексов с синхронными двигателями в системе проведения
математических расчетов Matlab пакет Simulink. – Спб.: Изд-во Нестор, 2007. – с. 59.
4 Тумаева Е.В. Математическая модель синхронного электропривода: монография. –
Казань: Изд-во Казан. Гос. Технол. Ун-та, 2008. - 96 с.
5 Фираго Б.И., Павлячик Л.Б. Регулируемые электроприводы переменного тока. –
Минск: Техноперспектива, 2006. - 363 с.
6 Вольдек А.И., Попов В.В. Машины переменного тока: учеб. для вузов. – СПб.:
Питер, 2008. – 350 с
7 Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей – М.:
Энергоатомиздат 1984. 240 с.
8 Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах
элетроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. – М.: Изд-во МЭИ, 1997.
– 424 с.
9
РД
39-0147103-307-85.
Методика
определения
КПД
насосных
агрегатов
магистральных нефтепроводов. 1986. 35 с.
10
Першина Л.М., Бак С.И., Першин Ю.С., Читипаховян С.П. Применение
электродвигателей в нефтяной промышленности - М.: Недра, 1980. – 167 с.
81
УДК 621.313
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИНИМАЛЬНО НЕОБХОДИМОГО
ЧИСЛА И МЕСТ УСТАНОВКИЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСОВ
В.А. Шабанов, О.В. Бондаренко
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
При
внедрении
частотно-регулируемого
электропривода
(ЧРЭП)
магистральных насосов (МН) необходимо решить задачу об определении
минимально необходимого числа и мест
ЧРЭП на НПС технологического
участка нефтепровода. С одной стороны число ЧРЭП должно быть
достаточным для обеспечения всех требуемых режимов перекачки путем
плавного изменения производительности, с другой стороны экономически
целесообразным.
В статье предлагается методика, позволяющая определить минимальное
число ЧРЭП МН с учетом технологических ограничений. В качестве критерия
экономической целесообразности принято условие: КПД перекачки при
установке ЧРЭП должен быть выше, чем эквивалентный КПД при циклической
перекачке.
Исходными данными являются:
а)
характеристики
нефтепровода:
высотные
отметки
трассы
нефтепровода; длины линейных участков; диаметр нефтепровода; остаточный
напор в конце технологического участка;
расстояния
до
возможных
перевальных
шероховатость труб;
точек;
значения
высоты и
минимально
допустимых подпоров на входе каждой из НПС и максимально допустимых
напоров на выходе НПС;
б) для режимов циклической перекачки при отсутствии ЧРЭП: схемы
включения
и
число
включенных
МН
при
каждом
производительность нефтепровода при каждом из режимов;
82
из
режимов;
в) требуемая производительность трубопровода, которую следует
обеспечить путем выбора числа и мест установки ЧРЭП.
Требуется
выбрать
расстановку
регулируемых
МН
нефтепровода, т.е. выбрать НПС, на которых целесообразно
по
трассе
использовать
ЧРЭП. Анализ целесообразно вести в следующей последовательности.
Анализ состоит из двух этапов. На первом этапе определяются
возможности частотного регулирования МН на каждой из НПС. Цель первого
этапа- определить допустимое снижение напора ΔНдоп. на каждой из НПС при
частотном регулировании МН.
1 Формируется база исходных данных, в которой для каждой НПС
указываются разрешенные значения напоров на выходе и подпоров на входе;
расстояние до перевальных точек и их высотные отметки.
2 В качестве исходного из двух режимов циклической перекачки задается
режим с большей производительностью при номинальной скорости вращения
всех МН технологического участка.
3 Ступенчато изменяя скорость вращения одного из МН на каждой НПС,
для каждого значения ν определяется производительность трубопровода
Q
a ð  2  À1
b ð  B1
(1)
где aр и bр – коэффициенты напорной характеристики регулируемого насоса;
ν = ω/ωНОМ - относительная скорость вращения насоса; ω – угловая частота
вращения; ωном. - номинальная частота вращения;
n 1
А1  a П   a i  z  h ОСТ ;
(2)
 b  n 1
В1  1,02fL   2пm    b i .
 m п
 i1
(3)
i 1
где f – гидравлический уклон при единичной производительности; L - длина
трубопровода;
aрi,
bрi
–
коэффициенты
напорной
характеристики
нерегулируемых насосов; aП, bП,– коэффициенты напорных характеристик
83
подпорного насоса; mП – число работающих подпорных насосов; Δz – разность
геодезических отметок по концам технологического участка; hост – остаточный
напор в конце технологического участка; m – коэффициент режима перекачки.
4
Для
каждого
значения
Q
определяется
напор,
развиваемый
регулируемым насосом
H  a ð   2  bðQ2
(4)
5 Определяются подпоры и напоры в характерных точках трубопровода
Hi+1 = HПСi – Hi. i+1,
HПСi=Hi+ HCTi,
(5)
(6)
где Hi. i+1, - потери напора между i-й и i +1 –й станциями,
Hi. i+1,=1,02fLQ2+Zi+1-Zi.
(7)
НСТ – напор, создаваемый насосами i-й станции.
6 Определяется напор в месте расположения перевальной точки на
расстоянии li от i-й станции
HП= HПСi- Hi. П,
(8)
где Hi. П – потери напора от i-й станции до перевальной точки
Hi. П=1,02fliQ2.
(9)
7 Определяется допустимость напоров и подпоров
HПC i  H max i ; Hi  Hmin i ; HПi  h Пi ,
84
(10)
где
Hmax i, Hmin i – разрешенные значения напоров и подпоров i-й НПС; hП –
геодезическая отметка i-й перевальной точки на трассе нефтепровода.
Значение скорости вращения МН, при которой происходит нарушение
одного из граничных условий (10), будет соответствовать минимально
допустимой частоте вращения регулируемого насоса νмин.д . Этой допустимой
частоте вращения соответствует допустимое снижение напора ΔНдоп. МН на
рассматриваемой НПС.
8 Расчеты по п. 1-7 выполняются последовательно для всех НПС. Все
НПС ранжируются по величине допустимого снижения напора.
Второй
этап.
Определение
экономической
целесообразности
использования ЧРЭП.
9 Для снижения числа ЧРЭП регулирование начинается с той НПС и с
того МН на НПС, у которых допустимое снижение напора ΔНдоп. больше.
10 Если при минимально допустимой частоте вращения одного ЧРЭП МН
νмин.д производительность меньше или равна требуемой, то по минимально
допустимой
частоте
вращения
регулируемого
насоса
νмин.д
рассчитываетсяэквивалентный КПД перекачки при частотном регулировании
чр 
Н ТР
N2
Н Нi
H Рi



1
1 НАСi  ЭДi  ПЧ
НАСi  ЭДi
N1
,
(10)
где НТР - потери напора в трубопроводе; Нр - напор, развиваемый
нерегулируемым насосом; Нр - напор, развиваемый регулируемым насосом;
ηнас. – КПД насоса [1]
ηíàñ .  ηíàñ .ì

n
  Q  Q ì .
n íîì

2
2
 ηíàñ .ì  n íîì . 


 ,
Q
n


.
ì.
(11)
где ηнас.м – максимальное значение КПД; Qм. - подача насоса, соответствующая
максимальному КПД (при nном.=3000 об/мин; ηЭД – КПД электродвигателя; ηПЧ
– КПД преобразователя частоты.
85
8 Рассчитывается эквивалентный КПД при циклической перекачке
ÖÏ 
Í
N
q1  
1
Í
ÒÐ
N -1
i
ÍÀÑi  ÝÄi
Hi
 q2  
1 ÍÀÑi  ÝÄi
,
(12)
где
q Ò1 
Q1  Ò1
QT
и
q Ò2 
Q 2  Ò2
; Т1 и Т2 – время работы на режимах с
QT
производительностями Q1 и Q2 соответственно.
12 Сравниваются эквивалентные КПД циклической перекачки и при
частотном регулировании.
×Ð  ÖÏ ,
Если
(13)
то для обеспечения требуемой производительности достаточно одного ЧРЭП
МН. Если условие (13) не выполняется, то следует рассмотреть регулирование
скорости вращения на следующей станции, выбираемой по (условию п. 7-10) по
величине допустимого снижения напора. Определение требуемой скорости
вращения МН на следующей НПС производится в той же последовательности
(по пп.1-13), но уже при двух регулируемых МН.
13 Изменяя скорость вращения регулируемого МН, для каждого значения
ν определяется производительность трубопровода по выражению, которое при
k регулируемых насосах имеет вид:
k
 (a pi   2 )  Ai
Q  2m 1
k
 (b pi )  Bi
(14)
1
где Аiи Вi – коэффициенты уравнения баланса напоров.
Для каждого значения Q по выражению (4) определяется напор,
развиваемый регулируемыми насосами. По выражениям (5) –(9) определяются
напоры и подпоры в характерных точках трубопровода и по выражениям (10)
определяется их допустимость. Значение скорости вращения МН, при которой
86
происходит
нарушение
одного
из
граничных
условий
(10),
будет
соответствовать минимально допустимой частоте вращения регулируемого
насоса νмин.д
на следующей НПС.
Если
хотя бы одно из условий (10)
нарушается при любом снижении скорости вращения второго насоса ниже
номинальной, то установка ЧРЭП на этой НПС не целесообразна.
14
Если
полученное
значение
производительности
трубопровода
превышает заданное, то следует рассмотреть регулирование скорости вращения
на третьей, четвертой и т.д. НПС. Определение требуемой скорости вращения
МН на третьей и следующих НПС производится в той же последовательности.
Рассмотреть задачу об определении минимального числа и мест
установки ЧРЭП можно также с использованием графических построений. На
рисунке
1
представлены
профиль
трассы
технологического
участка
нефтепровода, минимально допустимые подпоры на входе НПС. С помощью
ЧРЭП МН требуется обеспечить производительность нефтепровода в диапазоне
Q1 = 9825 м3/ч - Q2= 9538 м3/ч. При режиме с производительностью Q2 в работе
находятся два МН на НПС1, и по одному МН на НПС2, НПС3 и НПС4.
Снижение производительности от Q1 до Q2 достигается снижением скорости
вращения насосов. На рисунке 1 построены гидравлические уклоны для
отдельных линейных участков в режиме с производительностью Q1.
Рисунок 1 – Гидравлические уклоны при режиме Q1
87
Снижение напора при частотном регулировании не должно приводить к
появлению перевальных точек и нарушению ограничений по минимальному
подпору НПС. Из рисунка 1 видно, что наибольшее допустимое снижение
напора на НПС1 определяется из условием появления перевальной точки на
расстоянии примерно 31 км от НПС1 и составляет ΔНдоп.1=125 м. Наибольшее
допустимое снижение напора на НПС2 составляет ΔНдоп.2 =67 м, на НПС3 ΔНдоп.3 =150 м и НПС4 ΔНдоп.4 =65 м.
Допустимое
снижение
напора
на
НПС3 больше, чем на других НПС, регулирование целесообразно начать с нее.
Напор, развиваемый насосом НПС3, при производительности Q1
и
номинальной частоте вращения составляет Н=195 м. Для перехода к режиму Q2
насос должен снизить напор до значения Нр=195-96=99 м. По выражению (4)
для МН с коэффициентами напорной характеристики aр=364,5, bр= 9,4947∙10-7
это произойдет при снижении его скорости
вращения до n=2428 об/мин.
Эквивалентный КПД перекачки при частотном регулировании, рассчитанный
по (10), равен ηэкв.чр=0,923. Эквивалентный КПД циклической перекачки [2]
найденный по (11) составляет ηэкв.цп=0,937, что больше, чем при частотном
регулировании. Это означает, что экономии электроэнергии при частотном
регулировании не будет. Поэтому частотное регулирование только одного МН
на НПС3 нецелесообразно.
Результаты расчета эквивалентного КПД при частотном регулировании
на нескольких НПС представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты расчета эквивалентного КПД при частотном
регулировании на нескольких НПС
Число ЧРЭП МН
Эквивалентный КПД перекачки при
частотном регулировании
0,930
0,936
0,943
1 (на НПС 1), 1 (на НПС 3)
2 (на НПС 1), 1 (на НПС 3)
2 (на НПС 1), 1 (на НПС 2), 1 (на НПС 3)
Таким образом, для получения экономического эффекта от частотного
регулирования в диапазоне Q1 - Q2, число регулируемых насосов должно быть
не меньше четырех: два – на НПС 1 и по одному на НПС2, НПС3. Аналогичные
расчеты
могут
быть
выполнены
для
88
всего
рабочего
диапазона
производительностей нефтепровода и определено минимально необходимое
число ЧРЭП МН, при котором применение ЧРЭП выгоднее, чем циклическая
перекачка.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Гришин, А.П., Гришин, В.А. Коэффициент полезного действия частотнорегулируемого электронасоса. Научные труды. Том 89. – М: ВИЭСХ, 2004. – С.118 – 127.
2 Шабанов В.А., Кабаргина О.В., Павлова З.Х. Оценка эффективности частотного
регулирования магистральных насосов по эквивалентному коэффициенту полезного
действия // Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". 2011. №6. С. 24-29. URL:
http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_8.pdf
УДК 621.311.4
ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ДВУХСКОРОСТНОГО ЧАСТОТНОРЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПРИ НАРУШЕНИЯХ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ3
Р.Р.Храмшин, Т.Р.Храмшин, А.Р.Губайдуллин
(Магнитогорский государственный технический университет,
г. Магнитогорск)
Серьезной проблемой, препятствующей массовому внедрению частотнорегулируемых электроприводов (ЧРП) на ответственных механизмах тепловых
электростанций, является повышенная чувствительность преобразователей
частоты к кратковременным нарушениям электроснабжения (отключениям
либо провалам напряжения). Причины снижения надежности ЧРП и возможные
способы ее повышения рассмотрены в [1, 2].
Значительная часть электроприводов (ЭП) ответственных механизмов, в
частности ЭП дутьевых вентиляторов ТЭЦ и тепловых станций (котельных)
выполняется на базе двухскоростных асинхронных электродвигателей. Перевод
подобных ЭП на частотное управление создает дополнительные возможности
для
3
повышения
надежности
котлоагрегата
при
выходе
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ (соглашение № 14.B37.21.0334)
89
из
строя
преобразователя частоты (ПЧ) илиаварийном отключении одного источника
электроснабжения. Это обеспечивается за счет питания обмоток высокой и
низкой скоростиот двух независимых вводов (рис. 1). При этом питание каждой
обмотки осуществляется от своего ПЧ большой и малой мощности,
соответственно. Алгоритм, согласно которому осуществляется управление,
представлен на рисунке 2.
Блок 10 (рис. 1) задания количества подаваемого воздуха обеспечивает
производительность Q
зад
дутьевого вентилятора 2, которая удовлетворяет
заданному соотношению топливо – воздух. В процессе эксплуатации
котельного
агрегата
максимальной,
что
его
производительность
обычно
соответствует
может
изменяться
от
нагрузке,
до
номинальной
минимальной, которая, как правило, равна половине номинальной. При этом
дутьевой вентилятор длительное время может работать с постоянной
производительностью или с малыми изменениями производительности.
9 – блок управления
10 – блок задания количества
подаваемого воздуха
14 – направляющий
аппарат вентилятора
6 – вывод обмотки
высокой скорости
12 – первый
преобразователь
частоты
10
9
3 – первый
коммутационный
аппарат
11 – датчик количества
подаваемого воздуха
2
14
11
12
5
5 – основной источник
электроснабжения
6
~
3
2 – дутьевой вентилятор
1
8
7
~
1 – двухскоростной
электродвигатель
4
8 – резервный источник
электроснабжения
13
4 – второй
коммутационный
аппарат
7 – вывод обмотки
низкой скорости
13 – второй
преобразователь
частоты
Рисунок 1 – Функциональная схема устройства управления
двухскоростнымэлектродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата
90
В аварийном режиме, когда происходит отключение ПЧ большой
мощности, с его информационного выхода на вход блока управления поступает
сигнал «авария преобразователя частоты». При этом блок управления 9
осуществляет
переключение
питания
на
обмотку
низкой
скорости.
Одновременно изменяется положение лопаток направляющего аппарата
вентилятора 14, тем самым обеспечивается заданная производительностьQ
зад
дутьевого вентилятора. Его к.п.д. при этом снижается, однако при этом
сохраняется работоспособность как дутьевого вентилятора, так и котельного
агрегата в целом.После снятия сигнала «авария преобразователя частоты» блок
управления восстанавливает рабочий режим эксплуатации двигателя.
При аварийном отключении резервного источника электроснабжения с
информационного выхода преобразователя частоты 13 на вход блока
управления поступает сигнал «отсутствие напряжения резервного источника
электроснабжения». При
этом включается
ПЧ
большой
мощности
обеспечивается заданная производительностьQ зад дутьевого вентилятора.
Алгоритм управления двухскоростным электродвигателем
дутьевого вентилятора
Qзад
Авар. ОИЭ
Авар. РИЭ
Qзад ≤ Q1
Qзад ≤ Q1
Авар. ПЧМ
Q1<Qзад<Q2
Авар. ПЧМ
Q1<Qзад<Q2
Снизить Qзад
Q2≤Qзад≤Q3
Включить ПЧМ
Включить НС
Авар. ПЧБ
Включить ПЧБ
Включить ВС
Открыть НА
Регулировать НА
Авар. ОИЭ
Авар. РИЭ
Авар. ПЧМ
Авар. ПЧБ
Включить ПЧМ
Включить ПЧБ
- авария основного источника электроснабжения
- авария резервного источника электроснабжения
- авария преобразователя частоты малой мощности
- авария преобразователя частоты большой мощности
- включить эл.двиг. на низкой скорости от ПЧ малой мощн.
- включить эл.двиг. на высокой скорости от ПЧ большой мощн.
Включить НС
- включить эл.двиг. на низкой скорости от сети
Включить ВС
Открыть НА
Регулировать НА
Снизить Qзад
- включить эл.двиг. на высокой скорости от сети
- открыть направляющий аппарат вентилятора
- регулировать направляющим аппаратом вентилятора
- снизить задание производительности
Рисунок 2 – Алгоритм управления двухскоростным электродвигателем дутьевого
вентилятора
91
и
Аналогично осуществляются коммутационные процессы при выходе из
строя ПЧ малой мощности 13 либо при потере напряжения на основном
источнике электроснабжения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Проблемы
внедрения
частотно-регулируемых
электроприводов
на
ответственных
механизмах тепловой электростанции / Ю.А. Крылов, И.А. Селиванов, А.С. Карандаев и
др. // Изв. вузов. Электромеханика. 2011. № 4. – С. 19–25.
2. Способы повышения устойчивости частотно-регулируемых электроприводов при
нарушениях электроснабжения /Г.П. Корнилов, Т.Р. Храмшин, О.И. Карандаева и др. //
Вестник МГТУ – Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2011. № 4. – С. 79–84.
УДК 621.313; 621.31-83-52; 62-83
ЗАДАЧИ И ПРОБЛЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ ЧРЭП МН
Шабанов В.А., Шарипова С.Ф.
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
Современная
система
транспортировки
нефти
по
магистральным
нефтепроводам предполагает деление трубопровода на технологические
участки. Технологический участок может содержать до двух и более десятков
магистральных насосов (МН). В пределах технологического участка все насосы
включены последовательно и режимы их работы взаимосвязаны. Поэтому при
разработке
частотно-регулируемых
электроприводов
(ЧРЭП)
для
МН
нефтеперекачивающих станций (НПС) необходимо рассматривать все ЧРЭП и
все МН технологического участка как компоненты единого технологического
процесса перекачки. При этом невозможно рассматривать оптимизацию
отдельно взятого МН или даже отдельно взятой НПС. Поэтому проблема
оптимизации
ЧРЭП
МН
носит
комплексный
характер,
является
многокритериальной и включает в себя ряд задач. В статье рассматриваются
основные задачи, возникающие при разработке ЧРЭП МН, и основные
проблемы при оптимизации режима ЧРЭП, МН и нефтепровода в целом
92
Основная задача разработки и внедрения ЧРЭП МН – получить
наибольший эффект от его использования. И здесь возникает первая и главная
проблема – по каким критериям или показателям оценивать эффект от
использования ЧРЭП МН на НПС. Проблема здесь в том, что, вследствие
установки ЧРЭП на одном из МН, изменяются режимы работы всех других
МН. Поэтому экономический эффект, достигнутый применительно к одному
МН с ЧРЭП, применительно к одной НПС может быть полностью нивелирован
за счет снижения эффективности работы других МН, на этой же или других
НПС. Повышение коэффициента полезного действия регулируемого МН может
сопровождаться снижением КПД нерегулируемых МН. В итоге, суммарный
энергосберегающий эффект от использования ЧРЭП существенно снижается, а
иногда и сводится к нулю. Поэтому снижение расхода электроэнергии на
перекачку, в отличие от многих других технологических процессов в
нефтегазовой и других отраслях промышленности, не может служить
единственным критерием оценки эффективности ЧРЭП МН. Иногда этот
критерий может и не выполняться. Более того, применение этого критерия
усложняется из-за необходимости учитывать все требования сложной
технологии перекачки с многочисленными ограничениями. При оценке
энергетической эффективности ЧРЭП важно не только снижение энергозатрат,
но и сроки окупаемости устанавливаемых преобразователей частоты. Причем
нельзя рассматривать срок окупаемости отдельно взятого ЧРЭП МН,
необходимо рассматривать все ЧРЭП технологического участка. На каждом
МН технологического участка устанавливать ЧРЭП не целесообразно как по
экономическим соображениям, так и с точки зрения обеспечения всех режимов
перекачки и требуемого диапазона регулирования [1, 2, 3]. Поэтому актуальной
задачей, наряду со снижением расхода электроэнергии на перекачку, является
минимизация числа ЧРЭП на НПС технологического участка и выбор
оптимальных частот вращения регулируемых МН. Эта задача должна решаться
как
при
проектировании
нефтепроводов,
так
и
при
реконструкции
эксплуатируемых нефтепроводов. Для эксплуатируемого нефтепровода эта
93
задача трансформируется в задачу выбора НПС, на которых целесообразна
установка ЧРЭП.
При оптимизации технологического процесса перекачки (ТПП) все МН,
электродвигатели и преобразователи частоты технологического участка следует
рассматривать
как
компоненты
технологического участка.
единого
ТПП,
образующие
структуру
Причем взаимосвязанными являются как состав
компонент ТПП, так и режимы их работы. Таким образом, при оптимизации
ТПП с ЧРЭП необходимо найти как оптимальную структуру ТПП (число МН
на каждой из НПС, технические параметры МН и электродвигателей, число ПЧ
на каждой из НПС и т.д.), так и параметры элементов, составляющих эту
структуру (скорости вращения электродвигателей и МН, напоры МН и т.д.).
Такая задача носит оптимизационный характер. Это означает, что для ТПП
целесообразно
использовать
структурно-параметрическую
оптимизацию,
которая представляет собой комбинацию структурной и параметрической
оптимизаций. Структурная оптимизация - это определение оптимальной
структуры ТПП. Причем под структурой ТПП в первую очередь понимается
число МН и число ЧРЭП на каждой из НПС, входящих в технологический
участок. Параметрическая оптимизация ТПП при частотном регулировании
МН, заключается в расчете оптимальных скоростей вращения каждого из МН.
При структурно-параметрической оптимизации неизвестными являются как
структура ТПП, так и параметры компонентов и процесса. При этом поиск
осуществляется в пространстве параметров и структур.
Число структур ТПП, т.е. число возможных комбинаций МН, ПЧ и мест
их базирования, может быть значительным. Разные структуры ТПП, вследствие
различий в количестве и технических характеристиках применяемых МН,
резервуарных парков и
(производительность
т.д., имеют различные выходные показатели
трубопровода,
напоры
и
загрузку
МН
и
электродвигателей, расход электроэнергии на перекачку, остаточный ресурс,
расходы на техобслуживание и ремонт и др.). При этом для решения задачи
структурного синтеза необходимо знать оценки качества ТПП, которые, можно
94
получить только на основе параметрической оптимизации. С другой стороны,
задача параметрической оптимизации может быть решена только для заданной
структуры. При этом параметрическая оптимизация становится подчиненной
задачам структурной оптимизации.
Для проведения структурно-параметрической оптимизации необходимы
математическая модель ТПП, целевые функции и оптимизационный алгоритм.
Структурно-параметрическую оптимизацию ТПП целесообразно выполнять в
несколько этапов. На первом этапе может выполняться предварительный
структурный синтез, например, на основе ограничений, накладываемых на
параметры технологического режима. При этом структурный синтез ТПП на
первом этапе - это процесс формирования технически допустимых структур с
отсевом недопустимых и определение множества возможных (конкурирующих)
структур, из числа которых на этапах параметрической оптимизации будет
выбираться рациональная структура с оптимальными параметрами. На
следующем этапе может производиться оптимизация по минимуму расхода
электроэнергии, или по минимуму эквивалентного КПД. Конечная задача
структурной оптимизации – выбор оптимального числа ЧРЭП и оптимальная
расстановка регулируемых МН по НПС технологического участка.
Параметрическая оптимизация также может проводиться в несколько
этапов. На первом этапе в качестве целевой функции может использоваться
потребляемая мощность, расход электроэнергии или эквивалентный КПД
технологического участка. Управляемыми переменными являются частоты
вращения МН. Так как использование целевых функций в виде расхода
электроэнергии не всегда приводит к решению поставленных задач, из-за
снижения КПД нерегулируемых МН и потерь мощности в ПЧ, то необходимо
использовать и другие целевые функции. Выбор целевых функций и критериев
оптимизации является при этом одной из важнейших проблем параметрической
оптимизации. На втором этапе параметрической оптимизации целесообразно
использовать критерии, связанные с повышением надежности трубопровода и
повышением остаточного ресурса трубопровода, МН и электродвигателей.
95
Однако такие целевые функции в настоящее время пока не получили широкого
применения. Поэтому актуальным является поиск новых целевых функций и
разработка новых методик и новых критериев оптимизации ЧРЭП как на этапе
параметрической оптимизации, так и на этапе структурной оптимизации.
Математические и компьютерные модели, применяемые при структурнопараметрической оптимизации ЧРЭП МН, могут существенно отличаться от
моделей, используемых при параметрической оптимизации. Так, если при
параметрической оптимизации структура технологического участка в процессе
оптимизации остается постоянной, то в процессе структурно-параметрической
оптимизации одновременно с параметрами ТПП изменяется и его структура, и
целевые функции, и критерии оптимизации. При этом возможны несколько
подходов к формированию модели ТПП. Можно, например, создавать свою
модель для каждой структуры технологического участка. В этом случае должно
быть создано множество моделей для разного числа и сочетания регулируемых
и нерегулируемых МН и должен быть организован переход от одной модели
ТПП к другой в процессе поиска оптимальной структуры. При таком подходе
переход от одной
модели к другой может производиться либо методом
последовательного перебора, либо методами поисковой оптимизации с
использованием критериев оптимизации.
Однако при использовании ЧРЭП
число структур может быть велико и метод перебора может потребовать
значительного машинного времени, а применение методов поисковой
оптимизации
требует
разработки
критериев
и
целевых
функций
параметрической оптимизации. Другой подход заключается в создании модели,
которая удовлетворяла бы требованиям всех возможных структур ТПП. Такая
модель потребует использования нескольких критериев оптимизации и
превращает задачу в многокритериальную. Однако такая модель будет
универсальной
и
позволит
автоматизировать
процесс
структурно-
параметрической оптимизации.
Выбор целевых функций определяется теми эффектами, достижение
которых ставится при использовании ЧРЭП. Исследованию целевых функций и
96
критериев оптимизации посвящено много работ [4, 5, 6], однако пока в
основном исследуются энергетические критерии и практически не исследованы
критерии, связанные с другими эффектами от использования ЧРЭП МН.
Поэтому задачу выбора целевых функций и критериев оптимизации ЧРЭП МН
нельзя
считать решенной.
Целевая
функция
формализует
требования,
предъявляемые к ТПП. Технологический процесс является оптимальным, если
он обеспечивает экстремум целевой функции при выполнении системы
ограничений,
отражающих
условия
протекания
ТПП
и
требования,
предъявляемые к нему и к параметрам ЧРЭП. Технологический процесс
перекачки, оптимальный по одному критерию, может быть не оптимальным по
другому критерию. Например, минимум расхода электроэнергии может не
соответствовать
минимуму
эксплуатационных
расходов.
Поэтому
при
постановке задачи проектирования оптимального ТПП весьма важным является
выбор обоснование принятых критериев, а в случае использования нескольких
критериев возникает задача принятия решения в условиях противоречивых
результатов по разным критериям.
Выводы.
1 Задача оптимизации ЧРЭП МН является многокритериальной.
При
оптимизации технологического режима при использовании ЧРЭП необходимо
найти как оптимальную структуру, так и параметры элементов, составляющих
структуру технологического участка. Такая задача носит оптимизационный
характер. Это означает, что для ЧРЭП МН целесообразно использовать
структурно-параметрическую оптимизацию.
2 Выбор целевых функций и критериев оптимизации является одной из
важнейших проблем параметрической оптимизации. Необходимо использовать
не только энергетические критерии, но и критерии, связанные с повышением
надежности и увеличением остаточного ресурса трубопровода. Поэтому
актуальным является поиск новых целевых функций и разработка новых
методик оптимизации ЧРЭП как на этапе параметрической оптимизации, так и
на этапе структурной оптимизации
97
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Шабанов В.А.
Основы методики выбора числа и места установки частотно-
регулируемых электроприводов магистральных насосов. // Нефтегазовое дело. Научнотехнический журнал. 2012. Том 10, №2. С.36-39.
2 Шабанов В.А., Ахметгареев А.А. К вопросу о выборе оптимального режима работы
магистрального насоса с частотно-регулируемым приводом. //Проблемы сбора, подготовки и
транспорта нефти и нефтепродуктов. 2012, №3(89). С 119 – 127.
3 Шабанов В.А., Бондаренко О.В., Павлова З.Х., О числе и скорости вращения
магистральных насосов при использовании ВЧРП на НПС. - Нефтегазовый форум. ХХ
юбилейная международная специализированная выставка «Газ, нефть, технологии – 2012».
Научно-практическая конференция «Проблемы и методы обеспечения надежности и
безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа». – Уфа: ГУП «ИПТЭР»,
2012. – С. 242-244
4
Туманский
А.П.
Оптимизация
режимов
перекачки
по
магистральным
трубопроводам с перекачивающими станциями, оборудованными частотно-регулируемым
приводом // Транспорт и хранение нефтепродуктов.- 2005.- №8.- С. 11-14.
5 Шабанов В.А., Бондаренко О.В. Целевые функции и критерии оптимизации
перекачки
нефти
по
нефтепроводам
при
частотно-регулируемом
электроприводе
магистральных насосов // Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". 2012. №4. С.
10-17. URL:http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_12.pdf
6 Шабанов В.А., Бондаренко О.В., Павлова З.Х. Выбор целевых функций при
оптимизации режимов НПС с частотно-регулируемым электроприводом
магистральных
насосов. Materialy VIII mezinarodni vedecko-prakticka conference «Predni vedecke novinky –
2012. Dil 11. Technicke vedy. Telovychova a sport: Praha. Publishing House «Education and
Science» s.r.o – S. 56-59.
98
УДК 621.313; 621.31-83-52; 62-83
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НИР, ВЫПОЛНЕННЫХ В УГНТУ В
РАМКАХ КОМПЛЕКСНОГО ПРОЕКТА ПО СОЗДАНИЮ ВЧРП
Шабанов В.А., Бондаренко О.В., Павлова З.Х., Хакимьянов М.И.,
Шарипова С.Ф.
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
Чебоксарский
электроаппаратный
завод
(ЧЭАЗ)
и
Уфимский
государственный нефтяной технический университет (УГНТУ) по результатам
конкурса, проведенного Минобрнауки РФ, в 2010 - 2012 гг. выполняли
комплексный проект «Разработка и организация серийного производства
мощных высоковольтных частотно-регулируемых приводов (ВЧРП)» [1].
В
статье рассматриваются цели научно-исследовательской работы (НИР) в
рамках комплексного проекта по созданию ВЧРП и основные итоги НИР
В
связи
с
непрерывным
подорожанием
энергоресурсов
энергосбережениестало одним из приоритетных направлений технической
политики
во
всех
развитых
странах
мира.
Внедрять
технологии,
способствующие энергосбережению сегодня жизненно необходимо. В нашей
стране доля затрат на электроэнергию в себестоимости конечной продукции на
порядок
выше,
чем
в
развитых
странах,
что
ведет
к
снижению
конкурентоспособности наших товаров на внутреннем и мировом рынках.
Одной из причин высоких затрат на электроэнергию является недооценка
частотно-регулируемого
электропривода
на
технологических
установках
нефтегазовой отрасли, в том числе в транспорте нефти [2]. Частотное
регулирование обеспечивает не только ощутимую экономию электроэнергии,
но и надежность в эксплуатации, увеличение срока службы, повышение уровня
автоматизации технологических процессов.
Одна из основных целей НИР, поставленных в конкурсной документации
на разработку ВЧРП – исследование и разработка систем управления ВЧРП
магистральных насосов (МН) на нефтеперекачивающих станциях (НПС) и
99
создание условий для внедрения ВЧРП МН на НПС. При выполнении НИР
преследовалось несколько задач: снижение расхода электроэнергии на
перекачку, разработка требований к системе управления ВЧРП МН на НПС,
разработка оптимальных алгоритмов управления ВЧРП МН, разработка
методик выбора места и числа ВЧРП на НПС технологического участка
нефтепровода.
При выполнении НИР
получены следующие основные
научные
результаты.
1. Исследовано частотное управление синхроннымиэлектроприводами
МН, которое производится путем воздействия на три управляемых параметра
(переменных): частоту, напряжение статора и ток возбуждения. Получены и
исследованы новые уравнения (законы) частотного скалярного регулирования
синхронных электроприводов МН, связывающих три управляемые переменные.
Разработана методика выбора требуемых значений напряжения статора и тока
возбуждения по уравнениям законов регулирования. Получен закон частотного
регулирования, при котором, потери мощности в синхронном электродвигателе
МН будут минимальными, С учетом особенностей технологического процесса
перекачки нефти найдены параметры оптимального закона частотного
регулирования синхронных ВЧРП магистральных насосов [3].
Получен алгоритм частотного регулирования ВЧРП магистрального
насоса с синхронным двигателем, при котором в процессе частотного
регулирования
сохраняется
постоянной
перегрузочная
способность
и
поддерживается постоянным, равным единице, значение коэффициента
мощности.
2. Исследованы требования к диапазону частотного регулирования ВЧРП
для магистральных насосов трубопроводного транспорта нефти. Получены
выражения и алгоритмы для определения требуемого диапазона частотного
регулирования. Установлено, что если выполнять частотное регулирование МН
одновременно на нескольких НПС, то требуемый диапазон регулирования
снижается. Так при регулировании режима перекачки изменением частоты
100
вращения МН на двух НПС достаточно снижение частоты вращения каждого из
них на 30 %. Регулирование частоты вращения на одной из НПС можно
сочетать с отключениями насосных агрегатов на других НПС. При этом
требуемое нижнее значение частоты вращения насоса составляет 50 – 60 %.
Получены формулы для определения диапазона регулирования в зависимости
от конкретных условий эксплуатации трубопровода и заданных режимов
перекачки [4]. Ранее такие исследования не проводились и в литературных
источниках не описаны.
Если ВЧРП используется не на всех МН технологического участка, то
допустимый диапазон частотного регулирования определяется допустимым
снижением коэффициента полезного действия (КПД) нерегулируемых насосов.
Если ВЧРП используется на всех МН технологического участка, то
допустимый
диапазон
частотного
регулирования
определяется
только
параметрами напорной характеристики регулируемых насосов. Наибольший
диапазон
регулирования частоты
вращения МН определяется значением
производительности нефтепровода при отключенном регулируемом насосе.
3. Выполнена экономическая оценка ВЧРПпутем сравнения частотного
регулирования МН с методом циклической перекачки. Показано, что
регулирование методом циклической перекачки может быть экономичнее
частотного регулирования, если на обоих дискретных режимах цикла
перекачки насосы и электродвигатели будут работать с достаточно высокими
значениями КПД [5]. Однако при нерегулируемом электроприводе обеспечить
высокие значения КПД насосов и электродвигателей в обоих режимах
невозможно. Исследована зависимость КПД магистральных насосов от частоты
вращения и производительности нефтепровода. Показано, что при нагрузке
МН, близкой к оптимальной (при трех работающих МН на каждой НПС), КПД
регулируемого насоса снижается по мере снижения скорости вращения [6].
Показано, что при нагрузке трубопровода на 8-10% ниже номинальной за счет
снижения числа работающих МН, снижение частоты вращения МН при ВЧРП
приводит к повышению КПД регулируемых МН. Выполнены расчеты по
101
оценке энергетической эффективности использования ВЧРП на действующем
нефтепроводе. Показано, что для исследуемого технологического участка срок
окупаемости ЧРП при установке одного ВЧРП на головной НПС составляет 6,3
года [7].
4. Рассмотрен частотно-регулируемый электропривод как средство
снижения волн давления в трубопроводе, в том числе: частотное управление
пуском электродвигателя МН при включении; частотное управление разгоном
электродвигателя МН при самозапуске, управление электродвигателем МН при
отключении. Магистральные насосы технологического участка магистрального
трубопровода работают по системе «из насоса в насос» и представляют собой
единую взаимосвязанную гидравлическую систему. Быстрое изменение
частоты вращения МН приводит к увеличению давления на его входе, и
уменьшению давления на выходе. Впервые исследовано формирование волн
давления при включении и выключении частотно-регулируемого МН и при
регулировании
режимов
перекачки.
Показано,
что
при
частотном
регулировании МН путем управления темпом изменения частоты на выходе
преобразователя частоты можно обеспечить такое время фронта волны, что
наибольшее давление в трубопроводе во время переходного режима не
превысит его наибольшего значения в установившемся режиме. Предложены
алгоритмы частотного управления для снижения волн давления в трубопроводе
при пуске, самозапуске и выключении электродвигателей магистральных
насосов [8].
Получены условия, при выполнении которых ступенчатое снижение
частоты не приводит к появлению опасных для трубопровода волн повышения
давления. Приведены аналитические выражения для определения максимально
допустимой ступени снижения частоты при ВЧРП МН на НПС. Получены
требования к величине ступени изменения частоты, при которой амплитуда
волны давления не превышает заданного значения. Получена система
уравнений, позволяющая выполнять частотное регулирование СД с постоянной
перегрузочной способностью
102
Предложены алгоритмы включения и отключения МН с ВЧРП,
исключающие колебания давления и ударные явления в трубопроводе.
Последовательность выполнения действий при включении следующая. По
производительности трубопровода определяется угловая скорость вращения,
при которой закрывается обратный клапан в обвязке насоса, и соответствующая
ей частота fА питающего напряжения. До этой частоты основная задача
плавного пуска – снизить бросок пускового тока. При достижении частотой
питающего напряжения значения fА изменяется алгоритм управления ВЧРП:
частота изменяется плавно так, чтобы выполнялись условия безударного пуска.
Управление пуском на этом этапе выполняется в соответствии с требованиями
к длительности фронта возникающей волны давления.
5. Рассмотрено влияние ВЧРП на повышение надежности и устойчивости
работы НПС при кратковременных нарушениях электроснабжения [9].
Обеспечение
устойчивой
работы
каждой
из
НПС
при
нарушениях
электроснабжения является одним из важнейших условий бесперебойного
транспорта
нефти
и
нефтепродуктов
в
целом.
Проблема
сохранения
технологического режима перекачки успешно может быть решена при
использовании ВЧРП МН. Во-первых, при наличии частотного преобразователя
между двигателем и сетью потерявшие питание двигатели не будут создавать
на
шинах
остаточное
(генераторное)
напряжение.
Это
обусловлено
односторонней проводимостью преобразователя частоты в составе ВЧРП. При
отсутствии на потерявших питание шинах остаточного напряжения упрощается
схема автоматического включения резерва (АВР). Появляется возможность
быстрого
АВР.
Во-вторых,
генерируемая
двигателями
ЭДС
будет
отслеживаться измерительной системой преобразователя частоты. При этом
включение инвертора и подача напряжения питания на двигатель будет
производиться только при наступлении синхронизма, т.е. при совпадении по
фазе векторов ЭДС и напряжения сети.
6. Разработаны технические решения по обеспечению бесперебойности
технологического режима перекачки при кратковременных нарушениях
103
электроснабжения при регулировании частоты [10]. Рассмотрено влияние
высоковольтных
частотно-регулируемых
синхронных
электроприводов
магистральных насосов на срабатывание защиты от потери питание и
автоматического включения резерва при нарушении электроснабжения от
одного из двух источников питания. Произведен сравнительный анализ
алгоритмов защиты от потери питания и автоматического включения резерва
при
отсутствии
и
наличии
частотно-регулируемых
приводов
на
нефтеперекачивающих станциях.
Показано,
что
совместная
преобразователя частоты
работа
и питающей
высоковольтного
сети
имеет ряд
двигателя,
особенностей,
игнорирование которых может привести к серьезному снижению надежности
электроустановки в целом и к тяжелым экономическим последствиям из-за
нарушений технологического процесса. Типовых проектных решений для
построения систем управления и защиты регулируемого высоковольтного
электропривода
в
настоящее
время
не
существует.
Сформулированы
требования к алгоритмам взаимодействия ВЧРП и средств НПС при
кратковременных нарушениях электроснабжения. Обосновано, что установка
ВЧРП на НПС потребует коренного пересмотра как перечня средств релейной
защиты в технологическом ЗРУ-6(10) кВ, так и схем их выполнения и методики
расчета параметров (уставок) срабатывания. Разработаны устройства защиты от
потери питания для НПС с ВЧРП, защищенные патентами на изобретения.
Рассмотрены требования к средствам релейной защиты и автоматики на
подстанция с ВЧРП [11].
7. Разработана методика оценки экономической эффективности ВЧРП
магистральных насосов на НПС по эквивалентному КПД перекачки. Получены
выражения для эквивалентных КПД перекачки как при ВЧРП, так и для других
способах регулирования режимов [5]. Такие выражения для регулирования
режимов с помощью ВЧРП получены впервые и ранее известны не были.
Разработаны принципы
технологического участка,
определения минимального числа ВЧРП для
которое необходимо для обеспечения заданных
104
экономически выгодных режимов перекачки
по критерию эквивалентного
КПД.
8. При оптимизации технологического процесса перекачки (ТПП) нефти
по магистральным нефтепроводам с
использованием ВЧРП магистральных
насосов необходимо найти как оптимальную структуру технологического
участка, так и параметры компонентов, составляющих эту структуру. Это
означает,
что
для
ТПП
целесообразно
использовать
структурно-
параметрическую оптимизацию, которая представляет собой комбинацию
структурной
и
параметрической
оптимизаций.
Разработаны
алгоритмы
структурно-параметрической оптимизации. Показано, что решение задачи о
выборе числа ВЧРП и мест их установки целесообразно производить по
алгоритмам структурно-параметрической оптимизации. Задача структурной
оптимизации
может
решаться
методом
простого
перебора.
Для
параметрической оптимизации следует использовать методы поисковой
оптимизации, такие как метод покоординатного спуска, градиентные методы и
др. Разработаны структурные схемы алгоритмов.
9. Разработан алгоритм оптимизации режима перекачки при ВЧРП
магистральных насосов с учетом КПД насосов и электродвигателей. Разработан
оптимизационный алгоритм определения минимального необходимого числа
регулируемых электроприводов. Определение энергоэффективности режимов
производится по критерию эквивалентного КПД перекачки. Разработан
алгоритм определения
мест установки регулируемых электроприводов по
критерию эквивалентного КПД перекачки.
Разработана программа на компьютере, позволяющая оптимизировать
режим перекачки при ВЧРП магистральных насосов. Оптимизация выполняется
на основе метода покоординатного
спуска. Программа по
критерию
минимизации суммарного потребления мощности определяет оптимальный
режим перекачки для технологического участка. Полученный алгоритм
оптимизации может быть использован для создания программ диспетчерского
управления режимами перекачки, путем включения программы в состав
105
системы управления ВЧРП на действующих нефтепроводах
Была разработана и изготовлена комплексная модель ВЧРП на НПС,
содержащая физические (электродвигатели и преобразователи частоты малой
мощности) и имитационные модели. Комплексная модель предназначена для
исследования алгоритмов взаимодействия системы управления ВЧРП и
штатных средств НПС как в рабочих режимах, так и при кратковременных
нарушениях электроснабжения в целях обеспечения
бесперебойности
технологического режима перекачки.
10. Разработана методика выбора числа и мест установки МН с ВЧРП по
трассе нефтепровода. Сформулированы требования к месту установки и
диапазону частотного регулирования магистральных насосов НПС. При этом
требования
к
напорам,
подпорам
и
КПД
магистральных
насосов,
преобразованы в требования к частоте вращения регулируемых МН [12, 13].
Приведены
аналитические
выражения
для
выбора
частоты
вращения
регулируемых МН, как с учетом требуемых значений производительности
нефтепровода, так и с учетом прямых и косвенных ограничений на область
допустимых значений управляемых переменных.
11.
Выполнен
анализ
высоковольтных преобразователей
входных
многообмоточных
структурных
частоты
и
трансформаторов
схем
современных
конструктивных
для
решений
многоуровневых
преобразователей частоты. Предложены новые решения по конструкциям
входных многообмоточных трансформаторов и схемам многоуровневых
преобразователей частоты, защищенные патентами [14, 15].
1
При подготовке
статьи использованы результаты исследований,
выполненных при финансовой поддержке Министерства образования и науки
РФ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Федотов А.Б., Токмаков Д.А., Левшин В.П., Шабанов В.А. Проект «Разработка и
организация серийного производства ВЧРП» - Цель, назначение и основные ожидаемые
результаты // Электропривод, электротехнологии электрооборудование предприятий:
106
сборник
научных
трудов
III
Всероссийской
научно-технической
конференции
(с
международным участием) / редкол.: В.А. Шабанов и др.– Уфа: ИД «Чурагул», 2011. – С. 310.
2.
Шабанов В.А., Кабаргина О.В. Достоинства и перспективы использования
частотно регулируемого электропривода магистральных насосов на НПС // Качество в
нефтегазовом комплексе. - 2011, т.6. - С. 62-66.
3.
Шабанов В.А., Кабаргина О.В. О законах частотного регулирования
синхронных двигателей на нефтеперекачивающих станциях.// Электронный научный журнал
"Нефтегазовое дело", 2010. №2.URL: http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_2.pdf. 6 с.
4.
Шабанов
В.А.,
Кабаргина
О.В.
электродвигателей магистральных насосов.
Диапазон
частотного
регулирования
Материалы 7-ой международной научно-
практической конференции, «Achievement of high school», - 2011.Том 30. Технологии. София.
«Бял ГРАД-БГ» ООД. – С. 53-57
5.
Шабанов В.А., Кабаргина О.В., Павлова З.Х. Оценка эффективности
частотного регулирования магистральных насосов по эквивалентному коэффициенту
полезного действия// Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". 2011. No.6. - С. 2429. URL: http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_8.pdf
6.
Шабанов В.А., Ахметгареев А.А. К вопросу о выборе оптимального режима
работы магистрального насоса с частотно-регулируемым приводом. //Проблемы сбора,
подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2012, №3(89). С 119 – 127.
7.
Шабанов В.А.. Хакимов Э.Ф., Пирожник Н.Л. Анализ энергоэффективности
частотно-регулируемого электропривода на действующих НПС за счет повышения КПД
магистральных насосов. // Нефтегазовое дело. Научно-технический журнал. 2012. Том 10,
№2. С.55-60
8.
Шабанов В.А., Кабаргина О.В., Шарипова С.Ф. Снижение волн давления в
нефтепроводах при включении и отключении частотно-регулируемых магистральных
насосов //Научно-технический журнал: Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и
нефтепродуктов. – 2011, №3 (85). – С.119-124.
9.
Шабанов
электроприводов
В.А.,
Гилязов
магистральных
Р.Ф.
насосных
Исследование
агрегатов
на
частотно-регулируемых
НПС
при
нарушениях
электроснабжения // Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". 2011. №4. С. 20-29.
URL: http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_7.pdf.
10.
Шабанов В.А., Алексеев В.Ю., Кабаргина О.В. Влияние высоковольтного
частотно-регулируемого привода магистральных насосов на алгоритмы ЗПП и АВР на НПС
107
// Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". 2011. №3. С. 434-440. URL:
http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_5.pdf.
11. Шабанов В.А., Павлова З.Х. Алексеев В.Ю. Алгоритмы релейной защиты на НПС
при установке преобразователей частоты. // Автоматизация, телемеханизация и связь. 2012.
№10. С. 3-7.
12. Шабанов В.А. Основы методики выбора числа и места установки частотнорегулируемых электроприводов магистральных насосов. // Нефтегазовое дело. Научнотехнический журнал. 2012. Том 10, №2. С.36-39.
13. Шабанов В.А., Павлова З.Х. Об определении мест расстановки частотнорегулируемых электроприводов на технологическом участке нефтепровода //Проблемы
сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2012, №3(89). С.87 – 93.
14.
Гузеев
Б.В.,
Хакимьянов
М.И.
Структурные
схемы
современных
высоковольтных преобразователей частоты // Электронный научный журнал "Нефтегазовое
дело". 2012. №2. С. 4-11. URL: http://www.ogbus.ru/authors/Guzeev/Guzeev_2.pdf
15. Хакимьянов М.И., Шабанов В.А. Входные многообмоточные трансформаторы для
многоуровневых преобразователей частоты // Электронный научный журнал "Нефтегазовое
дело". 2012. №5. С. 47-54. URL: http://www.ogbus.ru/authors/Hakimyanov/Hakimyanov_8.pdf.
УДК 621.31
ИССЛЕДОВАНИЕ КПД МН ПРИ ЧРЭП ОДНОГО ИЗ НАСОСОВ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УЧАСТКА
В.А. Шабанов, А.А. Ахметгареев (МАЭ02-11-01)
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
В настоящее время основным способом регулирования режима работы
магистральных
нефтепроводов
является
подбор
параметров
и
числа
магистральных насосов (МН) [1, 2]. В случае, если подбором числа и
параметров насосов невозможно установить требуемую производительность, то
используется режим циклической перекачки. Как подбор числа МН, так и
использование режима циклической перекачки приводят к дополнительным
потерям
мощности
и
дополнительному
непроизводительному
расходу
электроэнергии. Обусловлено это тем, что при подборе числа насосов и в
режиме циклической перекачки производительность трубопровода может
108
отличаться от номинальной подачи насосов, при этом МН работают не в
оптимальном режиме и их коэффициент полезного действия (КПД) снижается
по сравнению с номинальным значением. Наиболее экономичным способом
регулирования режимов работы магистрального нефтепровода является
частотно-регулируемый электропривод (ЧРЭП) [3, 4, 5]. В статье исследуется
КПД МН при использовании ЧРЭП на одном из МН технологического участка.
При изменении частоты вращения зависимость КПД насоса от
производительности трубопровода и от скорости вращения можно описать
уравнением [6]
 н.   ном  q  2  ном  , (1)
2
где ηном - номинальный КПД; q = Q/Qном – относительное значение подачи
насоса; ; ν = ω/ωНОМ - относительная скорость вращения насоса; ω – частота
вращения; ωном. - номинальная частота вращения..
При перекачке нефти по трубопроводам МН на нефтеперекачивающей
станции (НПС) соединяются последовательно. При этом скорость вращения
насоса ν и производительность нефтепровода Q, связаны уравнением баланса
напоров.
Решение
уравнения
баланса
напоров
относительно
производительности можно представить в виде [6]:
Q  2-m
aр 2  А1
(2)
b р  B1
где aр и bр – коэффициенты напорной характеристики регулируемого насоса;
n 1
А1  aП   ai  z  hОСТ ;
(3)
i 1
109
 b  n1
В1  1,02 fL   2пm    bi .
 mп  i1
где
(4)
aП, bП, ai, bi – коэффициенты напорной характеристики подпорного и
магистрального насосов; m – коэффициент режима; f – гидравлический уклон
при единичном расходе; L – длина технологического участка нефтепровода; Δz
– разность геодезических
отметок; hост – остаточный напор в конце
технологического участка.
Подставим полученное значение подачи насоса в выражение (1) для КПД,
получим:
 н.   н. м

 1
  н. м  
Q
 НОМ
 а р  А1 


 b B 
р
1


2
1
2 m
2

2

    .

(5)
Рассмотрим технологический участок нефтепровода, на головной
станции которого в работе
два подпорных наоса, а в режиме перекачки
участвуют до восьми магистральных насосов (рисунок 1).
Рисунок 1 – Технологический участок трубопровода
В номинальном режиме включены восемь МН: по два на каждой из НПС.
При восьми включенных МН производительность трубопровода соответствует
номинальной подаче насосов. При этом КПД насосов равен номинальному
значению.
При снижении числа включенных насосов производительность
трубопровода снижается, и КПД МН могут отличаться от номинальных
значений. Исходные данные трубопровода: длина технологического участка L=
110
900 км; разность геодезических отметок Δz = –246 м; гидравлический уклон
при единичной подаче f = 0,25*10-10 1/(м3/ч)2; остаточный напор hост. = 40 м.
Параметры магистральных и подпорных насосов приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные по насосам
Марка насоса
Номинальные параметры
Подача,м3/ч
Напор, м
КПД, %
НМ 10000-210
10000
210
89
НПВ 5000-120
5000
120
85
Коэффициенты
характеристики насоса
а=293,7;
b=8,78·10-7, м/(м3/ч)2
а=137,7; b=1,28·10-6,
м/(м3/ч)2
Исследование 1. Рассматриваются режимы без ЧРЭП. Число работающих
МН изменяется от восьми до трех. При всех режимах определяется
производительность трубопровода Q по формуле
n
Q  2-m
а П   ai  z  hост
i 1
1,02 fL  (
n
bП
)

bi .

2 m
mП
i 1
(6)
Затем определяются КПД всех МН по (1) при ν=1,0. Результаты расчетов
сведены в таблицу 2 и показаны на рисунке 2. Цифрами на графике указано
число включенных МН.
Таблица 2 – Результаты рассчетов
n
Q, м3/ч
КПД
8
10010,28
0,890
7
9585,99
0,888
6
9114,30
0,883
5
8584,67
0,872
4
7982,27
0,854
3
7285,02
0,824
Рисунок 2 – График зависимости КПД нерегулируемых МН от подачи
111
Исследование 2. Рассматриваются режимы с числом МН от трех до
восьми c ЧРЭП одного из МН. Скорость вращения у регулируемого МН в
относительных единицах изменяется от 0,5 до 1. При всех режимах
определяется производительность трубопровода Q по (2) и КПД регулируемого
МН по (5). Полученные результаты сведены в таблицы 3-8.
Таблица 3 - Включены 8 МН
v
Q, м3/ч
КПД
0,5
9589,52
0,843
0,6
9652,36
0,847
0,7
9726,12
0,858
0,8
9810,54
0,871
0,9
1,0
9905,36 10010,28
0,884
0,890
Таблица 4 - Включены 7 МН
v
Q, м3/ч
КПД
0,5
9132,54
0,852
0,6
9200,43
0,857
0,7
9280,02
0,867
0,8
9371,04
0,879
0,9
9473,14
0,888
1,0
9585,99
0,888
Таблица 5 - Включены 6 МН
v
Q, м3/ч
КПД
0,5
8621,35
0,861
0,6
8695,37
0,867
0,7
8782,06
0,876
0,8
8881,05
0,886
0,9
8991,94
0,890
1,0
9114,30
0,883
Таблица 6 - Включены 5 МН
v
Q, м3/ч
КПД
0,5
8042,62
0,869
0,6
8124,35
0,876
0,7
8219,91
0,884
0,8
8328,83
0,889
0,9
8450,59
0,888
1,0
8584,67
0,872
Таблица 7 - Включены 4 МН
v
Q, м3/ч
КПД
0,5
7376,85
0,877
0,6
7468,68
0,883
0,7
7575,78
0,889
0,8
7697,54
0,889
0,9
7833,27
0,880
1,0
7982,27
0,854
Таблица 8 - Включены 3 МН
v
Q, м3/ч
КПД
0,5
6593,21
0,884
0,6
6699,09
0,888
0,7
6822,12
0,890
0,8
6961,42
0,884
0,9
7116,04
0,864
1,0
7285,02
0,824
На рисунках 3 показаны графики изменения КПД регулируемого МН при
восьми, пяти и трех включенных МН. Из графиков на рисунке 3 следует, что
при восьми включенных МН КПД регулируемого насоса при снижении его
скорости вращения снижается. При пяти и трех включенных МН КПД при
снижении скорости вращения сначала растет, а затем начинает снижаться.
112
Рисунок 3 – Графики зависимости КПД=f(Q) при восьми (а), пяти (б)
и трех (в)включенных МН
На рисунке 4 приведены совмещенные графики зависимости КПД
регулируемого МН, построенные по данным таблиц 3-8.
113
Рисунок 4 –Совмещенные характеристики КПД=f(Q) при разном числе МН
Из рисунка 4 видно, что при снижении числа включенных МН значение
производительности трубопровода, при которой регулируемый насос имеет
максимальный КПД, снижается.
Выводы.
1. При нерегулируемом приводе КПД насоса снижается по мере снижения
числа включенных МН. При ЧРЭП КПД насоса по мере снижения числа
включенных МН может как снижаться, так и возрастать.
2. При снижении числа включенных МН значение производительности
трубопровода, при которой регулируемый насос имеет максимальный КПД,
снижается.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Коршак А.А., Нечваль А.М. Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и
газа: учеб. для вузов. Уфа.: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2001.- 571 с.
2 Гумеров А,Г., Гумеров Р.М., Акбердин А.С. Эксплуатация оборудования
нефтеперекачивающих станций. М.: ООО «Недра – Бизнесцентр», 2001.- 475 с.
3 Шабанов В.А., Кабаргина О.В. Достоинства и перспективы использования
частотно-регулируемого электропривода магистральных насосов на НПС. // Управление
качеством в нефтегазовом комплексе, 2011. Т. 2. - С. 63-66.
114
4 Шабанов В.А., Кабаргина О.В. Перспективы использования частотно-регулируемого
электропривода магистральных насосов на НПС. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010.- 63 с.
5 Шабанов В.А., Кабаргина О.В., Павлова З.Х. Оценка эффективности частотного
регулирования магистральных насосов по эквивалентному коэффициенту полезного
действия // Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". 2011. №6. С. 24-29. URL:
http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_8.pdf
6 Шабанов В.А., Ахметгареев А.А. К вопросу о выборе оптимального режима работы
магистрального насоса при частотно-регулируемом приводе // Транспорт и хранение
нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2012. № 3. С. 7-10.
УДК 621.313
ОПТИМИЗАЦИЯ ЧИСЛА И МЕСТ УСТАНОВКИ
ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСОВ НА ТРАССЕ НЕФТЕПРОВОДА
О.В. Бондаренко, В.А. Шабанов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
Частотное регулирование скорости вращения магистральных насосов
(МН) с помощью частотно-регулируемого электропривода (ЧРЭП) является
наиболее перспективным плавным и экономичным способом регулирование
режима работы технологического участка нефтепровода.
мощности
при
Снижение потерь
ЧРЭП достигается за счет повышения
КПД
МН и
электродвигателей. Внедрение частотно-регулируемого электропривода МН на
нефтеперекачивающих
станциях
(НПС)
требует
больших
капитальных
вложений, связанных с высокой стоимостью высоковольтных мощных ЧРЭП.
Поэтому важно определить какое число ЧРЭП минимально необходимо для
обеспечения всех режимов работы технологического участка. Эту задачу нужно
решать одновременно с определением мест установки ЧРЭП МН на трассе
технологического участка. При этом число
ЧРЭП МН технологического
участка должно быть таким, чтобы обеспечивалось плавное регулирование
115
производительности нефтепровода в заданном диапазоне, и чтобы при этом
КПД МН и электродвигателей были высокими.
Задача
минимизации числа ЧРЭП и мест их установки является
оптимизационной и содержит нелинейные ограничения. Одним из самых
простых и распространенных методов оптимизации является метод перебора
возможных вариантов. Недостаток такого метода – большое число вариантов,
которое быстро растет с увеличением числа МН, принимающих участие в
перекачке [1]. Каждый вариант в данном случае представляет собой множество
регулируемых и нерегулируемых МН технологического участка с указанием
принадлежности их к конкретным НПС. Число вариантов можно сократить,
если использовать упорядоченные или квазиупорядоченные [2] множества
расположения МН. В качестве критерия квазиупорядочения множеств
целесообразно принять допустимый диапазон регулирования частоты вращения
МН [3].
Число множеств регулируемых и нерегулируемых МН технологического
участка можно упорядочить по разным критериям. Во-первых, регулируемые
насосы ранжировать по
величине допустимого диапазона регулирования
частоты вращения. При этом выбор места установки
целесообразно начинать с НПС и
и числа ЧРЭП МН
насоса, у которых больше допустимый
диапазон регулирования частоты вращения МН. Во-вторых, множества МН
можно упорядочить по объему перекачанной нефти за время использования
каждого из множеств (режимов). Возможны и другие критерии ранжирования
исследуемых множеств
упорядочении
множеств
МН. В статье рассматривается оптимизация при
МН
по
величине
допустимого
диапазона
регулирования частоты вращения. Целью оптимизации является формирование
массива режимов перекачки с частотным регулированием, которые выгоднее
режимов без использования ЧРЭП по одному из энергетических критериев [4].
Алгоритм оптимизация числа ЧРЭП и мест их установки при этом будет
следующий (рисунок 1).
116
1 Исходными данными к задаче об определении мест установки и
частоты вращения регулируемых электроприводов магистральных насосов
проектируемого нефтепровода являются:
а)
характеристики
нефтепровода:
высотные
отметки
трассы
нефтепровода; длины линейных участков; диаметр нефтепровода; остаточный
напор в конце технологического участка;
шероховатость труб;
высоты и
расстояния до предыдущей станции возможных перевальных точек с указанием
номера НПС; значения минимально допустимого подпора на входе каждой из
НПС и максимального напора на выходе НПС;
б) характеристики перекачиваемой жидкости: вязкость; плотность;
в) производительность Q1, Q2 …Qk и число насосов в режимах 1, 2, …k, в
которых наиболее часто работает нефтепровод
Q=[Q1, Q2 …Qk],
г) характеристики насосов: коэффициенты аппроксимированной напорной
характеристики; номинальные значения КПД, подачи и частоты вращения;
д) КПД преобразователя частоты (ПЧ) и электродвигателя.
2 В блоке 4 производится расчет допустимых частот вращения νдоп.ijj-того
МН на i-той НПС при каждом из k режимов перекачки
 доп.ij  max  доп.1ij , доп.2ij , доп.3ij  ,
(1)
где i – номер НПС, i=1…Nn; j – номер насоса, j=1…Nm; νдоп.1ij – частота
вращения, при которой подпор на входе i+1 –й НПС снижается до минимально
допустимого значения; νдоп.2ij – частота вращения, при которой напор в месте
расположения перевальной точки после i-й НПС снижается до минимально
допустимого значения; νдоп.3ij - частота вращения, при которой происходит
открытие обратного клапана в обвязке j-го МН.
117
Рисунок 1 - Алгоритм оптимизация числа ЧРЭП и мест их установки
Значения νдоп.1ij; νдоп.2ij и νдоп.3ij – определяются по выражениям:
118
H äîï .  H i,i 1  ( N m  m p )  Í íð  bij  Q 2
 äîï .1ij 
,
a ij


 äîï .3ij  Q 
bij
(2)
Í ï  Í i, l  N m  m p  Í íð  z  bij  Q 2  m
 äîï.2ij 
,
a ij
a ij
(3)
(4)
.
где a,b – коэффициенты напорной характеристики регулируемых насосов;
Nm – число всех работающих насосов; Hдоп. – минимально допустимый подпор
на входе следующей НПС;
Hi.
i+1,
- потери напора между i-й и
i +1 –й
станциями; Hнрi– напор нерегулируемых насосов на данной НПС; mp –число
регулируемых насосов; HП – минимально допустимый напор в вместе
расположения возможной перевальной точки; Hi,l– потери напора на участке от
i-той НПС до места расположения возможной перевальной точки; Δz - разность
геодезических отметок.
В результате расчетов по выражениям (2) – (4) для каждого из насосов
каждой из НПС будет найдено 3k значений минимально допустимых частот
вращения.
3 В блоке 5 производится ранжирование МН в порядке убывания
допустимых частот вращения  доп.ij . Регулирование начинается с той НПС, у
которой допустимая частота вращения больше.
4 В блоках 6-8 производится формирование квазиупорядоченных
множеств путем организации циклов по значениям числа НПС и числа МН.
5 В блоке 10 формируется целевая функция и производится оптимизация
режима работы для каждого из упорядоченных множеств. В качестве критерия
оптимальности множества (режима работы технологического участка) принят
минимум потерь мощности [5]. Управляемыми переменными являются частоты
вращения регулируемых МН.
119
При оптимизации частот вращения ЧРЭП МН на каждом шаге должен
соблюдаться баланс напоров, при этом должно соблюдаться условие:
k
1
(a  i 2 )  (
k
1 b)  Q2  Аi  ВiQ2  0 ,
(5)
где Аiи Вi – коэффициенты уравнения баланса напоров для заданного режима
Ài  a Ï 
n 1
 a i  z  h ÎÑÒ ;
(6)
i 1
 b  n 1
Âi  1,02fL   ï 2    b i .
 m ï  i1
(7)
f - гидравлический уклон; L – длина технологического участка нефтепровода; aп
и
bп
–
коэффициенты
аппроксимированной
напорной
характеристики
подпорного насоса; hост.- остаточный напор.
6. В блоке 11 формируется целевая функция и в блоке 12 проверяется
критерий целесообразности режима по сравнению с циклической перекачкой.
В качестве целевой функции удобно принять эквивалентный КПД перекачки:
чр 
Н ТР
N2
Н Нi
H Рi


1
1 НАСi  ЭДi  ПЧ
НАСi  ЭДi
N1
,
(8)
где НТР - потери напора в трубопроводе; Нр - напор, развиваемый
нерегулируемым насосом; Нр - напор, развиваемый регулируемым насосом;
ηнас. – КПД насоса; ηЭД – КПД электродвигателя; ηПЧ – КПД преобразователя
частоты [6].
Найденное значение эквивалентного КПД перекачки при частотном
регулировании сравнивается
с эквивалентным КПД при циклической
перекачке
120
НТР
 ЦП 
q1 
N

1
где
qТ 1 
Q1  Т1
QT
и
q Ò2 
N -1
Нi
Hi
 q2 
НАСi ЭДi
 НАСi ЭДi
1

,
(9)
Q 2  Ò2
,
QT
Т1 и Т2 – время работы на режимах с производительностями Q1 и Q2
соответственно [6].
Если
÷ð  ç
(10)
то, режим с частотным регулированием выгоднее циклической перекачки.
Множество МН с частотным регулированием запоминается в массиве режимов
с частотным регулированием, которые выгоднее режимов без использования
ЧРЭП.
Аналогичные расчеты в цикле выполняются для всех других множеств
МН (режимов перекачки).
7 Для каждого режима с ЧРЭП запоминается число регулируемых
насосов на каждой НПС и формируется матрица
m pk
 m p11
m
p 21

 ......

 m pp1
m p12
m p 22
......
m pp2
....... m p1Nn 
...... m p 2 Nn 
,
...... ...... 

...... m ppNn 
(12)
где k-номер режима; p –число режимов; mpk1 – минимально необходимое
число ЧРЭП на первой НПС1; mpk2 –на второй НПС и т.д.
.
В матрице (12) число столбцов равно числу НПС Nn, а число строк числу
режимов р.
В матрице (12) указывается найденное минимальное число ЧРЭП на
каждой НПС для каждого отдельно взятого режима Q.После чего нам
необходимо из числа ЧРЭП на каждой НПС выбрать наибольшее (это
выполняется в блоке 15). Оно и будет минимально необходимым для
обеспечения всего диапазона производительностей.
121
Выводы
1 Для определения
предварительно
минимального числа
сформировать
производительности
массив,
трубопровода.
ЧРЭП, необходимо
обеспечивающих
Каждый
из
все
плановые
режимов
массива
оптимизируется по одному из энергетических критериев путем выбора
оптимальной частоты вращения регулируемых МН.
2 Разработан алгоритм определения минимального числа и мест
установки ЧРЭП с использованием упорядочения множеств МН по величине
допустимого
диапазона
регулирования
частоты
вращения.
Результатом
оптимизации является формирование массива режимов перекачки с частотным
регулированием, которые выгоднее режимов без использования ЧРЭП по
эквивалентному КПД перекачки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Васильковский В.В. Частотно-регулируемый электропривод насосных агрегатов в
нефтепродуктопроводном транспорте // НТИС "Нефтепереработка и нефтехимия". - М.:
ЦНИИТЭнефтехим, 1989, №6. - с. 36-38.
2 Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. – М.: Наука, 1986 –
544 с.
3 Шабанов В.А., Бондаренко О.В. Методика определения минимально необходимого
числа
и
мест
установки
насосов//Инновационные
частотно-регулируемых
направления
развития
электроприводов
электропривода,
магистральных
электротехнологий
и
электрооборудования. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2013.
4 Шабанов В.А., Бондаренко О.В. Целевые функции и критерии оптимизации
перекачки
нефти
по
нефтепроводам
при
частотно-регулируемом
электроприводе
магистральных насосов // Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". 2012. №4. С.
10-17. URL:http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_12.pdf
5 Минниахметов Р.У., Бондаренко О.В.
Определение оптимального режима работы
эксплуатационного участка магистрального нефтепровода //Инновационные направления развития
электропривода, электротехнологий и электрооборудования: межвуз. сб. науч. тр. – Уфа: Изд-во
УГНТУ, 2012. С.112-119.
6 Шабанов В.А., Кабаргина О.В., Павлова З.Х. Оценка эффективности частотного
регулирования магистральных насосов по эквивалентному коэффициенту полезного
122
действия // Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". 2011. №6. С. 24-29. URL:
http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_8.pdf
УДК 621.313
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В
ВЫСОКОВОЛЬТНОМ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОМ
ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ
В.А. Шабанов, Ю.С. Галяутдинов (МАЭ-11)
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
Последние
разработку
и
тенденции
развития
применение
электроприводов (ВЧРП) [1, 2].
электропривода
высоковольтных
направлены
на
частотно-регулируемых
Использование мощного ВЧРП позволяет
решать задачи не только увеличения энергоэффективности электропривода, но
также
исключить
возникновение
гидравлических
ударов
в
системе
трубопроводов при пуске и останове насосов, увеличить ресурс трубопроводов
и
запорной
арматуры;
повысить
уровень
автоматизации
и
гибкость
технологических процессов [3].
Дифференциальная защита электродвигателя является основной защитой
мощных высоковольтных электродвигателей и является обязательной согласно
ПУЭ (7 издание п. 5.3.46) продольная дифференциальная токовая защита
является обязательной
для электродвигателей мощностью 5 МВт и более, а
также менее 5 МВт, если установка токовых отсечек не обеспечивает
выполнения требований чувствительности.
Однако, внедрение ВЧРП при существующих схемных решениях
дифференциальной защиты электродвигателя может привести к ее ложным
срабатываниям или отказу. Это связанно с тем, что при ВЧРП частота тока
электродвигателя изменяется в широких пределах, а трансформаторы тока,
релейная автоматика и устройства цифровой защиты предназначены для
использования при стандартной частоте электрической сети 50 Гц. Другой
123
проблемой при выполнении дифференциальных защит является влияние на ее
работу отличий в характеристиках намагничивания трансформаторов тока .
Для решения последней проблемы возможно использование так
называемой схемы балансной дифференциальной защиты (flux balance
differential protection) с применением кабельных трансформаторов тока (ТТ на
рисунке 1).
Рисунок 1 – Балансная дифференциальная защита
В балансной дифференциальной защите вместо двух трансформаторов
тока обычной конструкции используется один трансформатор тока кабельного
типа. Магнитопровод кабельного трансформатора тока выполнен в виде
тороида, сквозь окно которого пропускаются два кабеля: питающий (прямой)
кабель (кабель ПК на рисунке 1) к обмотке статора и кабель от той же фазы к
нейтрали N электродвигателя (обратный кабель ОК).
При этом вместо
вычитания вторичных токов двух разных трансформаторов тока производится
вычитание
магнитных
потоков.
В
результате
исчезает
погрешность
определения разности токов, обусловленная разными характеристиками
намагничивания двух трансформаторов тока при классическом выполнении
дифзащиты. В нормальном режиме токи в прямом и обратном кабелях равны,
магнитный поток в магнитопроводе кабельного трансформатора тока равен
нулю и ток во вторичной обмотке трансформатора тока ∆I, пропорциональный
124
разности
токов в прямом и обратном кабелях, также равен нулю. Через
токовые реле КА дифференциальных цепей ток при этом не протекает. При
внутренних коротких замыканиях токи в прямом и обратном кабеле будут
различаться по величине и разность токов ∆I не буде равна нулю. При
некотором значении этой разности, называемой уставкой срабатывания по току,
токовые реле сработают. Величина уставки срабатывания определяется током
небаланса, протекающим во вторичных обмотках кабельных трансформаторов
тока. Основная причина небаланса – несимметричное расположение прямого и
обратного кабелей в окне трансформатора тока. При этом для двух токов в
окне трансформатора тока магнитопровод будет иметь разные характеристики
намагничивания. Это приведет к увеличению тока небаланса, особенно при
пуске
двигателя,
повышению
уставки
срабатывания
и
снижению
чувствительности защиты. Уставки токовых реле не может быть принята ниже
2-5% от номинального тока машины [4].
Другим
недостатком
кабельных
трансформаторов
тока
является
зависимость его работы от частоты тока в обмотке статора. При снижении
частоты снижается наводимая ЭДС во вторичной обмотке трансформатора тока
и снижаются токи и их разности в дифференциальной цепи. Это приводит к
снижению чувствительности защиты, особенно при коротких замыканиях в
обмотке статора двигателя вблизи нейтрали, когда разность токов будет
невелика.
Эти недостатки могут быть устранены путем применения волоконнооптических датчиков тока. В этом случае при воздействии магнитного поля на
оптоволокно
происходит
поворот
поляризационных
полей.
При
этом
вычитаются эффекты, создаваемые в оптоволоконном сердечнике датчиков
тока, которые обладают линейными характеристиками. Уставка срабатывания
может быть установлена исходя из чувствительности токовых реле и может
быть принята ниже 2-5% от номинального тока машины.
Применение волоконно-оптических датчиков тока взамен ТТ позволяют
обрабатывать сигнал в режиме реального времени, обеспечивая достоверность
125
и высокую (порядка 0,25%) точность измерений, при достаточно широком (06000
Гц)
рабочем
частотном
диапазоне
сигнала,
обеспечивают
электромагнитную совместимость с высоковольтным оборудованием (до 750
кВ) [5].
Таким образом, при внедрении ВЧРП с применением указанного решения
можно не только реализовать дифференциальную защиту электродвигателя, но
также увеличить чувствительность и надежность всей схемы в целом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шабанов В.А., Кабаргина О.В. Определение нижней границы диапазона частотного
регулирования электродвигателей магистральных насосов // Электронный научный журнал
«Нефтегазовое
дело».
2010.
№
2.
8
с.
URL:
http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_3.pdf .
2. Шабанов В.А., Кабаргина О.В. О законах частотного регулирования синхронных
двигателей
на
«Нефтегазовое
нефтеперекачивающих
дело».
2010.
станциях
//
№
Электронный
2.
научный
6
с.
журнал
URL:
http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_2.pdf .
3. Шабанов В.А., Алексеев В.Ю., Юсупов Р.З. Два алгоритма взаимодействия ЗПП и
АВР на НПС при потере питания от одного из источников // Электротехнологии,
электропривод и электрооборудование предприятий: сб. науч. тр. II Всерос. науч.-техн.
конф.: в 2 т. Т.1.Уфа: изд-во УГНТУ, 2009. С. 224 - 230.
4. Г. Циглер. Цифровые устройства дифференциальной защиты. Принципы и область
применения. Под ред. чл.-кор. РАН А.Ф. Дьякова. – М: Энергоатомиздат, 2005. – 273с. с.148.
5. И. Абраменко, И. Корнеев, Ю. Троицкий. Оптические датчики тока и напряжения. //
Электронный научный журнал «Компоненты и технологии». 2010. №8. С.60 - 63. URL:
http://kit-e.ru/assets/files/pdf/2010_08_60.pdf.
УДК 621.31
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПУСКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
АВО ГАЗА В РЕЖИМЕ ПРОТИВКЛЮЧЕНИЯ
Ивашкин О. (МАЭ-12), Пашкин В.В., Шабанов В.А.
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
126
Охлаждение газа является неотъемлемой частью технологического
процесса при его комплексной подготовке в местах добычи и транспортировке
по магистральным газопроводам. Для охлаждения газа установки комплексной
подготовки газа газовых промыслов и компрессорные станции оснащаются
установками охлаждения газа, состоящие из определённого количества
аппаратов воздушного охлаждения газа (АВО)[1, 2]. АВО газа установлены
группами по 12-14 аппаратов. Из-за плотного и низкого расположения АВО
возникает частичная рециркуляция тёплого воздуха [3]. Рециркулирующий
поток воздуха придаёт рабочему колесу вентиляторов скорость, причём
вращаются рабочие колёса в обратную сторону. Поэтому при пуске
электродвигатель АВО газа оказывается в режиме противовключения.
Вентилятор АВО газа является энергоёмкой машиной, рабочее колесо
вентилятора имеет большой диаметр, вследствие чего приводной механизм
обладает большим моментом инерции (рисунок 1]. Запуск такого механизма
происходит длительное время.
Рисунок 1 – Вентилятор АВО газа
Асинхронный двигатель в режиме противовключения потребляет из
сети активную мощность и развивает электромагнитный момент, действующий
на ротор в первый момент пуска тормозящим образом [4]. Мощность,
потребляемая из сети, и мощность, потребляемая с вала, в режиме
противовключения расходуются на потери в двигателе. И в отношении нагрева
рассматриваемый режим является тяжёлым.
127
В статье рассматривается влияние обратного вращения рабочего колеса
вентилятора на пуск вентилятора. Для этого создана модель одной секции АВО
газа с двумя электроприводными вентиляторами, представленная на рисунке 2.
Рисунок 2 – Модель нерегулируемого электропривода АВО газа
Роль источников напряжения в модели выполняет источник трехфазного
напряжения (Three-PhaseSource). Моделью электропривода является
стандартный блок AsynchronousMachine. Блок Сар является моделью батареи
конденсаторов.
Рабочий
участок
механической
характеристики
центробежного
механизма может быть описан выражением:
,
где Мс 0– момент сопротивления насоса при трогании;
128
Мс ном– номинальный момент сопротивления насоса:
ωном – номинальная угловая скорость.
Для задания механической нагрузки на валу двигателя служит блок
АВО, представленный на рисунке 3, который является моделью описанного
выше выражения.
Рисунок 3 – Модель вентилятора АВО газа относительно момента
На рисунке 4 представлены осциллограммы тока и угловой скорости
ротора при пуске вентилятора из состояния покоя, а на рисунке 5 – при пуске с
противовращением при начальном скольжении s = 1,2.
Рисунок 4 – Переходные процессы при пуске вентилятора из состояния покоя
Рисунок 5 – Переходные процессы при пуске вентилятора, имеющего противовращение
129
со скольжением s = 1,2
Как видно из представленных диаграмм, время запуска вентилятора,
имеющего
противовращение,
увеличивается.
Увеличивается
и
время
протекания пускового тока по обмоткам двигателя. Что вызывает его
повышенный нагрев.
С помощью модели построены зависимости времени пуска вентилятора
от начальной скорости обратного вращения при разных значениях питающего
напряжения (рисунок 6).
Рисунок 6 – Зависимость времени запуска от начальной скорости при различных
напряжениях
Из графиков рисунка 6 видно, что при уменьшении напряжения,
подводимого к статору и при увеличении начальной обратной скорости
вращения, увеличивается время прямого пуска электродвигателя.
Для снижения негативного влияния начального обратного вращения
целесообразно использовать частотный пуск АВО газа. Модель частотнорегулируемого привода АВО газа приведена на рисунке 7. Она отличается от
предыдущей наличием преобразователя частоты (блок FrequencyConverter).
130
Рисунок 7 – Модель регулируемого электропривода АВО газа
Блок FrequencyConverter содержит модель преобразователя частоты
(подсистема FrequencyConverter) и систему управления ключами инвертора
(подсистема Subsystem).
На рисунке 8представлены осциллограммы тока и угловой скорости
ротора при частотном пуске вентилятора из состояния покоя.
Рисунок 8 – Переходные процессы при плавном пуске из состояния покоя
На рисунке 9представлены осциллограммы тока и угловой скорости
ротора при плавном пуске вентилятора, имеющего противовращение (s = 1,2).
131
Рисунок 9 – Переходные процессы при плавном пуске вентилятора, имеющего
противовращение
Для
пояснения
плавного
пуска
вентилятора,
имеющего
противовращение, приведены диаграммы изменения частоты и амплитуды
напряжения на рисунке 10.
Рисунок 10 – Диаграммы изменения частоты и амплитуды напряжения
Начиная с момента времени t = 2 с и до t = 10 с частота вращения плавно
снижается до нуля, а затем плавно возрастает до номинальной частоты
вращения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Артюхов И. И., Аршакян И. И., Жабский М. В., Коротков А. В., Погодин Н. В.,
Тримбач А. А. Некоторые аспекты применения частотно-регулируемого электропривода в
системах воздушного охлаждения компримированного газа. Вестник СГТУ 2006. №1 (10).
Выпуск 1. - С. 29-38.
2 Горбатов С.А., Астафьев Е.Н. Технология охлаждения газа с циклическим
растеплением теплообменных труб АВО// Газовая промышленность, №6. - С. 49-51.
132
3. Алимов С.В., Прокопец А.О., Кубаров С.В.,
Маланичев В.А,
Устинов Е.В.
Модернизация вентиляторов АВО газа при реконструкции КС МГ//Газовая промышленность
№4 2009 год. - С. 54-56.
4. Вольдек А.И. Электрические машины.- Л.: Энергия, 1978.- С. 507-509.
133
СЕКЦИЯ
«ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ И РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА»
УДК 621.317
ВЛИЯНИЕ ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ
НА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Л.Э.Рогинская, Д.В. Гусаков, А.С. Горбунов, Р.Д. Каримов
(Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа)
Применяемые
в
электротехнике
устройства
с
ферромагнитными
сердечниками являются элементами с нелинейной индуктивностью. Во многих
электротехнических
преобразователях
колебательных
установках
частоты
контуров
и
с
–
других
подобными
стабилизаторах,
–
усилителях,
используются
элементами.
особенности
С
развитием
электроэнергетических систем были выдвинуты многие вопросы, связанные с
возникновением феррорезонансных явлений, определяемых внутрисистемными
емкостями и нелинейной индуктивностью. Решить эти вопросы можно,
учитывая
особенности
электроферромагнитных
колебательных
контуров
(внутренние перенапряжения и др.).
Феррорезонанс – частное, но характерное проявление нелинейного
резонанса. Для установившихся режимов колебательных контуров понятие
резонанса имеет особое значение. С приближением частоты колебаний,
вынуждающей Э.Д.С. к некоторому определенному значению, колебания
системы начинают быстро возрастать, достигают некоторого максимума, а
затем, с возрастанием частоты, величина возмущения быстро падает,
уменьшаясь постепенно до нуля [1].
Трансформаторы напряжения используются в электроэнергетике на всех
уровнях напряжений и работают в качестве измерительных преобразователей,
передают информацию о напряжении в сети системам защиты и измерений.
134
Работа электромагнитных трансформаторов напряжения во время аварийных
режимов
может
Феррорезонансы,
приводить
в
свою
к
очередь,
возникновению
приводят
к
феррорезонансов.
неправильной
работе
электроэнергетического оборудования, выходу его из строя, развитию крупных
аварий.
Меры по борьбе c феррорезонансными явлениями изложены в
руководстве по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и
внутренних перенапряжений (РД 153-34.3- 35.125-99), где в качестве одной из
основных мер по борьбе с феррорезонансными явлениями предлагается
использование
антирезонансных
ТН.
Антирезонансным
называют
электромагнитный заземляемый ТН, устойчиво работающий при наличии в
сети непрекращающихся феррорезонансных явлений и не вызывающий их.
Рисунок 1 – Конструкция антирезонансного трансформатора напряжения и направления
движения потоков нулевой последовательности
135
Для компенсации феррорезонансных
явлений
необходимо, чтобы
насыщение трансформатора отсутствовало при всех режимах работы. Поэтому
наиболее рационально применить такие конструкции, в которых составляющие
нулевой последовательности компенсировались бы и, тем самым, уменьшали
суммарную индуктивность в стержнях ТН.
Одним из способов компенсации потоков нулевой последовательности
является конструкция, представленная на рис. 1. Данная конструкция
магнитопровода
трансформатора
дает
возможность
предотвращения
феррорезонанса: магнитные потоки нулевой последовательности в каждом из
трех
стержней
движения,при
компенсируются,
этом
стержни
не
благодаря
встречному
насыщаются,
направлению
сопротивление
нулевой
последовательности близко к 0 и феррорезонанс отсутствует. Конструкция
обладает
следующими
уменьшенные
достоинствами:
массогабаритные
дополнительных
повышенная
показатели
сопротивлений
и
надежность
трансформатора,
потерей
в
стали,
и
отсутствие
отсутствие
конструкционной стали.А также уменьшается погрешность, связанная с
явлением феррорезонанса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рахимов Г.Р. Феррорезонанс (автопараметрическое возбуждение электроферромагнитных
цепей) - Ташкент: Изд-во АН Узбек. ССР, 1957. - 144 с.
2. Кадомская
К.П.,
Лаптев
О.И.
Антирезонансные
трансформаторы
Эффективность применения // Новости электротехники. 2006. №6 (42)
3. ГОСТ 1989-2001. Трансформаторы напряжения. Общие технические условия.
136
напряжения.
УДК 621.311:621.314
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЙ
УСТРОЙСТВ ВСТРЕЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА
ПРИМЕРЕ ЭЛЕКТРИ-ЧЕСКИХ СЕТЕЙ ФИЛИАЛА ОАО «МРСК СИБИРИ»
- «КУЗБАССЭНЕРГО – РЭС»
Ф.С. Непша
(Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева)
При решении задачи оптимизации положений устройств встречного
регулирования напряжения трансформаторов, минимизируемой функцией в
общем случае являются суммарные по системе потери активной мощности [3].
Математическая формулировка при этом состоит в определении минимума
функции суммарных потерь активной мощности сети:
F  P ( KT )  min
(1)
где Кт - коэффициент трансформации регулируемых трансформаторов;
ΔPΣ- суммарные потери активной мощности сети.
При этом данная задача решается в условиях ограничений по уровням
напряжений в узлах сети и по диапазонам регулирования трансформаторов:
U i min  U i  U i max
(2)
КТ min  КТ  КТ max
(3)
где U - вектор напряжений в узлах сети.
Для того, чтобы осуществить поиск минимума целевой функции (1)
необходимо, прежде всего, создать модель исследуемой энергосистемы.
Создание модели исследуемой энергосистемы наиболее удобно производить на
базе программного комплекса (ПК) RastrWin3 [2]. Алгоритм создания
расчетной модели исследуемой энергосистемы в ПК RastrWin3 представлен на
рисунке 1.
137
Рисунок 1 - Алгоритм создания расчётной модели
После создания расчетной модели производится расчет двух режимов:
среднего максимума и среднего минимума. Режим среднего максимума
создается на основе средних значений потребляемой активной и реактивной
мощности за 8 часов с наиболее высокой суммарной нагрузкой исследуемой
сети, средний минимум соответственно за 8 часов с наименьшей нагрузкой
исследуемой сети за сутки. Режим среднего максимума является базисным для
определения глобального минимума целевой функции, т.е. таких положений
РПН, ПБВ при которых потери в электрической сети минимальны без учета
ограничений. Режим среднего минимума является базисным для проверки
выполнения ограничения (2) т.к. именно в минимальном режиме напряжение
сильнее всего отклоняется от номинальных значений.
138
После того, как подготовка расчетных режимов завершена можно
приступить непосредственно к оптимизации положений устройств встречного
регулирования
напряжения
трансформаторов.
Для
этого
удобно
воспользоваться методом покоординатного спуска, который представлен ввиде
блочного алгоритма на рисунке 2.
Рисунок 2 - Метод покоординатного спуска в виде блочного алгоритма для
двухтрансформаторной подстанции
После определения оптимальных положений устройств встречного
регулирования напряжения производится оценка экономического эффекта от
139
снижения потерь активной мощности за различные периоды времени (сутки,
месяц, год).
Для
оценки
эффективности
оптимизации
положений
устройств
встречного регулирования напряжения, вышеприведенная последовательность
действий была реализована
в рамках распределительной сети 35-110 кВ
филиала ОАО «МРСК Сибири» - «Кузбассэнерго – РЭС». В результате
теоретически
было
показано,
что
потери
активной
мощности
в
распределительной сети 35-110 кВ путем оптимизации положений устройств
встречного регулирования напряжения трансформаторов можно снизить на
1,45%. При этом полученное снижение потерь активной мощности в
распределительной сети 35-110 кВ достигается в основном за счет сети 35 кВ,
где потери активной мощности были снижены на 6,2%. Для наглядности
эффект от оптимизации положений устройств встречного регулирования
напряжения представлен на рис.2., где красным цветом показано распределение
потерь активной мощности в течение суток до оптимизации положений
устройств встречного регулирования напряжения, а синим цветом после
оптимизации.
Рисунок 3 - Активные потери распределительной сети филиала ОАО «МРСК
Сибири» - «Кузбассэнерго – РЭС» «до» и «после» оптимизации
140
Возможный экономический эффект от оптимизации текущего режима
распределительной сети 35-110 кВ филиала ОАО «МРСК Сибири» «Кузбассэнерго – РЭС» путем оптимизации положений устройств встречного
регулирования напряжения оценивается по формуле:
(5)
ЭГ  (P1  P2 )  Tа  8760
Где ЭГ – годовая экономия в оплате электроэнергии, кВт; ΔP1 – потери
активной мощности до оптимизации, кВт; ΔP2- потери активной мощности
после оптимизации, кВт; Та- тариф на потери активную энергию, руб/кВт∙ч
принимается равным 0,99 руб/кВт∙ч.
При этом годовая экономия в оплате электроэнергии за счет снижения
потерь активной мощности в сетях 110-35 кВ филиала ОАО «МРСК Сибири» «Кузбассэнерго – РЭС» составила бы:
ЭГ  (59339,99  57707,4)  0,99  8760  14158 тыс. руб
Таким образом, осуществление оптимизации положений устройств
встречного
регулирования
напряжения
трансформаторов
в
рамках
распределительных сетей 35-110 кВ филиала ОАО «МРСК Сибири» «Кузбассэнерго – РЭС» позволило бы снизить потери электрической энергии в
сетях на 14,3 млн. кВт∙ч в год, что в денежном эквиваленте при средней
стоимости потерь активной мощности в 0,99 руб/кВт составляет 14158 тыс.
рублей в год.
Полученные результаты показывают, что оптимизация положений
устройств встречного регулирования трансформаторов является одним из
наиболее простых и эффективных методов беззатратной оптимизации
электрических режимов, позволяющих без дополнительных капиталовложений
существенно повысить энергоэффективность электрических сетей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Веников В. А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем. – М.:
Энергоатомиздат, 1990. – 352 с.
2.
ПК «RastrWin3» Документация пользователя – Екатеринбург, 2011 – 236 с.
141
3.
Филиппова Т.А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем/ Сидоркин Ю.М.,
Русина А.Г./ – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011 – 401 с.
УДК 621.331
НАПРАВЛЕНИЯ СТАБИЛИЗАЦИИ УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА
ШИНАХТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
С ПОМОЩЬЮ НАКОПИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕГРИИ
В. Л. Незевак, Ю. В. Плотников, А. П. Шатохин
(Омский государственный университет путей сообщения, Омск)
Применение рекуперативного торможения на участках постоянного тока
позволяет в ряде случаев существенно повысить энергоэффективность
электротяги. В настоящее время на сети железных дорог России реализуется
несколько направлений, направленных на повышение энергоэффективности
электрической тяги. Тем не менее, остается нереализованным потенциал
использования
избыточной
энергии
рекуперации
на
участках,
где
рекуперативное торможение не применяется вследствие особенностей системы
тягового электроснабжения или эксплуатации электроподвижного состава,
способного
применять
рекуперативное
торможение.
Одной
из
задач,
требующих решения на сегодняшний день, является задача организации приема
избыточной электроэнергии рекуперации с целью исключения случаев
превышения напряжения в контактной сети свыше допустимого уровня в
соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации железных
дорог РФ, а также случаев понижения напряжения ниже допустимого в
периоды максимальных нагрузок.
Если прием избыточной энергии рекуперации на тяговых подстанциях
переменного
токоприемнике
тока
осуществляется
рекуперирующего
при
повышении
электроподвижного
напряжения
состава
на
свыше
напряжения холостого хода понижающих трансформаторов, то прием
избыточной энергии рекуперации на тяговых подстанциях постоянного тока
142
невозможен без применения специальных устройств. Одним из наиболее
распространенных
преобразователь,
устройств
основным
является
выпрямительно-инверторный
достоинством
которого
перед
другими
устройствами является преобразование мощности рекуперации на уровне
мощности преобразовательного трансформатора, что, как показывает практика,
является более чем достаточным. Другим типом устройств, позволяющим
принять
энергию
рекуперации,
является
поглощающее
устройство,
реализующее принцип, аналогичный используемому на ЭПС принципу
реостатного торможения. Основным преимуществом данного решения является
относительная невысокая стоимость по сравнению с другими устройствами.
Вопросы стабилизации напряжения на тяговых подстанциях как постоянного,
так и переменного тока могут решаться путем изменения коэффициента
трансформации
преобразовательных
и
понижающих
трансформаторов
соответственно изменению тяговой нагрузки. Этот принцип реализован при
применении устройств автоматического регулирования напряжения на тяговых
подстанциях постоянного тока. Следует отметить, что в описанных выше
случаях применение накопителя электрической энергии на шинах тяговых
подстанциях не является однозначным. Представляется, что
наиболее
эффективное применение накопители электрической энергии могут найти в
случае их размещения на электроподвижном составе или на шинах тяговых
подстанций без применения других специальных устройств. Применение
накопителя электрической энергии совместно с выпрямительно-инверторными
преобразователями
и
поглощающими
устройствами
представляется
нецелесообразным соответственно ввиду передачи избыточной энергии
рекуперации на шины переменного тока и потребления ее на шинах
постоянного тока подстанции.
Стабилизация напряжения на шинах тяговой подстанции при помощи
накопителя основана на заряде накопителя при применении электроподвижным
составом рекуперативного торможения и повышении напряжения свыше
напряжения
холостого
хода
преобразовательного
143
трансформатора
с
последующим разрядом накопителя в период максимальных нагрузок и
пониженного напряжения. Для реализации необходимого уровня стабилизации
требуется оценить емкость накопителя исходя из среднесуточного графика
нагрузки тяговой подстанции. На рисунке 1 представлен суточный график
изменения напряжения на шинах тяговой подстанции постоянного тока.
Следует отметить, что в соответствии с результатами обработки
суточного графика применение накопителя электрической энергии совместно с
устройствами автоматического регулирования напряжения на шинах тяговых
подстанций постоянного тока является нецелесообразным. Установка для
рассматриваемого случая накопителя электрической энергии, позволяющего
осуществлять заряд при превышении напряжения на шинах свыше 3560 В и
отрицательном токе нагрузки, позволяет в течение суток накапливать
электрическую энергию на уровне 100 кВт·ч. Аналогичный уровень объема
электрической энергии требуется для стабилизации напряжения в момент
пиковых нагрузок (при понижении напряжения ниже 3310 В). Использование
накопителя электрической энергии для рассматриваемого случая позволяет
уменьшить размах колебаний напряжений более чем на 100 В или на 30 % от
имеющего место. Работы по дальнейшей стабилизации напряжения связаны с
существенным увеличением емкости накопителя, что в условиях высокой
стоимости последнего являются нецелесообразным.
Рисунок 1 – График изменения напряжения на шинах тяговой подстанции постоянного тока
144
Таким образом, использование накопителей электрической энергии на
тяговых подстанция постоянного тока позволяет стабилизировать напряжения в
заданных
границах.
Однако
ввиду
высокой
стоимости
является
нецелесообразным, в т.ч. при использовании на тяговых подстанциях других
устройств приема энергии рекуперации.
УДК 621.313
АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВВОД РЕЗЕРВА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ С
КРУПНЫМИ СИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
В.А. Шабанов, Р.З. Юсупов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
В системах электроснабжения предприятий при наличии двух источников
питания, как правило, используется раздельная работа секций шин с
отключенными секционными выключателями (СВ). Для восстановления
электроснабжения потребителей, подключенных к потерявшей питание секции
шин, применяются устройства автоматического ввода резерва (АВР). В
эксплуатации находится большое количество АВР разных типов. Основные
требования к устройствам АВР определяются технологическим процессом
предприятия. Наличие крупных СД в схеме электроснабжения предъявляет к
устройствам АВР дополнительные требования.
В статье рассматриваются требования к АВР на предприятиях с
крупными синхронными электродвигателями (СД) и возможные направления
его совершенствования.
При потере питания от внешнего источника СД, выбегая, переходят в
генераторный режим и создают на потерявшей питание секции шин
технологического ЗРУ-6(10) кВ остаточное напряжение. При противофазном
включении ток в обмотках статора СД может превышать пусковой ток в два и
более раз, что недопустимо [1, 2].
145
Для снижения тока включения СД применяются: АВР с ожиданием
снижения остаточного напряжения [1, 2]; быстродействующие АВР на
тиристорных
ключах
(ТАВР)
[6];
быстродействующие
АВР,
на
быстродействующих вакуумных выключателях [3, 4, 5]; синхронные АВР [6].
Рассмотрим применение устройств АВР на примере отрасли перекачки
нефти.
На нефтеперекачивающих станциях (НПС) применяются традиционные
АВР с ожиданием снижения (контролем) остаточного напряжения (АВР с КОН)
и ТАВР.
На
предприятиях
распространены
ОАО
достаточно
«АК
широко
Транснефть»
[7].
АВР
на
устройства
ТАВР
быстродействующих
вакуумных выключателях и синхронные АВР не нашли применения на НПС.
В настоящее время ученые и производственники работают над
совершенствованием устройств АВР. В основном, работа направлена на
повышение чувствительности и быстродействия
пусковых органов АВР, а
также на увеличение быстродействия и надежности работы коммутационной
аппаратуры.
Выполнение условий допустимости; запрета и успешности срабатывания
АВР [9] на НПС в настоящее время обеспечивается расчетом токов,
напряжений и уставок срабатывания АВР. Для этого на момент включения СВ
производится расчет следующих величин для предельных (максимальных и
минимальных) режимов работы НПС:
- тока включения СД (для определения допустимости);
- тока самозапуска в сети (для отстройки токовых защит от тока
включения);
- остаточного напряжения на шинах (для определения успешности).
Результатом расчета является выбор уставок срабатывания устройства
АВР для предельных режимов сети и ЭД. Это приводит к неоптимальной
работе АВР в других, не предельных режимах.
146
Такой подход к обеспечению условий срабатывания АВР обусловлен тем,
что теоретические и практические основы методики расчета релейной защиты
и АВР на предприятиях с крупными СД разработаны с 1960-х по 1980-е года [1,
2,
10].
В
то
время
релейная
защита
и
АВР
выполнялись
на
электромеханических устройствах, которые не позволяют реализовать сложные
алгоритмы работы.
Выполнение релейной защиты и АВР на микропроцессорной основе
позволяет изменить подход к формированию условий срабатывания
и
управлению АВР в целом. Учитывая то, что конечной задачей АВР на НПС
является обеспечение бесперебойности технологического процесса перекачки,
целесообразно объединить все задачи АВР одной обобщенной функцией
«Сохранения технологического процесса» (СТП).
Для реализации функции СТП требуется введение в состав устройства
АВР блока управления (БУ). Блок управления АВР, должен производить расчет
электрических и технологических параметров для текущего режима работы
НПС и питающей электрической сети и проверять условия срабатывания АВР в
режиме реального времени, то есть во время переходных процессов, вызванных
нарушениями в электроснабжении. Условия запрета и допустимости АВР
проверяются в БУ до включения СВ. Условие успешности АВР необходимо
проверять до и после включения СВ [9].
Такое АВР с функцией СТП на основе обработки информации,
полученной как путем измерений, так и путем моделирования (расчетов) и
прогнозирования, можно назвать интеллектуальным. Интеллектуальное АВР
выбирает в каждом конкретном случае такой алгоритм управления, чтобы во
всех случаях обеспечить устойчивость и непрерывность технологического
режима перекачки. С этой точки зрения все устройства АВР (с ожиданием
снижения
остаточного
напряжения,
ТАВР
и
другие)
можно
назвать
традиционными. Выполнение АВР интеллектуальным позволит интегрировать
его с системой АСУТП.
Это позволит учесть в алгоритме АВР
технологические параметры процесса перекачки нефти (давления на приеме
147
насосов, входе и выходе НПС, давления на предыдущей и последующей НПС,
производительность нефтепровода), информацию о состоянии обратных
клапанов (открыт или закрыт) и т.д. Влияние технологических параметров при
оценке успешности СЗП на НПС рассмотрено в работах [11, 12].
На рисунке 1 приведена структурная схема интеллектуального АВР. В
нормальном режиме вводные выключатели технологического ЗРУ-6(10) кВ
НПС Q1 и Q2 включены, секционный выключатель Q3 отключен. При
нарушении электроснабжения со стороны трансформатора Т1 теряют питание
электродвигатели первой секции шин (I СШ) и от защиты от потери питания
(ЗПП) отключается выключатель ввода Q1.
АСУТП
От ТН II СШ и ТА
От ТН I СШ и ТА
Т1
От датчиков
От датчиков
Т2
БУАВР
Д
З
У
АВР
Q1
Q2
ЗПП
ЗПП
I СШ
II СШ
СД1
Q4
Q5
ОВ
ОВ
Q7
Q6
Q3
ОВ
СД2
СД3
ОВ
СД4
Рисунок 1 – Схема работы БУАВР
На входы БУАВР поступает информация от трансформаторов тока вводов
и ЭД, от трансформаторов напряжения 1-й и 2-й секций шин, от датчиков
давления, расхода нефти, скорости вращения ЭД и др. Блок управления
выполняет расчеты, проверяет условия запрета, допустимости и успешности
самозапуска, моделирует различные сценарии, производит выбор оптимального
148
алгоритма работы и выдает управляющие сигналы. В случае выполнения
условий самозапуска подается сигнал на исполнительный блок АВР.
Применение устройств АВР с функцией СТП актуально для предприятий,
имеющих крупные СД, непрерывность технологического процесса которых при
перерыве электроснабжения обеспечивается
применением самозапуска СД.
Интеллектуальное АВР позволит существенно повысить бесперебойность
технологического процесса указанных выше предприятий при потере питания
от одного из внешних источников электроснабжения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Слодарж М.И. Режим работы, релейная защита и автоматика синхронных
электродвигателей – М.: Энергия, 1977.
2. Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей – 2-е изд., перераб. и доп. – М.:
Энергоатомиздат, 1985.
3. Гамазин С.И., Понаровкин Д.Б., Цырук С.А. Быстродействующее АВР для
промышленных подстанций с синхронной двигательной нагрузкой // Промышленная
энергетика.–1990. – № 10. – С. 26-31.
4. Гамазин С.И., Понаровкин Д.Б., Цырук С.А. Повышение эффективности пускового
органа быстродействующего устройства АВР// Промышленная энергетика.–1992. – № 4. – С.
18-21.
5. Гамазин С.И. Тиджиев М.О., Васильев Е.И. Целесообразные режимы вводов на
различных уровнях системы электроснабжения // Промышленная энергетика.–2004. – № 3. –
С. 17-24.
6. Гребченко Н.В., Нури А. О применении быстродействующего АВР двигательной
нагрузки // Новости электротехники. – 2004. – № 6. – С. 5-7.
7. Устройства повышения надежности электроснабжения ответственных
потребителей [Электронный ресурс] /Режим доступа: http://www.ipe.ru/publicat/TAVR.html /,
свободный. – Загл. с экрана. – Яз. рус. ЗАО «ИЭЭ», г. Санкт-Петербург.
8. ОР-17.01-60.30.00-КТН-015-1-05. «Регламент обеспечения устойчивой работы НПС
при отключении одного источника электроснабжения (отключение питающей ВЛ,
отключение питающего трансформатора)».
9. Шабанов В.А., Алексеев В.Ю. Условия срабатывания АВР на
нефтеперекачивающих станциях // Энергетик. - 2010. - № 3. - С. 37-39.
10. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных
электродвигателей. – М.: Госэнергоиздат, 1963.
11. Шабанов В.А., Алексеев В.Ю., Юсупов Р.З., Пашкин В.В. Критерии
эффективности АВР на нефтеперекачивающих станциях : межвуз. сб. науч. тр. «Повышение
надежности и энергоэффективности электроэнергетических систем и комплексов» / Уфа,
изд-во УГНТУ. 2010. – С. 99-105.
12. Шабанов В.А., Алексеев В.Ю., Кабаргина О.В., Юсупов Р.З. Электротехнические
средства снижения волн давления в магистральных нефтепроводах при нарушении
149
электроснабжения // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. –
2010. – № 1. – С. 77-83.
УДК 621.313; 621.316
УСКОРЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОВТОРНОГО
ВКЛЮЧЕНИЯ НА НПС ПРИ НАРУШЕНИЯХ
В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
В.Ю. Алексеев, С.Е. Клименко, В.А. Шабанов, Р.З. Юсупов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
В статье рассматривается новый алгоритм взаимодействия устройств
автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического включения
резерва (АВР) на нефтеперекачивающих станциях (НПС) путем ускорения
АПВ. Ускорение действия устройств АПВ позволяет облегчить условия
самозапуска синхронных двигателей (СД) магистральных насосных агрегатов
(МНА), снижает количество коммутаций, повышает вероятность сохранения
технологического режима перекачки и тем самым позволяет повысить
бесперебойность работы НПС при потере питания от одного из внешних
источников электроснабжения.
Технологический
нефтепроводам
процесс
перекачки
нефти
по
предъявляет повышенные требования к
магистральным
бесперебойности
работы МНА. При этом отключение и остановка одного из МНА на одной из
НПС может привести к нарушению всего технологического процесса перекачки
и остановки всех остальных НПС нефтепровода. Одной из причин отказа в
работе НПС является нарушение электроснабжения от одного из внешних
источников.
Электроснабжение НПС осуществляется от двух независимых взаимно
резервирующих друг друга источников питания c быстродействующими
150
устройствами
релейной
защиты
и
автоматики.
При
нарушении
электроснабжения от одного из двух источников питания сначала происходит
отключение вводного выключателя секции шин потерявшей питание, далее
срабатывает электрическое АВР с действием на включение секционного
выключателя. После восстановления напряжения на внешнем источнике
питания, с выдержкой времени, происходит срабатывание АПВ ввода с
действием на включение вводного выключателя терявшей питание секции шин.
При этом выдержка время срабатывания АПВ ввода выбирается таким образом,
чтобы сначала успевало срабатывать устройство АВР и только после него
устройство АПВ. Такая очередность действия этих устройств автоматики на
НПС оправдана только в тех случаях, когда напряжение питания на одном из
источников исчезает длительно. В этих случаях основная задача АВР на НПС –
обеспечить условия успешности самозапуска МНА и тем самым сохранить
бесперебойность технологического режима перекачки. А основная задача АПВ
на НПС – возврат АВР и переход на электроснабжение от двух источников
питания. Однако перерывы электроснабжения от одного из источников питания
чаще всего кратковременные, так как происходят обычно из-за коротких
замыканий в сети энергосистемы. Такие короткие замыкания отключаются
быстродействующими средствами релейной защиты энергосистемы. При этом
перерыв электроснабжения от одного из источников может быть меньше
времени срабатывания АВР. В этих условиях целесообразнее другой алгоритм
работы данных устройств автоматики, при котором АПВ ввода будет
срабатывать до работы АВР. Статья посвящена ускорению включения
устройств АПВ при нарушениях в системе электроснабжения.
Для
повышения
технологических
надежности
закрытых
резервирования
распределительных
шины
устройств
6(10)
(ЗРУ)
кВ
НПС
секционируют, а электродвигатели МНА распределяют по одному или по два
на каждую секцию. Рабочий и резервный МНА должны быть при этом на
разных секциях шин. Упрощенная схема двухсекционного технологического
ЗРУ приведена на рисунке 1. В нормальном режиме секционный выключатель
151
(СВ) выключен и секции шин IСШ и IIСШ работают раздельно. Синхронный
двигатель СД№1, СД№4 в рабочем режиме (выключатели В3, В5 включены),
СД№2, СД№3 – в технологическом резерве (выключатели В4, В6 выключены).
Режим потери питания от одного из двух внешних источников
выявляется с помощью защит от потери питания (ЗПП). На НПС с
синхронным приводом МНА используется ЗПП с пуском по снижению
частоты напряжения на шинах ЗРУ с контролем направления активной
мощности по питающему вводу 6(10) кВ [1,2]. Обозначим такую защиту –
ЗПП-1 (рисунок 1).
ИП1
ИП2
Ввод 2
Ввод 1
В1
ЗПП-1
В2
АПВ
АПВ
ЗПП-1
АВР
I СШ
ТН
II СШ
В3
UИП
СД№1
Рабочий
В4
СВ
СД№2
Резервный
В6
СД№3
Резервный
ТН
В5
UИП
СД№4
Рабочий
Рисунок 1 ─ Упрощенная схема ЗРУ-6(10) кВ
При
нарушении
электроснабжения
от
источника
питания
ИП1
срабатывает ЗПП-1 первой секции шин и действует на отключение
выключателя В1 ввода 1. При этом секция шин I СШ, потерявшая питание,
отделяется от неисправной питающей сети. Выключатель В3 остается
включенным. По факту отключения выключателя ввода В1 происходит пуск
схемы АВР СВ. При включении СВ питание первой
восстанавливается
и
электродвигатель
152
СД№1
оказывается
секции шин
в
режиме
самозапуска. После завершения успешного самозапуска технологический
процесс перекачки восстанавливается.
Напряжение питания Uип контролируется с помощью измерительного
трансформатора ТН, который подключается к питающей линии 6(10) кВ до
выключателя ввода. При появлении напряжения на источнике питания ИП1
происходит пуск схемы АПВ. На НПС АПВ ввода выполнено с улавливанием
синхронизма, что означает включение выключателя ввода происходит при
малых углах сдвига фаз напряжения питания от энергосистемы и напряжения на
секции шин. После пуска АПВ с выдержкой времени действует на включение
выключателя В1 ввода 1 и с дополнительной выдержкой времени после
включения выключателя ввода действует на отключение выключателя СВ.
Рассмотренное взаимодействие АВР и АПВ, применяющееся в настоящее время
на многих НПС, имеет следующие недостатки. Во-первых, после отключения
выключателя ввода и включения секционного выключателя НПС переходит на
длительное питание от одного внешнего источника. При этом появляется
опасность полного погашения питания НПС в случае короткого замыкания в
сети оставшегося источника. Во-вторых, в случае неуспешного самозапуска
СД№1 на I СШ, например, из-за глубокой посадки напряжения, может
сработать вторая ступень защиты минимального напряжения и подействовать
на отключение как СД№1, так и СД№4 на II СШ, что приведет к полной
остановке
НПС
и
нарушению
технологического
режима
перекачки
нефтепровода.
Для устранения отмеченных недостатков целесообразно в случае
появления напряжения на источнике питания ИП1 не ниже, чем 0,95Uном,
ускорить действие АПВ и включить выключатель ввода до того как сработает
устройство АВР на включение секционного выключателя,. При этом
дополнительно необходимо обеспечить контроль встречного напряжения на
секции шин, потерявшей питание и блокировать работу АВР.
С учетом изложенного алгоритм работы автоматики при нарушении
электроснабжения от источника питания ИП1 будет следующим: по факту
153
отключения выключателя ввода В1 происходит одновременный пуск и схемы
АВР СВ, и АПВ. В случае, если напряжения на источнике ИП1 (на выходе
трансформатора ТН) появится до срабатывания устройства АВР, причем
величина напряжения будет не ниже 0,95Uном, то работа АВР блокируется.
Одновременно
пуск
АПВ
переключается
с
пуска
по
улавливанию
синхронизма на пуск с ожиданием снижения напряжения на потерявшей
питании секции шин. После того как встречное напряжение на потерявшей
питании секции шин снизится до безопасной величины (по [1] до величины
0,4Uном) происходит включение выключателя ввода В1 от устройства АПВ.
При включении выключателя ввода В1 питание первой секции шин от
источника питания ИП1 восстанавливается и электродвигатель СД№1
оказывается в режиме самозапуска. После завершения успешного самозапуска
технологический
процесс
перекачки
восстанавливается.
В
случае
же
неуспешного самозапуска СД№1 на I СШ, что маловероятно, так как
самозапуск происходит в облегченных условиях (без нагруженного СД№4 на II
СШ), происходит остановка только одного рабочего МНА, а не всей НПС.
Кроме того необходимо отметить то, что в случае успешного действия
ускорения АПВ снижается количество коммутаций СВ.
Таким образом, введением ускорения действия АПВ повышается
надежность электроснабжения за счет сохранения питания от двух внешних
источников, облегчаются условия самозапуска СД МНА, снижается количество
коммутаций, повышается вероятность сохранения технологического режима
перекачки, что в результате позволяет повысить устойчивость работы НПС.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ОР-17.01-60.30.00-КТН-015-1-05. «Регламент обеспечения устойчивой работы НПС
при отключении одного источника электроснабжения (отключение питающей ВЛ,
отключение питающего трансформатора)».
2. Беляев А.В.
Противоаварийное управление в узлах нагрузки с синхронными
электродвигателями большой мощности. Л.: Издание Петербургского энергетического
института. 2002. – 79 с.
154
УДК 661.233
О ПЕРСПЕКТИВНЫХ РАЗРАБОТКАХ
ЭЛЕГАЗОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
В.П. Лопатин, Д.О. Осипов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
Электрические подстанции, входящие в систему электроснабжения
технологических установок добычи, промысловой подготовки и транспорта
нефти, комплектуются современным электрооборудованием с элегазовым
наполнением.
К
трансформаторы,
этому
электрооборудованию
комплектные
относятся:
силовые
устройства
(КРУЭ),
распределительные
высоковольтные выключатели, выключатели нагрузки, трансформаторы тока и
напряжения, электрические конденсаторы и токопроводы.
Элегаз
(гексафторид
серы
SF6)
в
современном
высоковольтном
электрооборудовании используется в качестве изоляционной среды и средства,
обеспечивающего эффективное дугогашение в коммутационных аппаратах. Это
бесцветный, не имеющий запаха газ, при нормальных условиях в 5 раз тяжелее
воздуха.Элегаз не подвергается старению, химически не активен, поэтому в
обычных эксплуатационных условиях не действует ни на какие материалы,
применяемые
в
электрооборудовании.
Элегаз
обладает
повышенной
теплоотводящей способностью и является хорошей дугогасительной средой,
позволяющей производить отключение больших токов при больших скоростях
восстановления напряжения. В однородном поле электрическая прочность
элегаза в 2,3-2,5 раза выше прочности воздуха; при давлении элегаза 0,3-0,4
155
МПа
его
электрическая
прочность
выше,
чем
у
трансформаторного
масла.Элегаз не горит (термостойкость до 800 °С) и не поддерживает горения,
следовательно, элегазовые аппараты являются взрыво- и пожаробезопасными.
Элегаз является хорошим акустическим изолятором, так как скорость
звука в нем значительно ниже, чем в воздухе.
Новейшей разработкой в области элегазовой энергетики являются
силовые
элегазовые трансформаторы [1]. Трансформаторы с элегазовой
изоляцией впервые были разработаны в США фирмой Вестингауз в конце 50
годов прошлого столетия, однако дальнейшего развития они не получили.
Размещение элегазовой коммутационной аппаратуры и трансформатора с
элегазовой изоляцией в одном помещении обеспечивают компактность
электрической подстанции и сокращение занимаемой площади и объёма, так
как
элегазовый
трансформатор
присоединяется
непосредственно
к
комплектному элегазовому распределительному устройству.
Элегазовые трансформаторы являются пожаро- и взрывобезопасными,
малошумными, а также они обладают высоким уровнем герметичности. В этом
случае отсутствует необходимость установки противопожарного оборудования
и маслосборников. Трансформаторы с элегазовой изоляцией применяют на
подземных и
закрытых подстанциях
в городских районах. Проверка
исправности элегазовых трансформаторов и анализ причин неисправности
может производиться с использованием газовой хроматографии.
Конструкция трансформатора с элегазовой изоляцией не отличается от
конструкции масляного трансформатора, кроме изоляционного материала и
охлаждающей среды. Охлаждение элегазовых трансформаторов происходит в
процессе принудительной циркуляции элегаза через охладительные устройства
выносного типа. Широко используется система водяного охлаждения.
В России два элегазовых трансформатора будут смонтированы в
инновационном центре «Сколково» на подземной подстанции «Союз»
напряжением 220/20 кВ мощностью по 63 МВА каждый [2].
156
К
другим
перспективным
решениям
в
области
элегазовой
электроэнергетики следует отнести газоизолированные линии (ГИЛ), где элегаз
или другой газообразный диэлектрик находится в оболочке под избыточным
давлением [3]. Газоизолированные линии можно использовать для передачи
электроэнергии на далекие расстояния из-за меньших электрических потерь и
для обеспечения внутриподстанционных связей с КРУЭ.
В
случае
однофазного
исполнения
газоизолированной
линии
токоведущая жила и оболочка располагаются коаксиально. Стальная или
алюминиевая оболочка обеспечивает герметизацию газового объёма, защиту от
воздействия электрических и магнитных полей. Для выполнения ремонтных
работ целесообразно линейное секционирование линии.
Для
компенсации
теплового
расширения
корпуса
используются
специальные сильфоны или скользящая система контактов.
При прокладке ГИЛ под водой трубы (оболочки) могут быть изготовлены
из металла с защитным покрытием или из эпоксидной смолы, армированной
стекловолокном на металлической подложке, которая служит магнитным и
влагонепроницаемым экраном.
Одним из основных направлений в конверсионной деятельности Научнотехнического Центра Высоковольтной аппаратуры Российского Федерального
Ядерного
Центра
является
разработка
высоковольтных
элегазовых
выключателей [4]. Одним из эффективных способов гашения дуги в
выключателе является обдув дуги струей элегаза. Высокая способность элегаза
гасить электрическую дугу объясняется тем, что его электроотрицательного
типа
молекулы
улавливают
электроны
дугового
столба
и
образуют
малоподвижные отрицательные ионы. Потеря электронов делает дугу
неустойчивой, и она быстро гаснет. При принудительном газовом дутье,
подаваемом в зону горения дуги, поглощение электронов из дугового столба
происходит еще интенсивнее.
В электрооборудовании элегаз обычно используется под давлением в
несколько атмосфер для большей компактности энергоустановок.
157
В элегазе до перехода тока через нуль не происходит разрушения столба
дуги, то есть отсутствует «срез тока». Это приводит к тому, что исключается
возможность
перенапряжений
при
отключении
ненагруженных
трансформаторов и линий электропередач [5].
Элегаз безвреден в смеси с воздухом, но при его разложении в
электрическом аппарате, например, под действием дуговых, коронных и
частичных разрядов, в элегазе могут возникать вредные для человека примеси,
а также твердые соединения, оседающие на поверхности конструкции
электрооборудования. Для поглощения газообразных продуктов разложения и
влаги в выключатели закладываются фильтры из активированного алюминия
[5].
Следует иметь в виду, что существует опасность работы и с чистым
элегазом, которая заключается в возможности заполнения углублений,
например, кабельных каналов, траншей и т.п. (элегаз значительнее тяжелее
воздуха).
Влияние элегаза на окружающую среду следует рассматривать с точки
зрения усиления парникового эффекта и разрушения озонового слоя
стратосферы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рекламный проспект фирмы TOSHIBA «Трансформатор с элегазовой изоляцией».
2.
http://novostienergetiki.ru/v-skolkovo-na-podzemnoj-podstancii-soyuz-ustanovyat-
unikalnye-silovye-transformatory/
3. Вариводов В.Н. Компактные высоковольтные линии электропередачи // Электро.2006.- №2.- С. 2-6.
4. Колонтай В.С., Морозов Ю.В., Пухов М.В. Элегазовые выключатели с пружинномоторным приводом для коммутации в энергосистемах напряжением 6 и 10 кВ // Электро.2005.- №6.- С. 28-31.
5. Электрические и электронные аппараты. В 2 т. Т 1. Электромеханические аппараты
: учебник для студентов высших учебных заведений. Под ред. А.Г. Годжелло, Ю.К. Розанова.
– М. : Издательский центр «Академия», 2010.
158
159
СЕКЦИЯ
«РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ»
УДК 621.365.5
КОМПЛЕКСНАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ
НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ДЕТАЛИ В
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Л.Э. Рогинская, А.С. Горбунов
(Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа)
Н.В. Листова
(Московский авиационный институт (национальный исследовательский
университет), г. Москва)
Электротехнологией следует считать область промышленной технологии,
в
которой
электрические
непосредственного
и
воздействия
магнитные
на
явления
используются
обрабатываемый
объект,
для
т.е.
электротехнологические процессы являются энергосберегающими [1].
В настоящее время к применяемым в нефтяной промышленности
аппаратам и их деталям предъявляются высокие требования к их долговечности
и коррозионной устойчивости. Для защиты металлических деталей от коррозии
и повышения их долговечности на них могут наноситься защитные покрытия,
например цинковые. В таком случае в процессе эксплуатации данных изделий в
реакцию коррозии первым вступает цинк, тем самым защищая основной металл
детали. В настоящее время в промышленности применяются различные
способы нанесения защитных покрытий на металлические детали, среди
которых можно отметить следующие: гальваническое цинкование, горячее
цинкование, термодиффузионное цинкование, механическое цинкование и др.
Одним из лучших способов нанесения цинковых покрытий, обладающим
значительными преимуществами, является термодиффузионное цинкование.
Среди его преимуществ можно отметить такие как высокое качество
нанесенных покрытий, что обуславливает долговечность защищаемых деталей,
160
экологическую чистоту технологического процесса нанесения цинковых
покрытий, осуществляемого в герметично закрытых вращающихся полых
цилиндрах (ретортах), возможность получения любой требуемой толщины
защитных покрытий, отсутствие необходимости обработки поверхности
защищаемых
деталей
после
нанесения
цинковых
покрытий
ввиду
равномерности нанесенного покрытия и отсутствия наплывов, возможность
цинкования деталей сложной конфигурации, включающие резьбу, глухие
отверстия и др.
Процесс
термодиффузионного
нанесения
защитных
покрытий
осуществляется при высоких температурах, вследствие чего защищаемые
детали необходимо нагревать. В настоящее время в промышленности
применяются различные способы нагревания деталей, среди которых можно
отметить следующие: нагрев в печах сопротивления, электродуговой нагрев,
индукционный нагрев, электронно-лучевой нагрев и другие [2]. Наиболее
рациональным является применение индукционного нагрева. Индукционный
нагрев металлов, применяемый в промышленных установках с конца XIX в., в
настоящее время получил широкое распространение во многих областях
промышленности. Причиной такого успеха индукционного нагрева являются
достоинства, присущие этому виду нагрева [3].
Совмещение двух технологических процессов, а именно индукционного
нагрева и нанесения защитных (цинковых) покрытий в единой установке
позволит значительно сократить массогабаритные показатели по сравнению с
двумя отдельными установками.
В связи с этим возникает необходимость разработки комплексных
электротехнологических установок для нагрева изделий и одновременного
нанесения на них защитных (цинковых) покрытий.
Разрабатываемая установка состоит из следующих основных элементов:
1. Индуктор, изготовленный из полой медной трубки круглого сечения;
2. Реторта, представляющая собой полый цилиндр;
3. Нагреваемые изделия, находящиеся внутри реторты.
161
На рисунке 1 приведена электромагнитная система разрабатываемой
установки. Для упрощения расчетов все металлические изделия представлены в
виде единого сплошного металлического цилиндра, диаметром d4=0,2 м.
Рисунке 1 – Электромагнитная система разрабатываемой установки
При расчетах исходными уравнениями являются уравнения Максвелла
для проводящей среды, в цилиндрических координатах.
По итогам произведенных расчетов было установлено следующее:
1.При частоте 50 Гц значение напряженности магнитного поля во
внутренней полости реторты составляет 77% от значения на ее поверхности.
2.
При
расчете
параметров
комплексной
электротехнологической
установки необходимо в схеме замещения системы индуктор – деталь
учитывать наличие промежуточной проводящей среды, в данном случае
стальной неферромагнитной реторты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Элементы индукционных установок / А.К. Белкин [и др.]; под ред. Ю.М. Гусева.
М.: Энергоатомиздат, 2007. – 140с.
2. Тиристорные преобразователи частоты / А.К. Белкин [и др.]. М.: Энергоатомиздат,
2000. – 263 с.
3. Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1960.
456с.
162
УДК 621.313
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И НАДЕЖНОСТИ
КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК ПРОИЗВОДСТВА
УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ
Хайруллин И.Х., Вавилов В.Е., Дуракова В.С., Охотников М.В
(«Уфимский государственный авиационный технический университет», г.Уфа)
В настоящее время доля углеводородных газов в общем объеме мирового
энергобаланса составляет порядка 30%. Теплотехнические, экономические и
экологические
свойства
углеводородных
газов
делают
их
наиболее
привлекательным видом органического источника энергии и химического
сырья.
Основным оборудованием при производстве углеводородных газов
являются
компрессорные
установки
с
электромеханическими
преобразователями энергии (ЭМПЭ), нарушение работоспособности которых
приводит к нарушению и останову технологического процесса, и как следствие
этого к значительным экономическим убыткам.
Одной из основных причин нарушения работоспособности ЭМПЭ
компрессорных установок является отказ подшипниковых узлов, который
может быть вызван либо их заводским браком, либо износом в процессе
эксплуатации. Износ, а также потери энергии, в подшипниковых узлах
определяется трением в их элементах. По данным [1] 25% энергии
используемой в мире, теряется за счет трения. По оценке Министерства
энергетики США только в США годовая экономия энергоресурсов при
снижении коэффициента трения до 0,005 составит около 100 млрд.$ в год. По
данным Европейской комиссии затраты связанные с трением в Европе
составляют 350 млрд. евро в год. Кроме того потери мощности в
подшипниковом узле превращаются в тепловой поток, приводящий к
повышению температуры объекта на котором они установлены, что, в свою
очередь, требует более интенсивного его охлаждения и приводит к увеличению
163
количества прокачиваемой охлаждающей жидкости и массогабаритных
показателей.
Таким образом, проблема повышения надежности подшипниковых
узлов, за счет минимизации потерь на трение является актуальной научно–
технической задачей и экономической задачей. Решение данной задачи
позволит
уменьшить
экономические
убытки
связанные
с
простоем
оборудования и затраты на его ремонт, повысить деловой имидж компании.
Для решения данной проблемы авторами предлагается применение в
компрессорных
установках
оригинальной
конструкции
магнитных
подшипников, далее МП [2], суть которой заключается в совместном
применении
установленных
со
смещением
друг
относительно
друга
постоянных магнитов и электромагнитов, данный тип МП определяется
авторами как гибридный магнитный подшипник, далее ГМП. К основным
преимуществам ГМП относиться: неограниченный ресурс работы, отсутствие
смазочных материалов, экологичность, энергоэффективность и повышенная
надежность.
В
качестве
материалов
постоянных
магнитов
в
предлагаемом
техническом решении используются магниты NdFeB от характеристик, которых
зависят непосредственно характеристики ГМП в целом. Магниты запрессованы
в немагнитные втулки, для предотвращения закорачивания магнитного потока.
Электромагниты выполнены шихтованными из листов электротехнической
стали для уменьшения потерь на вихревые токи.
С целью количественной оценки технических преимуществ от внедрения
предлагаемого
технического
решения
авторами
был
разработан
математический аппарат, реализованный в программном коде, исследования,
которого
позволили
численно
сравнить
ЭМПЭ
на
различных
типах
подшипников [3].
Анализ
численных
результатов
показал,
что
электромагнитные
характеристики ЭМПЭ зависят от типа подшипниковых опор. При применении
радиальных шариковых подшипников максимальная развиваемая угловая
164
скорость исследуемого ЭМПЭ составляет 12000 рад.\с., что на 35% меньше чем
в ЭМПЭ на ГМП, на 50% больше чем в ЭМПЭ на шариковых сферических
подшипниках и 75% больше чем ЭМПЭ на конических роликовых
подшипников.
Таким образом, увеличение максимальной скорости вращения в ЭМПЭ от
применения ГМП приведет к увеличению мощности ЭМПЭ, а следовательно и
к повышению энергоэффективности компрессорных установок в целом
Также
анализ
результатов
исследований
показал,
что
от
типа
подшипниковых опор зависит быстродействие ЭМПЭ, то есть снижается время
разгона ЭМПЭ до номинальной частоты вращения, что является весьма
важным для ряда областей промышленности, например для авиационных
ЭМПЭ. В качестве номинальной угловой скорости была определена угловая
скорость 3000 рад.\с. При применении ГМП время разгона ЭМПЭ до
номинальной скорости на 8,5% меньше чем при применении шариковых
подшипников, на 32,14% меньше чем при применении шариковых сферических
подшипников и в 3,2 раза меньше чем при конических роликовых
подшипниках.
Таким
образом
предлагаемое
техническое
решение,
а
также
наработанный научно–технический задел могут использованы на практике в
газовой промышленности в компрессорных установках, что позволит повысить
их энергоэффективность и снизить экономические затраты связанные с их
эксплуатацией.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Инновационное
развитие
-
основы
модернизации
экономики
России:
Национальный доклад.-М:ИМЭМО.РАН.ГУ-ВШЭ,2008г.
2. Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Пашали Д.Ю., Вавилов В. Е. Высокоскоростной
шпиндель// патент на изобретение № 2468895 от 10.12.2012
3.
Герасин А.А., Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Зюков М.М., Вавилов В.Е.
Имитационная модель электромеханических преобразователей энергии с учетом процессов в
165
подшипниковых опорах // Сборка в машиностроении, приборостроении – 2013 – №2. с.35–
39.
УДК 62-83:681.51
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБСЛУЖИВАНИЯ КОМПЛЕКТНЫХ
ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ НА НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ
ПРЕДПРИЯТИЯХ
А.Б. Петроченков
(Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
г. Пермь)
В.К. Гладков
(ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь», г. Пермь)
Задача снижения доли затрат на электроэнергию и обслуживание
энергетического комплекса себестоимости добычи нефти является одной из
самых значимых для нефтедобывающих предприятий (НДП).
Смена экономического уклада страны привела к реформированию и
переориентированию бизнес-процессов НДП (с ориентацией на максимальный
аутсорсинг), но не затронула технологические и социально-ответственные
аспекты.
Сервисные
организации),
компании
обеспечивающие
(в
том
числе
поддержку
т. н.
энергосервисные
жизненного
цикла
(ЖЦ)
электротехнических комплексов (ЭТК) НДП, функционируют отдельно от
самих НДП, цели их бизнес-процессов зачастую не совпадают. Существующие
недостатки в части построения системы производственных отношений
проявляются
и
электроэнергетической
снижением
системы.
эффективности
Поэтому
актуальной
и
надежности
является
задача
разработки методического обеспечения поддержки управления жизненным
циклом (ЖЦ) ЭТК. Одним из элементов управления ЖЦ ЭТК является
техническое обслуживание (ТО) элементов ЭТК.
Рассмотрим концепцию ТО комплектных трансформаторных подстанций
166
(КТП) на примере цеха добычи нефти и газа ЦДНГ-10 ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь»
[1, 2].
С учетом специфики работы энергосервисных организаций для данного
предприятия ставилась задача проведения в рамках ТО преимущественно
мероприятий по мониторингу элементов (объектов) ЭТК.
- Число объектов мониторинга N = 643 единиц КТП 6/0,4 кВ ЦДНГ-10.
- Предполагаемый состав оперативного персонала по мониторингу КТП:
оперативный
персонал
с
правами
допускающего
в
обследуемой
электроустановке (1 чел.), оператор термокамеры (инженер-электрик с правами
производителя работ в электроустановках выше 1000
В, группа по
электробезопасности – не ниже IV) (1 чел.), оператор цифровой фотокамеры
(инженер-электрик с правами члена бригады в электроустановках выше 1000 В,
группа по электробезопасности – не ниже III) (1 чел.), оператор персонального
компьютера со знанием ЭО подстанций и навыками работы с программным
обеспечением термокамеры, фотоаппарата, диктофона, MS WinXP (1 чел.).
Из вышеперечисленного персонала формируется выездная бригада
мониторинга элементов (объектов) ЭТК в количестве p = 4 чел.
- Сроки проведения:
1 год – 365 дней. Исходя из восьмичасового рабочего дня, с учётом
выходных и праздников, получим усреднённые данные:
T = 249 – рабочих дней в году; t = 8 ч – продолжительность рабочего дня;
Tмес = 20,75 дней – средняя продолжительность месяца.
- Примерное время мониторинга одной КТП:
ti = 2 ч.
По системе обеспечения технологического состояния (СОТС) [210] в
первый год проводится два «мониторинга», последующие года – по одному
(рассматривается цикл мониторинга в 4 года) – всего n = 5 раз. Проведём
расчёты касательно одной бригады (какое количество КТП необходимо
обследовать за 1 рабочий день Nктп-1=?):
Nктп-1= (N ∙ ni1) / (12 ∙Tмес) = 5,16 единиц КТП – с учетом того, что в 1-ый
167
год необходимо провести ni1 = 2 «мониторинга»;
Nктп-2= (N ∙ ni2) / (12 ∙Tмес) = 2,58 единиц – при ni2 = 1 «мониторинг».
Количество КТП, которое сможет обслужить бригада:
Ni = (t – 2) / ti = 3 единицы КТП
Примечание: берется выражение (t – 2), т.к. на время прибытия и
оформления наряда (с учётом автоматизированной системы документооборота
SAP R/3, развернутой на предприятии) уходит, в среднем, 2 часа рабочего
времени.
Сравнивая Nктп-1 , Nктп-2 с Ni, можно сказать, что в первый год усилиями
одной бригады не обойтись (Ni<Nктп-1), в следующем же периоде (Ni>Nктп-2) с
задачей мониторинга вполне может справиться одна бригада.
Предлагаемые параметры для контроля КТП представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Контролируемые параметры КТП
№
Параметр
1
2
1
Уровень масла в основном баке
2
Температура окружающего воздуха
3
Нагрев контактов токоведущих частей
4
Температура верхних слоёв масла
5
Уровень напряжения (В) [Uн лин]
6
Состояние индикатора силикагеля
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Норма
3
Соответствие температуры верхних слоёв
масла, не > +40 С [-45;40] С
[-40;45] С
Одинаковый нагрев всех фаз одной цепи.
Макс. 90 С, превышение над температурой
окр. воздуха не более 50 С [-45;90]
Макс. 90 С, превышение над температурой
окр. воздуха не более 50 С [-45;90]
380 [ +/- 38 В], отклонение +/-10%
Отн. вл. осушенного воздуха, проходящего
через фильтр, до 50% [0;50)%: голубой цвет.
Наличие всех элементов, отсутствие
Внешнее состояние
ржавчины, вмятин
Механическая защита КЛ-0,4кВ
Отсутствие трещин, коррозии
Состояние и тип разъединителя
Без замечаний
Состояние изоляторов
Отсутствие сколов, загрязнений
Отсутствие трещин, коррозии мехзащиты,
Состояние контрольных кабелей
маркировка
Состояние мембраны предохранительной трубы Без повреждений
Крышка бака должна иметь подъём к
газовому реле не менее 1%. Маслопровод к
Правильность установки трансформатора
расширителю должен иметь уклон не менее
2%
Утечки масла
Отсутствие утечек
Шум, вибрация
Ровный шум без потрескиваний
Отсутствие видимых повреждений,
Состояние газовой защиты
правильная установка, состояние [сработка на
сигнал или на отключение:0]
168
Метод
4
Маслоуказатель
Термометр
Пирометр,
тепловизор
Термометр
Вольтметр,
мультиметр
Визуально
Визуально
Визуально
Визуально
Визуально
Визуально
Визуально
Уровень
(строительный)
Визуально
Диагн. сист.
Визуально
Последовательность контроля параметров для КТП 35/6 (6/0,4) кВ и блоксхема ответных действий персонала (в виде фрагмента разработанной
методики) представлена на рисунке.
1
6
отработка на
сигнал или на
отключение
1
Неудовлетворительные
результаты АРГ
Неудовлетворительные
результаты испытаний
масла
1
{AND}
({OR}
)
Контроль состояния масла[отбор проб
масла]
Примечание: * Масло из трансформаторов мощностью до 630 кВА
включительно, установленных в электрических сетях, допускается не
испытывать.
Сопротивление
изоляции обмоток
Рисунок 1 – Последовательность контроля параметров для КТП 35/6 (6/0,4) кВ (фрагмент
разработанной методики)
Для персонала энергосервисных организаций разработаны интерактивные
электронные технические руководства по управлению ЭО для предприятий
ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь».
Разработаны электронные образовательные ресурсы, использующиеся в
учебном процессе при подготовке студентов специальностей 140211.65
«Электроснабжение», 220301.65 «Автоматизация технологических процессов и
производств», 220305.65 «Автоматизированное управление жизненным циклом
продукции» Пермского национального исследовательского политехнического
университета [3].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. СТП-01-026-2003.
Стандарт
ОАО
169
«ЛУКОЙЛ».
Система
технического
обслуживания, контроля технического состояния и ремонта по техническому состоянию
нефтепромыслового
оборудования
дочерних
нефтегазодобывающих
обществ
ОАО
«ЛУКОЙЛ». – Пермь, 2003.
2. Хорошев Н.И., Петроченков А.Б., Ромодин А.В., Куликов С.А. Система поддержки
жизненного цикла силовых трансформаторов 6/0.4 кВ на предприятии ООО «ЛУКОЙЛЭНЕРГОГАЗ» [Текст] // Инженерные, экономические и педагогические технологии:
проблемы и перспективы: Материалы региональной научно-практической конференции.
Екатеринбург- Чайковский, 21 мая 2008 г. – Екатеринбург: Изд-во Института экономики
УрО РАН, 2008. – С.274-280.
3. Петроченков А.Б., Ромодин А.В., Кавалеров Б.В., Мыльников Л.А., Куприн В.П.
База данных и система управления базой данных «Energy Data Ware» [Электронный ресурс]:
учебное пособие.– Электрон. дан. и прогр. (49,7 Мб).– Пермь: Изд-во ПГТУ, 2008.– 1
электрон. опт. диск (CD-ROM): 326 с.
УДК 621.313
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НАМАГНИЧИВАЮЩИХ
УСТАНОВОК
И.Х. Хайруллин, Р.Д. Каримов, В.Е. Вавилов, А.С. Горбунов, Д.В. Гусаков
(Уфимский государственный авиационный технический университет, г.Уфа)
В последнее время широкое применение в науке и технике получили
высокоэнергетические постоянные магниты (ВПМ). В нефтяной и газовой
промышленности применение ВПМ необходимо для синхронных двигателей
(СД) газоперекачивающих агрегатов. Ввиду того что мощность СД, прямо
пропорционально зависит от характеристик применяемых в нем магнитов,
актуальной задачей является улучшение их свойств.
Устройством обеспечивающее изготовление постоянных магнитов,
является намагничивающая установка. Ввиду актуальности обозначенной выше
задачи,
необходимо
произвести
сравнительный
анализ
современных
намагничивающих установок.
Рассмотрим конструкции современных намагничивающих установок:
170
1.
Устройство для импульсного намагничивания путем формирования
разового импульса намагничивания [авторское свидетельство №612291, Н01F
13/00, 25.06.78, Бюл. №23], содержащее блок коммутации, включающий в себя
электромагнит,
зашунтированный
анодом
и
резистором,
тиристор,
последовательно соединенный с электромагнитом, блок синхронизации и блок
формирования запускающих импульсов, состоящий из последовательно
включенных ключа и делителя напряжения на резисторах, причем ключ
срабатывает от сигнала с блока синхронизации, а на управляющий электрод
тиристора сигнал поступает с делителя напряжения на резисторах.
2.
Устройство
для
намагничивания[патент
РФ
№2328788С1,
H01F13/00, 10.07.2008], которое включает в себя электромагнит, блок
управления, параллельно соединенные реле времени и пускатель. Параллельно
к блоку управления длительностью и скважностью подключена электрическая
цепь
из
последовательно
соединенных
электромагнитов,
амперметра,
нагревательного элемента с параллельно подключенным вольтметром.
3.
Устройство [патент РФ № 2222843 С2, H01F13/00, 20.07.2003],
содержащее два индуктора для двухполюсного и для многополюсного
намагничивания и источник импульсного тока. Площадь поперечного сечения
соседних полюсов многополюсного индуктора имеет соотношение 1:1,2.
Рабочие зазоры индукторов соединены между собой прямым каналом с
поперечным
сечением,
соответствующим
размерам
намагничиваемых
магнитов. Намагничивающие обмотки индукторов соединены последовательно
и подключены к общему источнику импульсного тока.
Проанализировав существующие устройства, был обнаружен их общий
недостаток, в том что у данных устройствограниченны функциональные
возможности, вызванные тем, что намагничиваемый элемент промагничивается
неоднородно.
В связи с этим была поставлена задача, создать устройство, лишенное
данного недостатка.
171
Оригинальное техническое решение, предложенное авторами, рис. 1,
содержит электромагнит, выполненный в виде n–полюсного сердечника 1 с
катушками 2, соединенными электрически с источником импульсного тока 3,
намагничиваемый элемент 4, установленный на сердечнике 5, на котором
намотаны дополнительные катушки 6, соединенные электрически с источником
импульсного
тока
3,
и
отличается
от
известных
[3–5]
введением
дополнительных обмоток, задачей которых является усиление магнитного
потока электромагнита.
Рисунок 1 – Предлагаемое техническое решение намагничивающей установки
С целью подтверждения перспективности предлагаемой конструкции
авторами было произведено компьютерное моделирование двух НУ: с
дополнительными обмотками и традиционного исполнения.Анализ данных
моделирования показал, что при применении дополнительных полюсов
намагничиваемый элемент промагничивается полностью, в отличии от
традиционных установок [3-5].
Применение предлагаемого технического решения позволяет повысить
энергетические характеристики постоянных магнитов.
172
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ
1. Moore M. J. «Micro-turbine generators» – Professional Engineering. PrintedintheUSA.
2002 – 113с.
2. Балагуров В. А. Электрические генераторы с постоянными магнитами – Москва:
Энергоатомиздат, 1988. – 279 с.
3. Патент РФ №2328788С1, H01F13/00, 10.07.2008
4. Преображенский А.А., Биширд Е.Г., Магнитные материалы и элементы, 3 изд., М.,
1986
5. Патент РФ № 2222843 С2, H01F13/00, 20.07.2003
УДК 621.311.61
СРЕДСТВА СНИЖЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УДАРОВ И
ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ЗАКРЫТИЯ
ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫ СЕТЕВОГО НАСОСА
Д. Ю. Пашали, Э. Т. Намазова
(«Уфимский государственный авиационный технический университет», г.Уфа)
Основная область применения горизонтальных одноступенчатых сетевых
насосов (далее ГОСН) – теплофикационные сети. При нормальных и аварийных
режимах работы насосов, сопровождающихся повышением давления сетевой
воды и гидравлическими ударами, необходим контроль положения и
виброперемещений элементов их конструкций. Учет вибрации при работе
данного оборудования позволяет повысить эксплуатационную надежность
источника тепловой энергии, трубопроводов и оборудования тепловых сетей. А
также избежать: массовых разрывов отопительных приборов потребителей;
ожогового травматизма людей; длительного прекращения теплоснабжения.
Целью работы является разработка средств контроля положения и
виброперемещения элементов конструкции сетевых насосов, позволяющих
снизить гидравлические удары и предотвратить несанкционированное закрытие
(открытие) запорно-регулирующей арматуры (далее ЗРА).
173
Авторами разработан ГОСН, содержащий датчики положения и
виброперемещения
ЗРА,
оригинальной
конструкции.
Использование
вышеуказанных датчиков в конструкции ГОСН, позволит уменьшить явление
гидродинамической кавитации, за счет снижения гидравлических ударов и
предотвращения несанкционированного закрытия (открытия) ЗРА. Датчик
положения и виброперемещения ЗРА сетевых насосов (далее ДПВЗРА-СН)
обладает широкими функциональными возможностями и объединяет в себе
функции: контроль осевого сдвига, измерение зазора, измерение перемещения.
Конструкция ДПВЗРА-СН приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Конструкция ДПВЗРА-СН
ДПВЗРА-СН реализуется в двух вариантах: когда элемент в виде
цилиндра выполнен из магнитотвердого материала, а втулки выполнены из
ферромагнитного или диамагнитного материала и когда элемент в виде
цилиндра выполнен из магнитомягкого материала, а втулки выполнены из
диамагнитного материала.
174
ДПВЗРА-СН
содержит
двухполюсный
постоянный
магнит
1,
выполненный в форме диска со сквозным коническим отверстием на его оси и
намагниченный вдоль этой оси. В отверстии постоянного магнита 1 размещен
ферромагнитный сердечник-концентратор 2 магнитного потока, создаваемого
магнитом 1. Сердечник-концентратор 2 выполнен в виде усеченного конуса и
установлен с возможностью перемещения вдоль оси отверстия в постоянном
магните 1. На меньшем по площади торце этого сердечника-концентратора 2
закреплен элемент Холла 3. Магнит 1 размещен во внешнем крепежном кольце
4, а элемент Холла 3 – в защитном диэлектрическом корпусе 5,
предохраняющем
диэлектрические
выводы
6
датчика
от
случайных
механических воздействий. В сердечник-концентратор 2 соосно с ним, с
возможностью поворота установлена втулка 7 (которая может быть выполнена
в виде конуса или цилиндра с установкой в концентратор в отверстие
соответствующей формы), в которой с эксцентриситетом е установлена другая
втулка 8 (которая по форме может быть аналогична первой), с возможностью
поворота относительно первой, в последнюю с таким же эксцентриситетом ξ и
с возможностью осевого перемещения установлен элемент 9, выполненный из
магнитного материала в виде цилиндра.ДПВЗРА-СН работает следующим
образом. При настройке датчика, при фиксированном крайнем правом
положении элемента 9 путем поворота втулки 7 и втулки 8 элемент 9
перемещается
в
угловом
и
радиальном
направлениях
до
получения
максимального значения ЭДС элемента Холла 3, что будет означать совпадение
оси магнитного потока с осью элемента Холла 3. При необходимости
максимума ЭДС добиваются перемещением элемента 9 в осевом направлении.
Таким образом, посредством втулок 7, 8 и элемента 9 осуществляется
настройка оси магнитного поля относительно оси элемента Холла 3 для
достижения
максимума
ЭДС.При
линейном
перемещении
сердечника-
концентратора 2 относительно магнита 1 в направлении X, что может быть
осуществлено как путем неподвижного закрепления корпуса 5 и обеспечения
кинематической
связи
сердечника-концентратора
175
2
с
контролируемым
объектом, так и путем стопорения сердечника-концентратора 2 и обеспечения
перемещения относительно него корпуса 5, происходит изменение положения
элемента Холла 3 вдоль оси конического отверстия магнита 1. Изменением
индукции магнитного поля, создаваемого магнитом 1 в различных поперечных
сечениях конического отверстия в нем, обеспечивается изменение ЭДС
элемента Холла на выводах 6 датчика в диапазоне измеряемых перемещений.
Использование ДПВЗРА-СН в конструкции ГОСН, позволит снизить
гидравлические удары и предотвратить несанкционированное закрытие
(открытие) запорно-регулирующей арматуры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ураксеев М. А., Пашали Д. Ю. Датчик перемещений (варианты)// Пат. РФ №
2189562, опубл.20.09.2002, БИ. №26.
УДК 62-83:681.51
О ПОДХОДАХ К ОЦЕНКЕ ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
А.Б. Петроченков
(Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
г. Пермь)
В рамках различных подходов к управлению жизненным циклом (ЖЦ)
электротехнического оборудования (ЭО) важное место занимает создание
системы информационной поддержки для технической диагностики и
прогнозирования отказов ЭО, которая будет представлять собой хранилище
данных
о
техническом
диагностической
состоянии
информации
(ТС)ЭО.
предлагается
В
качестве
использование
получения
системы
комплексной диагностики: математической оценки риска, вероятностной
оценки отказа и субъективной оценки состояния.
176
Рассматриваемый математический аппарат системы информационной
поддержки для диагностики и прогнозирования отказов ЭО ориентируется на
решение следующего класса задач: а) организационных, б) конструктивных,
в) эксплуатационных.
Например,
в
качестве
организационных
мер
по
повышению
эффективности показателей ЖЦ ЭО предполагается создание единой системы
информации о работоспособности ЭО.
В число конструктивных методов повышения надёжности входят
рациональный выбор совокупности контрольных параметров, автоматизация
контроля и индикация неисправностей, возможность оперативного анализа
технического состояния электрооборудования в режиме «on-line».
В третью, эксплуатационную, группу войдут: повышение квалификации
обслуживающего персонала, обоснование объёма и сроков проведения
профилактических работ.
При управлении ЖЦ ЭТО существует множество факторов (параметров),
которые нужно учитывать. В состав факторов должны попадать те, которые
выявлены в ходе эксплуатации на отраслевых предприятиях и лишь те,
которыми можно реально управлять или варьировать.
Сформируем для различных видов ЭО функции отклика вида:
m
Y  b0  b1  x1  b2  x 2  b3  x3  b4  x 4  b5  x5  b6  x6  ...  b0   bi  xi
,
(1)
i 1
где коэффициенты регрессии для матрицы планирования можно найти,
например, по следующим формулам[1]:
bj 
1 n
 x j yk ;
n k 1
bij 
1 n
 xi x j y k ;
n k 1
bijs 
1 n
 xi x j x s y k
n k 1
(2)
В рамках рассматриваемой системы будем считать, что риск – это
безразмерная величина, равная весовому среднеквадратическому отклонению
значений упорядоченного набора изменяющихся во времени параметров
оборудования[2].
Пусть, например, x1… xn– значения параметров, по которым определяется
текущее состояние оборудования, x10… xn0 – оптимальные (допустимые,
177
паспортные, выбранные) значения. Тогда формула для вычисления риска имеет
следующий вид:
2
 ( xi  xi 0 ) 
 ,
R   k i  
0

i 1
 xi

(3)
ki  ani , i  1, n .
(4)
n
где ki– весовые коэффициенты,
Для этих коэффициентов должно выполняться равенство:
n
k
i 1
 1.
i
(5)
Параметрыan вычисляются по формуле:

an    rn ,
(6)
где  – параметр настройки, учитывающий различные факторы. В качестве
него можно использовать значение функции отклика.
Параметр  выбираем из условия:
n
a
i 1
n
1
(7)
1
(8)
По формуле:

n
r
i 1

i
Для этого подхода ранги вычисляются следующим способом: для n
параметров проставляются ранги в порядке возрастания – ранг самого важного
параметра равен единице. Таким образом, получаем r1…rn– ранги для
параметров, которые подставляем в формулу (8), затем полученное значение
 подставляем в формулу (6) для каждого параметра от 1 до n. Далее
полученные значения a1…an подставляем в формулу (4), полученные значения
k1…kn– в формулу (3). Таким образом, получаем численное значение,
характеризующее риск отказа оборудования.Если проанализировать формулу
(3), можно определить, что значения Rлежат в диапазоне [0; 1].
Вероятностная оценка отказов.
178
Этот метод оценки состояния применим, в основном, для линий
электропередачи (ЛЭП) (в силу специфики протяженности и территориальной
распределенности объекта).
Будем рассматривать ЛЭП как последовательность звеньев – линий и
опор. Эксплуатационная характеристика (ЭХ) звена – это приведённая
безразмерная величина, учитывающая прочность проводов, временной фактор,
эксплуатационные условия и т.д. Значение ЭХ идеальной (новой) ЛЭП
принимается равным 1.
Тогда функция распределения всей линии будет характеризоваться
уравнением:
F ( x)  P(l  х) ,
(9)
где l – текущее значение ЭХ.
Смысл
уравнения
–
функция
распределения
всей
линии
равна
вероятности того, что текущее значение ЭХ меньше заданного x.
Значение для l выбирается из следующего условия:
l  min l1 , l 2 ,..., l n  ,
(10)
где n – количество звеньев, из которых состоит линия.
В качестве закона вероятности выбираем экспоненциальный:
1  e n ( xl )
F ( x)  
,
0, x  l
(11)
где α – параметр настройки, равный значению функции отклика той линии, ЭХ
которой минимальна.
Будем предполагать, что для новой линии l=1, тогда F(x)=0, то есть
вероятность выхода из строя линии нулевая.
Текущее значение ЭХ для каждого звена находится по формуле:
li  1  e  i (1Ti ) ,
2
i  1, n ,
(12)
где γ – параметр настройки, учитывающий различные факторы. В качестве него
можно использовать значение функции отклика;
179
Ti – параметр, учитывающий время эксплуатации i-го узла, вычисляемый по
формуле:
ti
Ti 
t i max
,
(13)
где ti – текущее время эксплуатации узлаi-го узла, ti max– максимальный срок
эксплуатацииi-го узла.
Экспертная оценка состояния ЭО
Особенность этой оценки состояния ЭО,заключается в том, что эксперт
не делает замеров, а на основании интуиции и опыта определяет, насколько
хорошо работает оборудование. В этом случае каждому параметру эксперт
ставит оценку от 0 до 1. Можно учесть для каждого параметра его вес. Веса так
же определяет эксперт. Таким образом, для n параметров, получаем оценки
w1 … wn. При идеальном состоянии оборудования каждому параметру
соответствует 1. Общую оценку состояния можно вычислить по формуле:
S
1 n
  (1  wi )
n i 1
(14)
Эта формула применима, когда все параметры для оценки состояния
равнозначны, если же параметры неравнозначны, то формула будет выглядеть
так:
n
S v   vi  (1  wi ) ,
(15)
i 1
где vi – заданные веса для параметров.
Значения S и Sv лежат в границах [0;1].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бочкарев С.В., Цаплин А.И. Диагностика и надежность автоматизированных
систем [Текст]: Учеб. Пособие. – Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2006.
2. Петроченков А. Б.
О
подходах
к
оценке
технического
состояния
электротехнических комплексов и систем [Текст] // Известия высших учебных заведений.
Машиностроение. – 2012. – № 12. – С.16-21.
180
УДК 621.3
СИСТЕМА ИНДУКЦИОННОГО СКВАЖИННОГО
ЭЛЕКТРОНАГРЕВА
С.Г. Конесев, Э.Ю. Кондратьев, С.И. Ризванова
(Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет, г.Уфа)
В настоящее время существует проблема добычи высоковязких нефтей.
Содержание парафина в некоторых нефтях достигает 25 %, а смол до 55 %.
Высоковязкие нефти, имеющие большую плотность и значительное содержание
смол, с понижением температуры ещё более повышают свою вязкость, что
значительно
осложняет
добычу
и
транспортировку
нефти.
В
России
высоковязкие нефти добываются, в основном, в Волго-Уральском, ЗападноСибирском и Ленно-Тунгусском нефтегазоносных бассейнах [1].
Добыча высоковязких нефтей зачастую осложняется асфальтосмолопарафиновыми
отложениями
(АСПО),
формирующимися
на
поверхности
нефтепромыслового оборудования и в призабойной зоне скважин[2]. Эти
отложения снижают коэффициент продуктивности и осложняют эксплуатацию
скважин увеличивая
эксплуатационные расходы и себестоимость добычи
нефти. Начало отложений АСПО отмечается на глубине 700 – 800 м [3].
Наибольшие отложения наблюдаются примерно на глубине 100 – 250 м. При
увеличении толщины отложений уменьшается диаметр прохождения пути, а
также увеличивается нагрузка на колонну штанг на 3 – 10 кН.
В настоящее время на практике применяются разнообразные методы
борьбыс АСПО: механические, тепловые, химические и биологические[4]. В
основном активно применяются химические методы, обладающие при своей
дешевизне важным недостатком – они экологически вредны, загрязняют почвы,
уничтожают
микрофлору и фауну. Наиболее рациональными методами
являются тепловые методы[5], к которым и относятся электротермические
методы воздействия. Среди электротермических методов наиболее часто
применяются резистивные кабельные системы [6].
181
По мере увеличения мощности нагревательного элемента температура на
устье скважины растет, и следует учитывать тот факт, что целесообразно
располагать нагревательный кабель от начала интервала выпадения парафина до
устья, а не только на интервале выпадения парафина. Практика показывает, что
разогрев АСПО в нижней части не позволяет решить проблему АСПО в устье
скважины [7].
Однако резистивные кабельные системы эффективны для режима
поддержания температуры, т.е. их рационально использовать в действующих
скважинах с целью профилактики АСПО и поддержания температурных
режимов в трубе для обеспечения необходимой вязкости нефти. В случаях,
когда пробки АСПО уже существуют для их ликвидации применение
резистивных кабельных систем не эффективно. В данном случае используются
локальные индукционные скважинные электронагреватели, которые обладают
большой мощностью (5-7 кВт)
при малой линейной протяженности.
Недостатками локальных нагревательных систем
является невозможность
прогрева всей протяженности скважины и опасность коксования в месте
локального нагрева.
Для эффективного решения проблемы обогрева скважины необходимо
создание
системы
индукционного
скважинного
электронагрева
которая
позволит:
1) обеспечить погонную мощность не менее 60 Вт на погонный метр;
2) обеспечить локальный нагрев (5-7кВт) в головной части нагревательной
системы для преодоления сформировавшихся пробок;
3) обеспечить регулирование процессом нагрева;
4) обеспечить
устранение
локального
нагрева
в
головной
части
нагревательной системы после ее полной установки;
5) обеспечить возможность использования в качестве проводника –
насосно-компрессорные трубы.
182
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Полищук Ю.М., Ященко И.Г. — Высоковязкие нефти: анализ пространственных и
временных изменений физико-химических свойств // Неф-тегазовое дело, 2005.
2. Хабибуллин З.А., Хусаинов З.М., Ланчаков Г.А. — Борьба с парафиноотложениями
в нефтедобыче. – Уфа, 1992. – С. 3 – 28.
3. Каплан Л.С., Ражетдинов У.З. — Введение в технологию и технику нефтедобычи.
— Уфа, 1993.– С. 56 – 63.
4. Малышев А.Г., Черемисин Н.А., Шевченко Г.В. — Выбор оптимальных способов
борьбы с парафиногидратообразованием // Нефтяное хозяйство, 1997 — № 9. С. 62 – 69.
5. Каменщиков Ф.А. — Тепловая депарафинизация скважин. М.: Академия, 2005. С.
11, 19, 56 – 63.
6. Макиенко Г.П. — Кабели и провода, применяемые в нефтегазовой индустрии. —
Пермь, 2004.– С. 295 321, 449 – 478.
7. Ковригин Л.А., Макиенко Г.П, Акмалов И.М. — Нагревательные кабели и
управление температурным полем нефтяных скважин // Рускабель. 2004.
УДК 621.3
ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ
ЭЕКТРООБРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
С.Г. Конесев, Р.Т. Хазиева, Р.В. Кириллов
(Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет, г. Уфа)
В природе нефть встречается в виде эмульсий, представляющих собой
смесь нефти и воды – двух взаимонерастворимых жидкостей. Теоретически
такая система склоннак минимальной площади раздела фаз (т.е. к расслоению),
однако на практике этого не происходит. Наличие воды в нефти приводит
к интенсивному вспениванию эмульсии и, как следствие, нарушению
технологического процесса [1]. Для предотвращения возможных последствий,
нефтяную эмульсию необходимо обезвоживать.
Одним из используемых
методов
(наряду
обезвоживания
нефтяных
эмульсий
с
химическим,
вибрационным, термическим, физическим и др.) является электрообработка.
Электрическое воздействие на нефтяную эмульсию заключается в пропускании
183
ее через переменное электрическое поле высокого напряжения (15...44 кВ),
в котором диспергированные капли воды поляризуются, деформируются,
защитная оболочка разрушается и происходит коалесценция (слияние) капель
воды, их укрупнение и осаждение. Помимо воды в нефти содержатся и соли
металлов, поэтому для обессоливания эмульсий осуществляют промывку солей
путем подачи оптимального количества пресной воды. В дальнейшем эмульсию
обезвоживают, и соли металлов осаждаются вместе с водой [2].
Длительность импульса напряжения должна быть не более половины
периода колебаний поля.Длительность переднего фронта импульса формируют
в пределах от 2*10-5 до 5*10-4 с. Амплитуда импульса должна составлять
0,5…1
кВ/см.
Верхняяграница
временинейтрализации
длительности
поляризационного
определяется
заряда
капель.Нижняяграницаобъясняется тем, что при
постоянной
сближающихся
меньшей длительности не
повышается эффективность слияния капель, однакоувеличивается стоимость
необходимой аппаратуры. Длительность импульса должна быть зависимой
от
электропроводимости
эмульсии,
при
этом
действующее
значение
напряженности при изменении нагрузки устанавливают постоянным в пределах
0,2..0,4 кВ/см при токе нагрузки меньше или равном допускаемому значению,
равному 0,5-0,9 от предельно допустимого тока для выбранного источника. В
случаях, когда для поддержания действующей напряженности в пределах
0,2…0,4 кВ/см требуется ток нагрузки, превышающий допустимое значение,
после двух полупериодов с напряженностью электрического поля в виде
импульса формировать участок с напряженностью электрического поля, равной
нулю, и с длительностью, равной целому числу полупериодов [3].
Импульсы напряжений амплитудой до 10 МВ получают от генераторов
импульсных напряжений (ГИН). Существуют различные схемотехнические
решения ГИН. Наиболее распространенной является схема Аркадьева – Маркса
(рисунок 1), в которой длительность фронта и спада импульса регулируется
демпфирующими R3 и разрядным Rн сопротивлениями, ёмкостью С0 и
ёмкостью нагрузки Ск[4].
184
Рисунок 1 – Схема Аркадьева–Маркса
Частота импульсов, вырабатываемых генератором, зависит от мощности
генератора в импульсе, энергия широко варьируется.
Промышленное
в
применение
электрогидравлической
обработке
генераторы
материалов,
Аркадьева-Марксанашли
дроблении,
бурении,
уплотнении грунтов и бетонных смесей.
Одним из оригинальных типов источника высокого напряжения является
Генератор Фитча-Говела, разработанный в 1964 году. Конструктивно он
состоит из двух основных узлов – спирально свернутой линии передачи
(полосковой) с дополнительным слоем изоляции между витками и RC-цепочки
с двойным разрядником (рисунок 2) [5].
Рисунок 2 – Генератор Фитча-Говела
185
Эта
схема
имеет
ряд
преимуществ
по
сравнению
с
генераторомАркадьева-Маркса: вдвое уменьшается количество разрядников, но
увеличивается точность их включения; сопротивление разрядников, их
индуктивность не влияют на выходной импеданс схемы, если LC-генератор
включить на нагрузку через дополнительный быстродействующий коммутатор
[6].
Наносекундные импульсы можно получить с помощью различных
устройств. Например, с помощью отрезков коаксиального кабеля, соединённых
по схеме на рисунке 3; отрезка трёхполосной полосковой линии (схема
Блюмлейна, рисунок 4), полосковой линии, свёрнутой в спираль (спиральный
генератор, рисунок 5). В последних двух генераторах происходит удвоение
(рисунок 4) или умножение (рисунок 5) напряжения после пробоя искрового
промежутка П и отражения волны напряжения от конца линии.
Если к форме импульса напряжения не предъявляются специальные
требования, то для получения импульсов с амплитудой ~ 10 4—105 В применяют
импульсные трансформаторы (катушки Румкорфа, трансформатор Тесла) [7].
Рисунок 3 – Кабельный генератор
Рисунок 4 – Генератор Блюмлейна
186
Рисунок 5 – Спиральный генератор
Высоковольтные генераторы мощных импульсов включают в себя, как
правило,
накопитель
энергии,
систему
умножения
(трансформации)
напряжения, систему коммутации и управления. В качестве накопителя энергии
в них чаще всего используются емкостные и индуктивные накопители.
Увеличение
напряжения
может
достигаться
разными
способами:
например, переключением элементов накопителя с параллельного
последовательное,
использованием
импульсного трансформатора,
на
резким
обрывом зарядного тока индуктивного накопителя.
В
качестве
коммутаторов
используются
искровые
разрядники,
газоразрядные лампы, тиратроны и полупроводниковые коммутаторы. Обрыв
тока
осуществляется
размыкателями
тока,
такими
как
плазменные
размыкатели, размыкатели на основе электрического взрыва проводников,
вакуумные и другие[7].
Недостатками известных ГИН являются низкая степень интеграции
элементов и недостаточная функциональность устройств.
С целью устранения перечисленных недостатков предложен ГИН на
основе единого конструкторско-технологического компонента (ЕКТК) [8].
187
Рисунок 6 – ГИН на основе ЕКТК
На рисунке 6 представлен предлагаемый ГИН, содержащий источник
питания 1, ЕКТК 2, коммутаторы 12,13,14, системы управления коммутаторами
15. ЕКТК 2 состоит из нескольких магнитосвязанных секций(на рисунке
показаны три секции 3, 4, 5), каждая из которых содержит первую (7, 9, 11)и
вторую (6, 8, 10) проводящие обкладки, свернутые в спираль и разделенные
диэлектриком (на рисунке не указан).
Особенностью устройства является то, что первые обкладки каждой
секции соединены последовательно, а вторые обкладки каждой секции
соединены параллельно. Причем коммутаторы включены между концом первой
проводящей обкладки и началом второй проводящей обкладки каждой секции
единого
конструкторско-технологического
компонента.
Первый
вывод
источника питания подключен к началу первой проводящей обкладки первой
секции,
а второй вывод источника питания подключен к выводам вторых
проводящих обкладок каждой секции. Нагрузка подключена к началу первой
проводящей обкладки первой секции и к концу первой проводящей обкладки
последней секции
ЕКТК. Работа коммутаторов определяется алгоритмом
работы системы управления, задающим амплитуду и частоту импульсов
напряжения на нагрузке.
При одновременном включении коммутаторов предлагаемого ГИН
увеличивается мощность импульсов напряжения, при чередующемся –
188
увеличивается частота импульсов напряжения. Мощность каждого импульса
определяется величиной напряжения заряда емкостей секций ЕКТК и
емкостью каждой секции. Возможны и иные режимы работы коммутаторов,
позволяющие
значительно
расширить
функциональные
возможности
устройства.
Повышение надежности работы ГИН обеспечивается выполнением
устройства с использованием единого компонента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белоусов В.Д. Трубопроводный транспорт нефти и газа.– М: Недра, 1988.– 367 с.
2. Ахметов С. А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа.– СПб:
Недра, 2006.– 868 с.
3. Пат. 2167692 РФ, Способ обезвоживания водонефтяной эмульсии / Геленкин В.С., Лапига
Е.Я., Мирзабекян Г.З., Пушнин Ю.В., Семенов А.В., Тениешвили З.Т. // 2001.
4. Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника.–
М.: Наука, 2004.–
С. 275-276.
5. Fitch R.A., Howell V.T.S. Novel principle of transient high voltage generation // Proc. IEEE.
Electronics Power Science and General.– 1964.– V. 3.– № 4.–
P. 849.
6. Пичугина М.Т. Мощная импульсная энергетика.– Томск: Изд-во ТПУ, 2005.– 98 с.
7. Пат. 2102834 РФ, Генератор импульсов высокого напряжения прямоугольной формы /
Зеленов В.Е., Мирошниченко В.П., Перунов А.А. // 1998.
8. Положительное решение о выдаче патента на изобретение «Генератор импульсов
напряжений» по заявке №2012107734 от 29.02.2012 / С.Г. Конесев, Р.Т. Хазиева, Р.В.
Кириллов, А.В. Мухаметшин, М.Р. Садиков.
УДК 620.9
ТУРБОДЕТАНДЕР – ЭФФЕКТИВНАЯРЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ И
ПРИРОДООХРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Г.Р. Халилова, Г.Ф. Мухаррямова
(Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа)
В настоящее время получение электрической энергии с применением
ресурсосберегающих, природоохранных технологий становится все более
189
актуальным. И одно из таких направлений – использование потенциальной
энергии природного газа высокого давления магистральных газопроводов с
применением детандер-генераторных агрегатов. Известно, что на пути к
потребителю высокое давление газа многократно понижается. При этом
потенциальная энергия сжатого газа теряется безвозвратно. А ее можно
использовать
для
«бестопливного»
получения
электроэнергии.
Многие
европейские страны (Италия, Германия и т.д.) уже несколько десятков лет
успешно
применяют
газоредуцирующим
газорасширительные
эту
пунктам
технологию,
устанавливая
параллельно
магистральных
газопроводов
специальные
агрегаты – турбодетандеры, однако в России, где
масштабы газификации промышленного и энергетического производств выше
европейских,
эта технология
начала
применяться
лишь
в
последнем
десятилетии
ХХ века, несмотря на то, что идею использования давления
магистрального газа для выработки дополнительной энергии предложил еще в
1947г. отечественный академик М.Д.Миллионщиков.
Турбодетандеры – это низкотемпературные расширительные машины,
предназначенные для производства холода и понижения температуры газа,
путем его адиабатного расширения с отводом энергии (работы). Они являются
наиболее эффективными из всех известных устройств, предназначенных для
производства холода.
Этим объясняется самое широкое применение турбодетандеров в
низкотемпературной технике, особенно в криогенной области температур, где
производство холода значительно «дороже», чем в холодильной технике при
умеренных температурах.
Основными его элементами являются направляющий
или сопловый
аппарат, рабочее колесо, генератор или компрессор с редуктором.
Направляющий или сопловой аппарат служит для придания потоку газа
на его выходе определенной скорости и направления. При течении в соплах
часть внутренней энергии сжатого газа преобразуется в кинетическую энергию
потока. Увеличивается скорость рабочего потока до определенной величины,
190
которая может быть дозвуковой, звуковой и сверхзвуковой, при этом
понижаются давление и температура газа.
Вращающее
рабочее
колесо
с
лопатками
или
необходимо
для
преобразования внутренней и кинетической энергии потока в механическую
работу.
Энергия
потока
передается
рабочему
колесу
за
счет
силового
взаимодействия потока с лопатками вращающегося рабочего колеса. При этом
и скорость потока, и давление, и температура понижают свои значения.
Редуктор, установленный на выходящем валу турбодетандера, служит для
понижения скорости вращения ротора и передачи мощности на вал генератора,
который, как правило, вращается с меньшей скоростью, чем ротор
турбодетандера.
Передача энергии (работы) от газов к рабочему колесу происходит за счет
силового взаимодействия потока газа с лопатками вращающегося рабочего
колеса (вращающейся решеткой). Внутренняя и кинетическая энергия
расширяющегося
вращающегося
потока
рабочего
газа
преобразуется
колеса,
которая
в
механическую
далее
(в
работу
зависимости
от
конструктивного оформления турбодетандера) преобразуется в электрическую
или тепловую энергию, или работу вращающегося колеса компрессора или
нагнетателя.
В настоящее время турбодетандеры оцениваются специалистами как один
из перспективных видов турбинной продукции с большим рынком сбыта.
Следует отметить и инвестиционную привлекательность этого сегмента
рынка. По разным оценкам, ресурс внедрения ДГ-технологии в России и СНГ
составляет 5000-8000МВт. А это – загрузка энергомашиностроительных
предприятий на многие годы, новые рабочие места. Окупаемость проектов – от
3 до 5 лет. Для потребителей – это производство, прежде всего на собственные
нужды, относительно дешевой и экологически чистой электроэнергии.
Кроме
того,
детандер-генераторы
относятся
к
«бестопливным»
технологиям, поддерживаемым Киотским протоколом к конвенции ООН по
191
изменению климата. Поэтому реализация проектов по их внедрению может
проводиться с использованием механизма привлечения средств за счет продажи
квот на эмиссию парниковых газов.
УДК 621.65.058
РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ВЯЗКИХ
ТЕКУЧИХ СРЕД
С.Г. Конесев, П.А. Хлюпин, К.И. Муслимов, Э.Ю.Кондратьев
(Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет, г. Уфа)
Тепловое воздействие на вязкие текучие среды с целью регулирования их
реологическими свойствами реализуется в технике различными способами.
Например, способтеплового воздействия на вязкие текучие среды, реализуемое
пламенными газовыми печами, тепловое поле при
котором формируется
посредством энергии сжигаемого углеводородного топлива, а передача тепла
осуществляется излучением и конвекцией [1]. Однако в данном случае
реализуется локальный нагрев, что не всегда допустимо при транспортировке
текучих сред, например, в технологических трубопроводах цехов. Установки,
реализующие
данный
способ,
имеют
высокую
взрыво,
пожаро
и
промышленную опасность, оказывают негативное экологическое воздействие
на окружающую среду и человека. Кроме того, использование данного способа
ограничено для нагрева нефтяных эмульсий с содержанием серы более 1% из-за
образования сернистой кислоты и, как следствие, возможного нарушения
целостности трубопровода [2].
Вышеуказанные недостатки частично устранены в способе обеспечения
реологических свойств вязких и высоковязких текучих сред, основанном на
индукционном
нагреве
теплообменника
металлического
формируется
теплообменника.Тепловое
индуктором,
посредством
поле
преобразования
энергии переменного магнитного поля. Тепло передается текучей среде от
нагретой
стенки
трубы
конвекцией.
192
Данный
способ
реализуется
в
скоростныхподогревателях нефти (СПН)[3].Несмотря на то, что в данном
способе и устройстве его реализующем устранено негативное экологическое
воздействие на окружающую среду, и значительно снижены взрыво и
пожароопасность, недостатком данного
способа теплового
воздействия
является высокая промышленная опасность. Из-за большого количества
объектов участвующих в передачи тепла текучей жидкости (реализована
двухконтурная схема), снижен коэффициент теплопередачи. К недостаткам
СПН
также можно отнести малый диапазон регулирования величиной
теплового потока и невысокий коэффициентмощности устройства.
Повышения промышленной безопасности теплового воздействия на
вязкие текучие среды, снижения уровня взрыво и пожароопасности процесса
регулирования
их
реологических
свойств,
повышения
коэффициента
теплопередачи, повышения управляемости тепловым потоком, при сохранении
высоких значений коэффициента мощности устройства, можно добиться
способом,
при котором осуществляют индукционный нагрев металлического
теплообменника,
тепловое
поле
в
котором
формируют
индуктором
посредством преобразования энергии переменного магнитного поля, в качестве
металлического теплообменника используют технологические трубопроводы,
либо встроенные последовательно с технологическими трубопроводами
змеевики, причем ограничивают максимальную температуру в металлическом
теплообменнике меньше температуры Кюри материала металлического
теплообменника, увеличивают площадь воздействия теплового потока на
текучие среды путем увеличения площади металлического теплообменника,
охваченной магнитным полем, создаваемым индуктором, а регулировку
частоты магнитного поля осуществляют в пределах от 50 до 30000 Гц.
На рисунке 1 представлено предлагаемое устройство, которое реализует
способ обеспечения реологических свойств вязких и высоковязких текучих
сред.
Устройство
состоит
из
технологического
трубопровода
1,
с
теплоизоляцией 2, индукционного электронагревателя, включающего в себя
индуктор
3
и
систему
управления
193
4.
В
качестве
металлического
теплообменника
используются
технологический
трубопровод
1,
либо
встроенный последовательно с технологическим трубопроводом змеевик.
Процесс передачи тепла текучей среде осуществляется без промежуточного
теплоносителя
от
нагреваемой
стенки
трубопровода.
Индуктор
3
индукционного нагревателя расположен на поверхности металлического
теплообменника 1, таким образом, что тепло равномерно передается текучей
среде по всему сечению трубопровода 1, система управления 4 представляет
собой автономный инвертор тока, обеспечивающий частоту тока в индукторе 3
в пределах от 50 до 30000 Гц.
2
1
1
3
3
4
4
2
а)
б)
3
1
2
4
в)
Рисунок 1 – Варианты исполнения индуктора на объектах нагрева
Устройство работает следующим образом:от системы управления 4
подается питание на индуктор 3 и под воздействием вихревых токов,
возникающих в теле металлического теплообменника 1, происходит его
разогрев и тепло передается непосредственно разогреваемой текучей среде.
В случае превышения заданных значений температуры нагреваемого
продукта происходит автоматическое снижение мощности или отключение
системы управления 4 индуктора 3. Датчики контроля температуры жидкости
194
на входе и выходе системы нагрева, входящие в систему управления, на
рисунке не показаны.
Авторами
запатентована
и
внедрена
в
производство
установка
индукционного нагрева трубопровода, в основе которой лежит описанный
выше способ воздействия на реологические свойства вязкой жидкости.
Данная установка индукционного нагрева трубопроводов состоит из
устройства преобразованияи управления выполненного на основе автономного
инвертора тока с квазирезонансной коммутацией и нагревательного элемента
представляющего собой многожильный медный проводник в термостойкой
изоляции. Нагревательный элемент расположен вдоль оси трубопровода, либо
под углом к этой оси, одним витком, образующим контур сложной геометрии,
либо
несколькими
витками
включенными
параллельно.
Управлять
формируемым тепловым потоком можно не только с помощью мощности
электрического источника и частоты электромагнитного поля, но и перемещая
проводник одного контура по сечению трубопровода относительно оси [4].
На рисунке 2 показаны варианты расположения прямого и обратного
проводника одного контура индуктора по сечению трубопровода относительно
оси.
4
2
4
2
4
2
6
5
6
5
6
5
3
ПУ
ПУ
1
а)
3
3
ПУ
1
б)
1
в)
1 - устройство преобразования и управления, 2 – нагревательный контур,
3 – нагревательный элемент, 4 – трубопровод, 5 – прямой проводник,
6 – обратный проводник
Рисунок 2 – Варианты расположения прямого и обратного проводника одного контура
индуктора по сечению трубопровода относительно оси
195
Максимально выделяемой тепловой мощности соответствует схема
(рис.2,а), а минимально выделяемой мощности соответствует схема (рис.2,в).
Такая
особенность
расположения
индуктора
на
технологическом
трубопроводе позволяет регулировать тепловую энергию по длине трубы,
располагая на соответствующем расстоянии прямой и обратный проводник.
На рисунке 3 показаны варианты монтажа нагревательного элемента на
поверхности технологического трубопровода и его арматуры
2
4
2
4
ПУ
ПУ
3
1
3
1
а)
б)
2
4
2
4
ПУ
ПУ
3
1
3
1
в)
г)
1 - устройство преобразования и управления, 2 – нагревательный контур,
3 – нагревательный элемент, 4 – трубопровод
Рисунок 3 – Варианты монтажа нагревательного элемента
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Нефтегазовое оборудование. Печь трубчатая блочная ПТБ-5-40А // [Электронный
ресурс]. – http://www.generation-ngo.ru/nagrev_nefti/pryamoy/ptb40a.
2.
Пожарная опасность трубчатых печей// Справочно-методическое пособие. Отряд ВППО
ОАО «Удмуртнефть».- Ижевск.-2001г.
3.
Завод сибирского технологического машиностроения «СИБТЕХНОМАШ». Скоростной
подогреватель
нефти
//
[Электронный
ресурс].
podogrevatel-nefti.html.
196
-
http://www.zstm.ru/skorostnoj-
4.
Установка индукционного нагрева трубопроводов. Патент № 2415517, РФ МПК
Н05В6/00, F17L53/00 / С.Г. Конесев, Хлюпин П.А., Макулов И.А., Никитин Ю.А.
Опубл. 27.03.2011. Бюл. №9
197
СЕКЦИЯ
«ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ»
УДК 621.331
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ДИАГНОСТИРУЮЩИХ ИМПУЛЬСОВ В ЛИНИЯХ С
РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Артюкова Е. А., Пашкова Н. В., Кузнецов А. А.
(Омский государственный университет путей сообщения, г. Омск)
Анализ процессов в линии при передаче сигналов относится к числу
задач о распространении электромагнитной энергии в неоднородных средах.
Длинные линии рассматриваются как направляющая система, вдоль которой от
передатчика к приемнику распространяются электрические сигналы. Анализ
электромагнитного состояния направляющей системы позволяет определить
исходные данные и начальные условия, необходимые при синтезе устройств
контроля и диагностирования [1].
В качестве длинной линии рассматривается контактная сеть постоянного
тока системы электроснабжения железнодорожного транспорта. Целью работы
является определение первичных параметров длинной линии и определение
требований к электрическим сигналам для диагностирования состояния, а
также места расположения дефектных изоляторов контактной сети.
Для исследования процесса передачи сигналов по длинным линиям были
рассмотрены методы теоретической электротехники.
Существуют Т-образные и Г-образные схемы замещения участков линии,
позволяющие
учитывать
индуктивное
L0
и
активное
R0
сопротивление контактной подвески, а также емкостную C0 и активную
G0 составляющие сопротивления изоляции. Последние характеризуют ток
утечки через изоляцию по всей длине линии.
198
Элемент
Т-образной
схемы
замещения
участка
длинной
линии
представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Т-образная схема замещения участка длинной линии
Распределенный характер элементов тяговой сети железнодорожного
транспорта приводит к тому, что напряжения и токи в однородных линиях
являются функциями времени и пространственной координаты. Такое
представление позволяет выполнять диагностирование состояния длинной
линии при изменении ее параметров с течением времени. Зависимость токов и
напряжений на входе и выходе линии в общем случае представляется в виде
системы уравнений:
i
 u


r
i

L
;
 x 0
0 t

 i  g u  C u ,
0
0 t
 x
(1)
В качестве диагностирующих сигналов выбраны последовательности
прямоугольных
импульсов
высокого
напряжения,
вырабатываемые
устройством, описанным в работе [2]. Математический аппарат, выбранный для
анализа состояния изолирующих элементов заключается в разложении
прямоугольных
импульсов
и
выходных
сигналов
на
гармонические
составляющие с последующим анализом их распространения по линиям с
заданными параметрами.
К дискретному или линейчатому спектру приводит переход от
одиночного импульса к периодической последовательности. Последняя
199
характеризуется периодом Т, который выбирается в зависимости от конкретных
условий, и отношением:
N
T
,
tu
(2)
называемым скважностью импульсов или импульсной последовательности.
Периодической последовательности соответствует амплитудный спектр,
который
в
отличие
от
спектра
одиночного
импульса
не
является
непрерывным.
Ряд Фурье для периодической последовательности спектра импульсной
серии имеет вид:

u(t)=U 0   (
k 1
2 U m
k  1  tи
 k  1  tи
 sin
)  sin(k  1  t  ( 
)),
k 
2
2
2
(3)
где Umtu– амплитуда и ширина импульса соответственно;
1 = 2/T – угловая частота первой гармоники;
k – порядковый номер гармоники;
U0 – постоянная составляющая кривой напряжения.
Сходимость этого ряда определяется формой амплитудного спектра, а
также его дискретным заполнением, зависящим от ширины импульса,
выбранного значения скважности или периода последовательности Т.
Гармоники k-го порядка входного напряжения представляется в форме:
u1k =U1km sin(k  1  t  1k ),
(4)
2 U m
k  1  tи
 sin
;
k 
2
(5)
U1km =
1k 

2

k  1  tи
2
(6)
Вычисление нулевых гармоник выходного напряжения и тока можно
осуществлять по системе выражений:
1
1
U 20  (U10  I 10 zв 0 )e 0l  (U10  I 10 zв 0 )e0l ;
2
2
1
1
I 20 
(U10  I 10 zв 0 )e0l 
(U10  I 10 zв 0 )e0l
2 zв 0
2 zв 0
200
(7)
Коэффициент затухания:
 0  R0G0
(8)
По комплексам гармоник выходного напряжения U20 и U2k в конечном
итоге формируется ряд Фурье с действительными коэффициентами, который
напряжение в конце линии.
n
u 2 =U 20 + U 2km sin(k  1  t   2 k )
(9)
k 1
Для участка линии протяженностью 100 км произведен расчет передачи
электрических
сигналов.
Прямоугольный
импульс
представлен
тремя
гармониками с постоянной составляющей. Параметры линии: R0 = 22,6 Ом/км;
G0 = 0,7 10-6 См/км; C0 = 35,9 10-9 Ф/км; L0 = 0,6 10-3 Гн/км. Результат получен в
программном пакете MathCAD и представлен на рисунке 3.
В
1
3
2
U
с
t
1 – прямая волна напряжения; 2 – обратная волна напряжения;
3 – напряжение в конце линии
Рисунок 3 – Мгновенные значения напряжения в конце линии
На изображенных графиках видно, что для неискажающей линии не
наблюдается фазового сдвига. Вместе с тем, на амплитуду напряжения влияние
оказывает обратная волна напряжения, зависящая от коэффициента отражения.
201
При наложении на кривую напряжения серии отраженных импульсов
получен результат, представленный на рисунке 4.
В
U
с
t
Рисунок 4 – Мгновенное значение напряжения в конце линии
В результате прохождения по линии импульс напряжения искажается, то
есть форма выходного импульса в общем случае не совпадает с формой
входного. Кроме искажения формы на выходе линии появляются еще
дополнительные импульсы, являющиеся результатом отражения от конца и
начала линии.
Анализируя скорость распространения высших гармоник вдоль линии с
заданными параметрами можно определить место расположения изоляторов
дефектными
параметрами.
Другим
подходом
к
построению
системы
диагностирования является анализ и сравнение формы диагностируемых
сигналов в различные промежутки времени, учитывая тот факт, что
изолирующие свойства элементов контактной сети могут изменяться.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Надежность и диагностика систем электроснабжения железных дорог
/ А. В.
Ефимов, А. Г. Галкин. – М.: УМК МПС России, 2000. - 512 с.
2. Кузнецов А. А., Кузьменко А. Ю., Кротенко Е. А. Исследование прибора и
методики контроля состояния изоляторов контактной сети постоянного тока / Известия
Транссиба. №4 (12). 2012. С. 110 – 116.
202
3. Зажирко В. Н. Электрические цепи с распределенными параметрами / Омская гос.
акад. путей сообщения. Омск. 1997. 104 с.
УДК 314.212:620.111.3
ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ СИЛОВОГО МАСЛОНАПОЛНЕННОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Л.А.Маслов, А.А.Николаев,А.А.Сарлыбаев
(Магнитогорский государственный технический университет,
г. Магнитогорск)
Внедрение
средств
диагностирования
технического
состояния
маслонаполненного электрооборудования и в первую очередь силовых
трансформаторов является актуальной и остро востребованной задачей. Это
обусловлено рядом объективно сложившихся причин, основной из которых
является физический износ оборудования, достигающий в Российской
энергетике 50–70%. Сложившаяся ситуация в полной мере характерна для ОАО
«Магнитогорский
трансформаторный
металлургический
парк
которого
в
комбинат»
(ОАО
«ММК»),
значительной
степени
выработал
нормативный ресурс. В этих условиях актуальность диагностирования
технического
состояния
электрооборудования
обусловлена
следующими
причинами:
– необходимостью продления срока эксплуатации сверх нормативного,
вплоть до выработки реального, заложенного изготовителем ресурса;
– необходимостью предотвращения аварий энергоблоков собственных
электростанций, убытки от которых исчисляются миллионами рублей;
–
общемировой
тенденцией
перехода
от
системы
планово-
предупредительных ремонтов к ремонтам по состоянию.
В условиях ОАО «ММК» оснащение основного оборудования средствами
технического
диагностирования
включено
203
в
перечень
приоритетных
направлений. Соответственно возрастает роль методов диагностирования в
режиме реального времени.
Эксплуатация
трансформаторного
оборудованияза
пределами
нормированного срока службы стала общемировой тенденцией, хотя очевидно,
что без принятия определенных мер, она сопряжена с повышенными рисками
отказов. Замена огромного количества дорогостоящего оборудования в
короткий
отрезок
времени
экономически.Снижение
невозможна
рисков
уменьшениеэксплуатационных
затрат
трансформаторыавтоматизированных
технически
и
не
оправдана
катастрофических
отказов
и
может
обеспечить
установка
на
управления,
мониторингаи
систем
оперативнойдиагностики.
Стоимость первых установленных в России систем мониторинга
составляла порядка 10% стоимости защищаемого оборудования. За несколько
лет, в результате появления отечественных производителей и конкуренции на
рынке, стоимость аналогичных систем снизилась в 2 - 3 раза.В последнее время
интенсивно развиваются и внедряются методы непрерывного контроля
состояния
силовых
трансформаторов
с
применением
современных
компьютерных технологий и автоматического сбора, обработки и анализа
данных. Применение этих методов осуществляется с помощью различных
датчиков, расположенных непосредственно в пределах трансформатора.
По своему основному определению, система стационарного мониторинга
базируется
на
результатах
проведения
совокупности
«on-line»
тестов,
выполняемых на работающем трансформаторе в автоматизированном режиме.
Результаты тестов, выполняемых в режиме «off-line», могут быть использованы
встроенными алгоритмами системы мониторинга, однако актуальность таких
тестов невелика, т.к. они проводятся обычно раз в несколько лет.
Набор тестов, используемых системой мониторинга для любого
трансформатора, определяется на этапе ее создания и в процессе дальнейшей
эксплуатации может лишь частично модернизироваться. По этой причине
204
необходимо корректно подходить к формированию технических требований к
системе мониторинга.
Оперативные
диагностические
заключения
стационарной
системы
определяются эффективностью реализованных в ней автоматизированных
экспертных алгоритмов. Чем более продуманной и совершенной является
встроенная экспертная система, тем выше достоверность оперативной
информации
о
текущем
техническом
состоянии
контролируемого
трансформатора. Глубина предлагаемых системой мониторинга рекомендаций
может быть различной, от простой регистрации превышения параметрами
пороговых значений, до достаточно обоснованных предложений по стратегии
проводимых ремонтных работ.
Для диагностики трансформаторов может быть использовано большое
количество методов, в том числе следующие:
–
комплексные испытания
с обязательным проведением опытов
холостого хода и короткого замыкания;
– физико-химические анализы трансформаторного масла с определением
содержания и состава фурановых производных, ионола, объёмного удельного
сопротивления и т.п.;
– анализ газов, растворенных в масле (трансформатора и вводов высокого
напряжения);
– тепловизионное обследование трансформаторов;
– измерение наличия и уровней частичных разрядов в изоляции;
– контроль характеристик изоляции под рабочим напряжением;
– определение мутности масла оптоэлектронными методами;
– ультразвуковое обследование;
– вибрационное обследование.
Основной проблемой использования этих методов является то, что ни
один из них не позволяет выявить дефекты или повреждения всех узлов
трансформатора. Ниже
перечисляются
основные
функции,
выполнение
которых должно быть обеспечено системой диагностирования состояния.
205
1. Контроль влагосодержание в масле бака. Это важный диагностический
параметр, влияющий на надежность работы всего трансформатора.
2. Непрерывная регистрация уровня и распределения частичных разрядов
в изоляции вводов, обмоток и сердечника. Встроенная экспертная система дает
возможность определить тип дефекта, частично локализовать, оценить его
опасность
для
дальнейшей
работы
трансформатора.
Поскольку
на
трансформаторе необходима система контроля растворенных газов в масле, то
совместная обработка результатов измерений частичных разрядов и газов дает
наиболее точные результаты по диагностике типа дефекта и месту его
локализации.
3. Возможность в on-line режиме контролировать наличие деформаций
обмоток трансформатора. Такие деформации возникают в трансформаторе
после воздействия ударных нагрузок, являющихся характерными для печного
трансформатора.
Данный
вид
контроля
обеспечивается
средствами
вибродиагностики.
4. Диагностика системы охлаждения трансформатора, которая достаточно
корректно выполняется на основании измерения и анализа температуры вверху
и внизу бака и рабочей нагрузки трансформатора. В таких расчетах
используется упрощенная тепловая модель трансформатора.
5. Техническое состояние РПН трансформатора. При помощи датчиков
контролируется текущее положение РПН, мощность, потребляемая приводным
двигателем в процессе коммутации; также при помощи специальных фильтров
может
регистрироваться
диаграмма
работы
контактора
при
каждой
коммутации. Дополнительно может определяться наличие дуговых разрядов в
избирателе РПН при помощи вибрационного и акустического датчиков.
Для диагностирования трансформаторного оборудования ОАО «ММК»
используется система контроля изоляции (СКИ) – аппаратно-программный
комплекс, состоящий из программы (базы данных) и модулей (приборов)
различных серий. Основное назначение программы – сбор, хранение и анализ
параметров высоковольтного оборудования, полученных при помощи приборов
206
фирмы
“Димрус”
(г.
Пермь),установленных
на
маслонаполненном
оборудовании цеха систем и подстанций комбината.
УДК 621.311.61, 621.314.5
ВЫБОР СХЕМЫ ВИУ ДЛЯ РАБОТЫ В РЕЗОНАНСНОМ РЕЖИМЕ
С.Г. Конесев, А.В. Мухаметшин, Р.В. Кириллов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет)
При проектировании высоковольтной испытательной установки (ВИУ)
для диагностирования изоляции обмоток высоковольтных электродвигателей
стоит задача выбора наиболее оптимального схемотехнического решения. В
работе [1] предложены ВИУ работающие в резонансных режимах, с созданием
резонанса в первичной цепи, что позволяет использовать установки для
испытания изоляции объектов большой и малой емкости. Рассмотрим две
основные схемы включения конденсатора в первичной цепи для создания
резонанса напряжений и произведем оценку и выбор наиболее эффективной
схемы.
На рисунке 1 и 2 показаны исследуемые схемы. Рисунок 1 – схема №1 с
последовательным соединением дросселя Lдр, конденсатора С и первичной
обмотки трансформатора Lтр.1.
Рисунок 2 – схема №2 с параллельным
соединением конденсатора С и первичной обмотки трансформатора Lтр.1.
С1
Lдр
Rдр
Lдр
Rдр
Lтр1
Lтр1
С2
Rтр1
Rтр1
Рисунок 1 – Схема №1
Рисунок 2 – Схема №2
207
К ВИУ предъявляются нормативно технические требования, которые
определяют величину испытательного напряжения промышленной частоты от 1
до 16 кВ, и мощность установки до 5 кВ·А [2]. Для данных требований, был
спроектирован высоковольтный трансформатор, работающий в резонансном
режиме. Расчетные параметры трансформаторы приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Расчетные параметры трансформатора
Индуктивность
первичной
обмотки
Lтр1, Гн
0.368
Индуктивность
Активное
Активное
Число
вторичной
сопротивление сопротивление
витков
обмотки
первичной
вторичной
первичной
Lтр2, Гн
обмотки Rтр,
обмотки Rтр,
обмотки,
Ом
Ом
w1
28.823
8.499
513.910
613
Параметры первичной обмотки трансформатора,
Число
витков
вторичной
обмотки,
w2
5516
Lтр.1 , Rтр. полученные
расчетным путем при проектировании трансформатора будем использовать в
дальнейших расчетах.
Условием резонанса напряжений в последовательной цепи, содержащей
индуктивность и емкость является равенство XL=XC.
Для схемы №1 имеем:
- Резонансная частота
f рез 
1

2
1
Lдр  Lтр  С ;
(1)
- Индуктивность дросселя
Lдр 
1
 Lтр ;
С 2
(2)
- Активное сопротивление дросселя
Rдр   CU
w1  Lср.др.
S пр.
;
где CU - удельное электрическое сопротивление;
Sпр.- сечение медного провода;
w1- число витков дросселя;
Lср.др.- средняя длина одного витка обмотки дросселя.
208
(3)
Схема
№2
содержит
последовательное
соединение
дросселя
с
конденсатором, а конденсатор соединен параллельно первичной обмотке
трансформатора.
Для схемы №2 по условию резонанса получим уравнение
2
2

 Rтр
1 
1
1 

2
  Lдр    Lтр 

   Lтр     Lтр 
  Rтр  
  0.
 С 
 С 


   С   С
(4)
Решая
уравнение
(4)
относительно
частоты
получаем
частоты,
соответствующие резонансу напряжений и резонансу токов.
f резU
f резI 
L2тр  2  Lдр  L тр  L2др  R 4тр  С2  4  С  L2др  R 2тр  L тр  2  L2тр  R 2тр  Lдр  С  L4тр  С  Lдр  R 2тр
1


; (5)
2
2  Lдр  L2тр  С
1
2
Lдр
1

 (L2тр  2  Lдр  L тр  С2  L2др  R 2тр  4  L2др  С  L2др  R 2тр  2  С  L2тр  Lдр  L4тр Lдр  L тр  R 2тр (6)
2   L2тр
Для исследуемых схем резонансная частота равна частоте тока
промышленной сети, т.е. 50 Гц.
Из уравнения (4) выведем для схемы №2 зависимость индуктивности
дросселя от параметров цепи в режиме резонанса и получим уравнение
2
R тр
Lдр
Lтр 
1 
   Lтр 

 С С 
 С 

;
2
1 

2
     Lтр 
    Rтр


С



(7)
Активное сопротивление дросселя схемы №2 определяется формулой
Rдр   CU
w1  Lср.др.
S пр.
где CU - удельное электрическое сопротивление;
Sпр.- сечение медного провода;
w1- число витков дросселя;
209
;
(8)
Lср.др.- средняя длина одно витка обмотки дросселя.
Из уравнения (2) видно, что значение индуктивности дросселя в режиме
резонанса для схемы №1 определяется значениями емкости конденсатора и
индуктивности трансформатора,
Lдр  f C , Lтр.  .
Из уравнения (7) видно, что значение индуктивности дросселя в режиме
резонанса для схемы №2 определяется значениями емкости конденсатора,
индуктивности и активного сопротивления трансформатора,
Lдр  f C , Lтр. , Rтр. .
Выбор наиболее оптимального схемотехнического решения ВИУ из двух
рассматриваемых схем подразумевает определение оптимального соотношения
Lдр.
и С
для обеих схем. Для
зависимость С 
f Lдр. для
этой цели необходимо
построить
исследуемых схем.
Для схемы №1 получим уравнение:
С ( Lдр ) 
1
    Lдр    Lтр 
;
(9)
Для схемы №2 получим уравнения:
а) для резонанса напряжений:
С ( Lдр ) 
2
2
4
2
Rтр
 L4тр   4  2  L2тр  Rтр
  2  Rтр
 4  L2др  Rтр
  2  L2тр   2  2  Lтр  Lдр   2
2
2  L2тр  Lдр   4  2  L2др  Rтр
 2
; (10)
б) для резонанса токов:
С ( Lдр ) 
2
2
4
2
Rтр
 L4тр   4  2  L2тр  Rтр
  2  Rтр
 4  L2др  Rтр
  2  L2тр   2  2  Lтр  Lдр   2
2
2  L2тр  Lдр   4  2  L2др  Rтр
 2
; (11)
На рисунке 3 и 4 по выражениям (9), (10) и (11) построены зависимости
С  f Lдр. 
для исследуемых схем.
210
1
2
1
Рисунок 3 ‒ График зависимости С=ʄ(Lдр)
Рисунок 4 ‒ График зависимости С=ʄ(Lдр)
1− С  f Lдр. схема №1
1− С  f Lдр. схема №2, резонанс напряжений
2− С  f Lдр. схема №2, резонанс токов
Из полученных графиков следует, что для работы в резонансных схемах
ВИУ при
известных параметрах трансформатора (таблица №1) емкость
конденсатора
должна находиться в диапазоне
Отечественная
промышленность
выпускает
от 2,8 мкФ до 126 мкФ.
серийно
высоковольтные
конденсаторы с комбинированным диэлектриком серии К75-40 с диапазоном
номинальных емкостей от 20 до 100 мкФ, на номинальное напряжение от 1600
до 5000 В. Данный вид конденсаторов характеризуются малым внутренним
сопротивлением, допускает соединение в батареи и может эксплуатироваться
на частотах до 50 Гц и предназначен
для работы в качестве накопителей
энергии в импульсных режимах в составе встроенных элементов внутреннего
монтажа
в
специальной
изготавливаются
во
всех
аппаратуре
[1].
климатических
Конденсаторы
исполнениях,
этой
их
серии
основные
характеристики приведены в таблице 2, 3 [2].
Таблица 2 ‒ Технические характеристики конденсаторов К75-40
Параметр
Uном, В
Сном,
Тангенс
Сопротивление
Интервал
Амплитуда
Наработка,
мкФ
угла
изоляции (мин.),
рабочих
тока
имп.
потерь
МОм
температур,
разрядки, А
(макс.)
Значение
750÷5000
2÷100
0,008
0C
15000
211
-60÷ +70
75÷4000
105
Таблица 3 ‒ Массогабаритные показатели конденсаторов К75-40
Номинал
ьная
ёмкость,
мкФ
Номинальное напряжение, В
1600
2000
2500
L×B×H, мм/масса, г
86×31×141
105×35×170
750
995
86×66×141
105×65×170
1400
2000
86×86×141
105×90×170
1900
2750
86×111×141
105×120×170
2350
3750
86×141×141
105×150×170
3000
3955
86×26×141
530
86×46×141
1000
86×66×141
1300
86×81×141
86×91×141
1800
2050
86×101×141
86×111×141
1915
2145
20
40
60
80
100
4000
5000
105×65×170
2000
105×110×170
3300
105×170×170
5000
-
105×90×170
2480
105×170×170
4550
-
-
-
3000
-
Для реализации резонансного режима в рассматриваемых схемах
определили оптимальное соотношение
Lдр. и С
(таблица 4).
Таблица 4 – Результаты определения оптимального соотношения
Схема
С, мкФ
Lдр, Гн
Rдр, Ом
№1
20
0.151
1.210
№2
60
0.318
1.756
Для исследуемых схем построим осциллограммы напряжений
резонансном режиме.
Uдр
Uдр
Uс
Uс,Uтр
Uсети
Uтр
Uсети
Рисунок 5 ‒ Осциллограммы напряжений
резонансного режима схемы №1
Uдр− напряжение на дросселе;
Uс− напряжение на конденсаторе;
Uтр− напряжение на трансформаторе;
Uсети− напряжение сети.
Рисунок 6 ‒ Осциллограммы напряжений
резонансного режима схемы №1
Uдр− напряжение на дросселе;
Uс− напряжение на конденсаторе;
Uтр− напряжение на трансформаторе;
Uсети− напряжение сети.
212
в
В
результате
исследования
схем
получили
следующие
данные,
приведенные в таблице 5.
Таблица 5 ‒ Результаты расчета
Схема
Добротность,Q
Uтр, В
Uдр, В
Uc,В
1
11.552
2253.23
950.80
3197.32
2
11.735
2288.14
2283.43
2283.20
По
полученным
исследуемых схем,
данным
построим
диаграмму
напряжений
для
показывающую распределение напряжения на элементах
цепи (рис. 7).
Рисунок 7 ‒ Диаграмма напряжений схем №1 и №2
Масса обмотки дросселя для схемы №1 меньше на 31% чем для схемы
№2, а масса конденсатора меньше на 27%. Следовательно,
наиболее
оптимальным схемотехническим решением для реализации ВИУ
является
схема
с последовательным соединением дросселя Lдр, конденсатора С и
первичной обмотки трансформатора Lтр.1.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Конесев
С.Г.,
Мухаметшин
А.В.,
Хазиева
схемотехнические решения резонансной высоковольтной
Межвузовский
сборник
научных
трудов
Р.Т.,
Стрижев
испытательной
«Инновационные
Д.А.
Новые
установки
направления
//
развития
электропривода, электротехнологий и электрооборудования».‒ Уфа, УГНТУ, 2012.‒
С.178‒183.
213
2. РД-19.100.00-КТН-062-10
–
Правила
технического
диагностирования
и
освидетельствования механо-технологического оборудования. Методики технического
диагностирования механо-технологического оборудования: «Институт по проектированию
магистральных трубопроводов (ОАО «Гипротрубопровод»). Документ входит в состав
отраслевого информационного фонда ОАО «АК «Транснефть»
3. Кравченко Т. Импульсные высоковольтные конденсаторы К75-40 // Научнотехнический журнал «CHIP NEWS Украина» / Силовая электроника, источники питания.
Киев, №2, 2006г.-120с.
4. Официальный сайт компании ОАО «ЗАВОД «МЕЗОН» [Электронный ресурс]/
Режим доступа: http://www.meson-factory.com/, свободный. –загл. с экрана.-Яз.рус.
УДК 621.31:658.58:004.89
ФОРМИРОВАНИЕ ОЦЕНОК ФАКТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
Д.К. Елтышев
(Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
г. Пермь)
Учитывая значительный физический износ парка высоковольтного
электротехнического оборудования (ВЭО) на объектах энергетики России при
высокой ответственности выполняемых им функций, несвоевременный вывод
оборудования в ремонт чреват его внезапными отказами, простоем и
значительными потерями от перебоев в поставках энергоносителя. Качество
заключений о необходимости вывода ВЭО из эксплуатации зависит от
достоверности оценок его фактического технического состояния(ТС). При этом
ввиду особенностей ВЭО (сложности, многопараметричности и др.), зачастую
приходится иметь дело с неопределенностью (неполнотой, нечеткостью)
разнородной информации о значениях его параметров, которой приходится
оперировать в процессе постановки диагноза.
Снижение уровня неопределенности при установлении связей между
214
фактами наличия дефектов и предпосылками к ним может быть достигнуто за
счет использования знаний и опыта экспертов в области эксплуатации ВЭО
совместно с результатами экспериментального контроля в структуре моделей
нечеткого логического вывода (НЛВ) следующего вида:
X={x1, x2,…, xm} → y,
(1)
где X={xi}– множество ключевых параметров ТС ВЭО,контролируемых в
процессе
эксплуатации,
каждый
из
которых
представлен
в
виде
лингвистической переменной (ЛП) и оценивается нечетким терм-множеством


Ai  ai1 , ai2 ,..., aic ;
y
–
фактическое
ТС
ВЭО,
интерпретируемое
в
лингвистическом смысле нечетким терм-множеством S={s1, s2,…, sL};L –
числодиагнозов ВЭО; → – процедура НЛВ для задачи нечеткой классификации
(1).
Связь между переменными модели (1) реализуют аккумулирующие опыт
эксплуатации ВЭО ответственных энергетических объектов логические
конструкции вида: ЕСЛИ <значения параметров ТС ВЭО>,ТО<фактическое
состояние>.Их построение требует формализации ЛП в контексте вида и
параметров функций принадлежности (ФП) оценочных термов, позволяющих
словесно интерпретировать величину рассматриваемого признака (например,
температура элемента конструкции ВЭО: «низкая», «средняя», «высокая»).
Параметры ФП входных ЛП могут быть определены экспертно по
индивидуальным и групповым оценкам. Однако, учитывая влияние точности их
задания в структуре модели на достоверность итоговых заключений о
состоянии (диагнозов) ВЭО, особое значение приобретают методы адаптации
ФП к факторам его эксплуатации. Отметим возможность применения для этих
целей алгоритмов нечеткого кластерного анализа (НКА) по ретроспективным
трендам контролируемых параметров (формуляры, акты обследований и т.д.).
Процедура НКА (нечеткие c-средние) заключается в отнесении k-го
измерения (наблюдения) входной переменной xi из экспериментальной выборки
размерностью K, к p-му кластеру, количество которых определяет число
термов, необходимых для формализации параметров ТС ВЭО.
215
1. Формируется перечень параметров, задаются начальные условия: число
кластеров c, максимальное количество итераций z, параметр сходимости ε.
2. Для каждого i-го параметра произвольным образом формируется
исходная матрица нечеткого разбиения (НР) Fi=[ μ ipk ].
3. Для текущего НР вычисляются координаты центров кластеров:
K
K
vip   (μ ) x /  (μkp ) 2 , i  1 : m, k  1 : K , p  1 : c,
k 1
k 2
ip
k
i
k 1
(2)
гдеvip – значение координаты i-го параметра ТС ВЭО в p-м кластере; μ ipk –
степень принадлежности k-го значения i-го параметра p-му кластеру.
4. Рассчитывается значение целевой функции fкл:
c
K
f êë   (μipk ) 2 xik  vip .
2
(3)
p 1 k 1
5. Формируется новое НР по принципам:
1
если x ik  v ip
2
c
 k
2
2
k
>0, то μ   xi  vip /  xi  viq  ;
q 1


k
ip
1, q  p,
q  1: c .
0, q  p,
k
если x ik  v ip =0, то μip  
2
(4)
(5)
6. Для нового НР рассчитываются центры кластеров и значение целевой
функции по выражениям (2), (3).
7. Алгоритм завершается при достижении заданных критериев останова z
и |fкл-fкл*|≤ε (fкл*– функция, полученная на предыдущей итерации) с результатом
в виде текущих значений vipдля каждого параметра ТС ВЭО.
Итоговые ФП строятся точечно (рис.) по полученным значениям vip и μipk ,
либо с учетом их заранее выбранного вида (треугольная, гауссова и т.д.).
Предварительная кластеризация позволяет учесть накопленный опыт
эксплуатации ВЭО в параметрах нечетких моделей. В конечном итоге это
позволит повысить точность классификации и достоверность диагнозов ВЭО и
будет способствовать своевременному обнаружению критических состояний.
216
Отображение ЛП "Избыточная температура внешних контактных соединений"

1
0.8
0.6
ФП терма "Выше
допустимых значений"
ФП терма "Ниж е
допустимых значений"
ФП терма "В пределах
допустимых значений"
0.4
0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
x
Рисунок 1 – Пример точечного построения ФП по 3-м априори заданным классам для
описания результатов тепловизионного контроля контактной системы масляных
выключателей*
* С учетом нормирования измерений относительно допустимых значений температур
УДК 621.384.3
ТЕПЛОВИЗИОННОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ КАК СРЕДСТВО
ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ
И.М. Косотуров, А.В. Ромодин
(Пермский национальный исследовательский политехническийуниверситет,
г. Пермь)
Важным
аспектом
при
проведении
энергетических
обследований
является съёмка и анализ фактического распределения температурных полей на
поверхности наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений.
Наиболее предпочтительными и
эффективными
методами
контроля и
определения пространственного распределения температур по поверхности
ограждающих
конструкций
зданий
являются
методы,
основанные
на
тепловизионном обследованиис применением портативныхтепловизоров.
Тепловизионное обследование позволяет решать широкий спектр задач
по
выявлению
дефектов
зданий
и
сооружений:конструктивных,
технологических, эксплуатационных и строительных дефектов стеновых
панелей;недостаточно
кирпичной
утепленных
кладки;нарушений
строительных
швов
217
и
конструкций;
стыков
между
дефектов
сборными
конструкциями;утечек тепла через окна и остекленные участки зданий в
результате плохого монтажа; утечек тепла через конструкции и стыки
цокольных этажей и чердачных конструкций;утечек тепла через системы
вентиляции;участков зданий с повышенным содержанием влаги;участков с
плохой работой системы отопления и горячего водоснабжения.
Специалистами кафедры микропроцессорных средств автоматизации и
научно-образовательного центра энергосбережения ПНИПУ при проведении
тепловизионных обследований используются тепловизорыфирм FLIRи Testo
(cм. рис. 1),которые хорошо зарекомендовали себя как при обследовании
наружных конструкций зданий (см. рис. 2-4), так и при обследовании
технического состояния электрооборудования (см. рис. 5).
Рисунок 1 – Тепловизоры Testo 875-1, Fliri50 и FlirP620 соответственно
Рисунок 2 – Тепловизионный снимок Testo 875-1 гаража Березниковского филиала ПНИПУ,
требуется утепление фасада здания и улучшения теплоизоляции дверной коробки и дверей
218
Рисунок 3 – Тепловизионный снимок Fliri50 фасада здания главного корпуса ПНИПУ,
учебный корпус А, требуется установка теплоотражающих экранов за радиаторами
отопления.
Рисунок 4 – Тепловизионный снимок FlirP620 фасада главного корпуса ПНИПУ, требуется
регулирование температурного режима и улучшение теплоизоляции
Рисунок 5 – Тепловизионный снимок Testo 875-1 магнитопровода и электрической части
контактора шкафа управления наружным освещением учебного корпуса ПНИПУ
К основным преимуществам тепловизионной съёмки относятся:высокая
температурная разрешающая способность приборов;возможность обзора одним
и тем же прибором малых (размером до нескольких сантиметров) и очень
больших (размером до сотен метров) объектов, при полном исключении
механического контакта и нарушения поля температур измеряемого объекта.
Указанные приборы тепловизионной съёмки позволяют получить фотографию
объекта обследования иего тепловой "портрет". С помощью фирменного
219
программного обеспечения можно анализировать полученное изображение на
компьютере
и
разработать
рекомендации
(технические
решения,
энергосберегающие мероприятия) по устранению выявленных недостатков. В
дальнейшем, после устранения причин потерь тепловой энергии или плохого
контакта в электрической сети, рекомендуется провести тепловизионную
съёмку
вновь,
что
позволит
оценить
качество
выполненных
(восстановительных) работ.
Следует отметить, что на качество тепловизионного обследования влияет
солнце, влага, ветер, а так же степень черноты поверхности объекта. Как
показывает опыт тепловизионнуюсъёмку наружных конструкций зданий
необходимо проводить во время отопительного сезона, когда существует
перепад температур внутреннего и наружного воздуха. Крыши, а также
качество отделки наружных и внутренних поверхностей ограждающих
конструкций лучше обследовать в летнее время.
220
СЕКЦИЯ
«МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ
ДИСЦИПЛИН»
УДК 621. 313
УПРОЩЕННЫЙ ВАРИАНТ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ
ПО ПАСПОРТНЫМИ КАТАЛОЖНЫМ ДАННЫМ
К.М.Фаттахов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет)
Р.К. Фаттахов
(Уфимский государственный авиационный технический университет)
R1
I1
R2/s
X2
X1
I0
R0
-I2
Z0
U1
X0
a)
Z2упр(s)
Xk
I1
R1
X1
X2
R1
X1
-I2упр
R2/s
Xk
R1
-I2упр
I1
I00
R0
U1
U1
R00
I00
Z00
X00
X0
в)
б)
221
R2/s
R"1=1R1 X"1=1X1 X"2=21X2
I1
R1
R"2/s =21R2/s
-I2
X1
R0
U1
I00
X0
г)
X"k
R"1
I1
I00
Z"2(s)
R"2/s
-I"2
R00
U1
Z00
X00
д)
а – Т-образная; б – упрощенная Г-образная в развернутом виде; в – та же схема, но в более
компактном виде; г – уточненная Г-образная; д – та же схема, но в более компактном виде
Рисунок 1 – Схемы замещения асинхронной машины
Первоначальный вариант метода определения параметров R1 , X 1 , R2 ,
X 2 , R0 , X 0 (см. рис. 1, а) схемы замещения асинхронной машины по
паспортным и каталожным данным предложен в [1]. Однако опыт показал, что
можно составить упрощенный вариант данного метода, который дает
практически те же результаты при затратах меньшего времени на расчет. При
прочих равных условиях (см. [1]) упрощенный вариант отличается следующим.
1 Механические потери асинхронной машины рассчитываются по
зависимостям
Pмех  f KT , n, D, Da .
222
Здесь K T – коэффициент трения; частоту вращения n можно принять
n1 ; D и Da – внутренний и
примерно равной синхронной частоте вращения
наружный диаметры железа статора. В литературе указанные зависимости
приведены
в
виде
конкретных
формул
(см.,
например,
формулы
(9.209)…(9.213) в [5]). Правила пользования этими формулами описаны в [5].
2 Намагничивающий ток асинхронной машины можно принять равным
I   0,3I н .
3
Предварительное
значение
индуктивного
сопротивления
ветви
намагничивания (см. рисунок 1, а, б, г)
Х0 
U1
.
I
4 Коэффициент (см. [4])
1  1
Х1
.
Х0
5 Ток нагрузочной ветви упрощенной Г-образной схемы замещения (см.
рисунок 1, б) в номинальном режиме
I 2 упр   1 I 2н .
6 Полное сопротивление этой ветви в номинальном режиме
Z 2 упр sн   U 1 I 2 упр .
7 Активное сопротивление обмотки статора находим по выражению
R1  Z 22упр sн   X k2  R2 sн .
Это выражение получается в результате решения составленного по
рисунку 1, б уравнения
Z 2 упр sн  
R1  R2
sн   X k2 .
2
8 Номинальные электрические потери в обмотках статора и ротора
PЭ 2  m1 R2 I 22н .
РЭ1  m1 R1 I н2 ;
223
9 Потери в стали найдем с помощью рисунка 1, г по следующей формуле:
РС  m1 R0 I 002 .
10 Сумма потерь по паспортным данным
P  P
1н
 Pн .
11 Сумма потерь по отдельным составляющим
 P  P
э1
 Pc  Pэ2  Pмех  Pдоб .
12 Номинальная потребляемая реактивная мощность асинхронного
двигателя
Q1н 
P1н
1  cos 2  н .
cos  н
13 По рисунку 1, а эту же мощность можно найти по формуле (при этом
считаем I 0  I 00 )
2
Q1н  m1 X 1 I н2  m1 X 0 I 00
 m1 X 2 I 22н .
При найденных по упрощенному методу параметрах R1 , X 1 , R2 , X 2 , R0 , X 0
оказываются примерно равными друг другу суммы потерь
Р
и
 Р (с
точностью    5 % ). Это говорит о том, что с указанной точностью
соблюдается примерное равенство суммы активных мощностей, расходуемых
асинхронной машиной, и активной мощности, подводимой к ней из сети. Кроме
этого, также с указанной точностью выполняется равенство реактивных
мощностей Q1н и Q1н .
Таким образом, с точки зрения закона сохранения энергии предлагаемый
упрощенный метод является, как и метод [1], полностью обоснованным.
Обосновать справедливость соотношений 1…13 можно следующим
образом. Функции п. 1 полностью согласуются с теорией проектирования
электрических машин (см., например, [5]). Они дают более надежные
результаты, чем соответствующие соотношения Рмех  k мех Рдоб , принятые в
224
варианте метода [1]. Последовательность расчета активного сопротивления R1
обмотки статора, проводимую по пп 2…7, устанавливаем следующим образом.
14 Введем коэффициент
a  R1 R2 .
15 Отсюда можно определить активное сопротивление обмотки статора
так:
R1  aR2.
16 Тогда по упрощенной Г-образной схеме замещения (см. рисунок 1, б,
в) можем найти Z 2 упр sн  (см. п. 6), а также ток
I 2 упр 
17 Примем, что коэффициент
U1
Z 2 упр sн 
.
 1 (см. рисунок 1, а, г) можно определить
как отношение
I 2 упр
.
I 2 н
1 
Оно подтверждается рядом численных экспериментов, проведенных в [1]. Из
него следует формула п. 5.
18 Из формулы п. 4 имеем
Х0 
Х1
.
1 1
19 Ввиду того, что, с одной стороны, сопротивление Х 0 намного больше
остальных сопротивлений, включенных в ветвь намагничивания (см. рисунок
1), а с другой – ток намагничивания
I  намного больше активной
составляющей тока холостого хода, примем, что можно записать
I 
U1
.
X0
225
Отсюда следует формула п. 3.
21 Относительное значение намагничивающего тока
I  
I
Iн
.
Принимаем, что в современных асинхронных машинах значения
относительных намагничивающих токов находятся в пределах (см., например,
[5])
0,2  I    0,3 .
С учетом этого при I    0,3 записана формула п. 2.
22
Задаваясь
рядом
значений
а,
коэффициента
вычислим
соответствующий ряд значений физических величин, указанных в таблице 1.
Таблица 1 – Формуляр для определения физических величин R1 ,
№
п/
п
Физические
величины
Размерност
ь
1
R1  aR2
2

R 
Z 2 упр sн    R1  2   X k2
sн 

Скольжение
a1 a2 a3
…
a1
 1 и I 
a
…
a 2
…
amax
Ом
2
3
4
I 2 упр  U 1
Z  s 
2 упр
н
Ом
А
 1  I 2 упр I 2н
5
Х 0  Х 1  1  1
6
I   U1 X 0
7
I   I 
Ом
А
Iн
В этой таблице численное значение коэффициента amax задается таким
образом, чтобы соответствующее ему значение коэффициента
 1 находилось в
пределах 0   1  1 . Тем самым ограничивается возможный верхний предел
численного
интервала
изменения
коэффициентов
226
a для
конкретно
рассматриваемой машины. При этом в пределах a 1  a  a 2 заключен
интервал I   , указанный в п. 21.
23 Теперь, имея в виду пределы для относительных токов I   , указанные
в п. 21, из таблицы 1 выбираем соответствующую интервалу коэффициентов
a 1  a  a 2 совокупность значений физических величин I   , R1 и  1 .
24 Затем по этой совокупности вычисляем соответствующий ряд
номинальных электромагнитных моментов по формуле
m1 p
M н1 
R2 2
U1
sн
2




R2
2
2f1  R1   1    X 1   1 X 2  
sн 


.
Эта формула получается при s  sн , М  М н1 из общего вида формулы
электромагнитного момента, которую можно вывести с помощью рисунков 1, а
и г так:
R2
R2
m
p
1
Р
m R I 
s I 2 
s  I 2 
М  э2  1 2 2 
2
1 2
1s 2 f1 s
2f1
2f1
p
2
m1 p

R2 
m1 p 
U1
s 

 1
2
2f1 

R


2
2
2

R




X


X 2


1 1
1
1 1
1

s 



2

2



 



R2 2
U1
s

.
2



R 
2
2f1  R1   1 2    X 1   1 X 2  
s 


m1 p
227
25 Сравниваем численные величины номинальных электромагнитных
моментов из ряда, полученного в п. 23 в интервале a 1  a  a 2 , с численным
значением номинального электромагнитного момента М н , полученного в [1].
Для этого вычисляем в данном интервале погрешности расчета
M % 
М н1  М н
100.
Мн
Анализ этих погрешностей показывает следующее.
25аПогрешности
M % в любой точке интервала
a 1  a  a 2
оказываются значительно ниже общепринятого в технических расчетах предела
  5% .
25б Соответствующие каждой точке интервала a 1  a  a 2 значения
сопротивлений
R1
могут
быть
использованы
при
расчете
рабочих
характеристик конкретно рассматриваемого асинхронного двигателя. При этом
указанные характеристики оказываются практически идентичными (для
экономии места в настоящей статье они не приводятся).
25в В интервале a 1  a  a 2 по мере увеличения a значения R1 также
увеличиваются, а значения I   , напротив, уменьшаются. Следовательно, при
наименьшем и наибольшем значениях I    0,2 и I    0,3 (см. п.21) имеют
место наибольшее и наименьшее значения сопротивлений R1 соответственно.
Как известно, при одном и том же токе I н электрические потери РЭ1 в обмотке
статора (и, следовательно его нагрев) являются наименьшими при наименьшем
значении сопротивления R1 . Исходя из этих обстоятельств, ток I  вычисляем
по п. 2.
Таким образом, в связи со всем перечисленным в пп 25а…25в расчет
сопротивления R1 обмотки статора можно производить так, как это изложено в
228
пп 2…7.
Один из примеров, подтверждающих справедливость изложенного
упрощенного метода, приведен в [6].
Вывод. Изложенный материал, а также анализ результатов расчета,
полученных в указанных примерах, показывают, что предложенный в
настоящей статье метод так же, как и метод [1], позволяет определять
параметры схемы замещения асинхронной машины с достаточной для
практического использования степенью точности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1
Фаттахов К.М., Фаттахов Р.К. Метод определения параметров схемы
замещения асинхронной машины по паспортным и каталожным данным // В сб.
«Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий» - г. Уфа: изд-во
УГНТУ, 2011. – с. 123-130.
2
Электрические машины. Справочник в 2-х т. / Копылов И.П., Клоков Б.К. (ред.) –
М.: Энергоатомиздат, 1988, 1989. 1 т. – 456 с., 2 т. – 688 с.
3
Кацман М.М Справочник по электрическим машинам. – М.: Академия, 2005. –
4
Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. – М. – Л.: Энергия,
480 с.
1965, - Т. 2. – 704 с.
5
Проектирование электрических машин / Копылов И.П. (ред.) – М.: Высшая
школа, 2002. – 757 с.
6
Фаттахов К.М., Фаттахов Р.К. Использование упрощенного варианта метода
определения параметров схемы замещения асинхронной машины по паспортным и
каталожным данным // В настоящем сборнике.
229
УДК 621.313
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УПРОЩЕННОГО ВАРИАНТА МЕТОДА
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ
АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ
ПО ПАСПОРТНЫМ И КАТАЛОЖНЫМ ДАННЫМ
К.М.Фаттахов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа)
Р.К. Фаттахов
(Уфимский государственный авиационный технический университет, г.Уфа)
R1
I1
R2/s
X2
X1
I0
R0
U1
-I2
Z0
X0
a)
Xk
I1
R1
X1
X2
R1
X1
-I2упр
Z2упр(s)
R2/s
Xk
R1
-I2упр
I1
I00
R0
U1
U1
R00
I00
Z00
X00
X0
в)
б)
230
R2/s
R"1=1R1 X"1=1X1 X"2=21X2
I1
-I2
X1
R1
R"2/s =21R2/s
R0
U1
I00
X0
г)
Z"2(s)
X"k
R"1
I1
R"2/s
-I"2
I00
R00
U1
Z00
X00
д)
а – Т-образная; б – упрощенная Г-образная в развернутом виде; в – та же схема, но в более
компактном виде; г – уточненная Г-образная; д – та же схема, но в более компактном виде
Рисунок 1 – Схемы замещения асинхронной машины
Упрощенный вариант метода определения параметров схемы R1 , X 1 ,
R2 , X 2 , R0 , X 0 замещения асинхронной машины по паспортным и
каталожным данным описан в [1]. Осуществляется с использованием рисунка 1
и литературы [1…5].С целью выяснения результатов использования метода [1]
в
качестве
примера
возьмем
проект
асинхронного
двигателя
с
короткозамкнутым ротором [2]. Этот проект осуществлен следующим образом.
На начальной стадии проекта указанная машина рассчитывается по исходным
данным, представленным в таблице 1.
231
Таблица 1 – Первоначальные исходные данные, принятые в проекте [2]
Рн , Вт
U1 , В
n1 , об/мин
н
cos  н
f1 , Гц
15000
220/380
1500
0,88
0,88
50
В этой таблице номинальные данные
гостированные значения, а величины
Рн , U1 , n1 и
f1 имеют
 н и cos  н приняты по специальным
номограммам, приведенным в [2]. Далее в ходе электромагнитного расчета для
данного двигателя в [2] получены уточненные значения номинальных величин
и перегрузочной способности, приведенные в таблице 2.
Таблица
2
–
Уточненные
значения
номинальных
величин
и
перегрузочной способности асинхронной машины, спроектированной в [2]
Рн , Вт
Рн , Вт
14970
220/380
n1 ,
nн ,
об/мин
об/мин
1500
1464
н
cos  н

f1 , Гц
0,892
0,894
2,59
50
Также в ходе электромагнитного расчета в [2] получены численные
значения параметров схемы замещения указанного двигателя. Они сведены в
первую строку таблицы 3. Во второй строке таблицы 3 помещены значения
параметров схемы замещения этого двигателя, полученные в таблице 4
проведением расчета по методу [1]. В справочниках (см., например, [3, 4])
полных сведений о паспортных и каталожных данных рассматриваемого
двигателя нет. Поэтому в качестве последних при расчете по формуляру,
приведенному в таблице 4, приняты данные таблицы 2. В третьей строке
таблицы 3 приведены погрешности расчета А% , которые получаются при
сравнении результатов, приведенных в первых двух строках этой таблицы.
232
Таблица 3 – Параметры схемы замещения асинхронного двигателя
Параметры схемы
R1 ,
X1 ,
R2 ,
X 2 ,
Xk,
R0 ,
X0,
Z0 ,
замещения
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
Полученные в[2]
0,355
0,673
0,186
0,912
1,585
1,47
27,14
27,18
0,359
0,782
0,186
0,782
1,563
1,888
26,411
26,568
1,127
16,196
0
-14,254
-1,388
28,435
-2,225
-2,123
Полученные
по методу [1]
Погрешности
расчета, %
А  АП
А% 
100
АП
При этом через А обозначены в обобщенном виде значения параметров,
найденных по методу [1], а через АП – значения параметров, найденных в
проекте [2]. В таблице 4 погрешности расчета активных и реактивных
мощностей обозначены через Р% и Q % соответственно.
Таблица 4 – Формуляр и результаты расчета параметров схемы замещения по
методу [1, 5] для асинхронного двигателя, спроектированного в [2]
№
Расчетнаявеличина
п/п
Размерность
Численное значение
1
I н  Pн m1U1н cos  н 
А
28,443
2
I1а  I н cos н
А
25,428
3
I1 p  I н 1 cos 2 н
А
12,744
4
P1н  Pн  н
Вт
16782,511
5
sн  n1  nн  n1
6
R2  sн U1 I н 
7
sкр  sн   2  1

0,024
Ом

0,186
0,119
233
№
Расчетнаявеличина
п/п
Размерность
Численное значение
8
X k  R2 sкр
Ом
1,563
9
X 1  X 2  X k 2
Ом
0,782
10
Pдоб  0,005P1н
Вт
83,913
11
Pмех = по [1, п. 1]
Вт
117
12
Pмехр  Рн  Рдоб  Рмех
Вт
15170,913
13
Pэмн  Рмехр 1  sн 
Вт
15543,968
14
I 2 н  Pэмн m1 R2 sн 
А
25,856
15
М н  Рэмн 2n1 60
Нм
99,006
16
I   0,3I н
А
8,533
17
X 0  U1 I 
Ом
25,783
18
1  1 X1 X 0
19
I 2 упр   1 I 2н
20
1,0303
А
26,64
Z 2 упр sн   U 1 I 2 упр
Ом
8,258
21
R1  Z 22упр sн   X k2  R2 sн
Ом
0,359
22
R1  1R1
Ом
0,37
23
R2   12 R2
Ом
0,197
24
X1  1 X1
Ом
0,806
25
X 2   12 X 2
Ом
0,83
26
X k  X 1  X 2
Ом
1,636
27
Z 2sн  
Ом
8,722
R1  R2
sн   X k2
2
234
№
п/п
Расчетнаявеличина
Размерность
Численное значение
А
25,223
28
I 2  U1 Z 2sн 
29
cos2  R1  R2 sн  Z 2sн 
0,982
30
sin 2  X k Z 2sн 
0,188
31
I 2a  I 2 cos  2
А
24,769
32
I 2p  I 2 sin  2
А
4,742
33
I 2  1I 2
А
25,987
34
I 00a  I1a  I 2a
А
0,659
35
I 00 p  I1 p  I 2p
А
8,002
36
2
2
I 00  I 00
a  I 00 p
А
8,029
37
cos 00  I 00a I 00
0,082
38
sin  00  I 00 p I 00
0,997
39
Z 00  U1 I 00
Ом
27,401
40
R00  Z 00 cos 00
Ом
2,247
41
X 00  Z 00 sin 00
Ом
27,318
42
R0  R00  R1
Ом
1,888
43
X 0  X 00  X 1
Ом
26,24
44
Z 0  R02  X 02
Ом
26,603
45
Рэ1  m1 R1 I н2
Вт
871,298
46
Pc  m1 R0 I 002
Вт
365,129
47
Рэ 2  m1 R2 I 2н2
Вт
373,041
235
№
Расчетнаявеличина
п/п
48
49
 P P  P
 P  P  P  P
1н
Размерность
Численное значение
Вт
1812,511
Вт
1810,381
н
э1
c
э2
 Pмех  Pдоб
50
Q1н  P1н cos  н  1  cos 2  н
ВАр
8411,285
51
QX 1  m1 X 1 I н2
ВАр
1897,924
52
QX 0  m1 X 0 I 002
ВАр
5131,917
53
QX  2  m1 X 2 I 2н2
ВАр
1568,378
54
Q1н  QX 1  QX 0  QX  2
ВАр
8598,219
55
P% 
 P   P 100
P
%
-0,118
56
Q % 
Q1н  Q1н
100
Q1н
%
2,222
Анализ погрешностей, приведенных в таблицах 3 и 4, приводит к
следующим выводам.
При расчете по методу [1] значения параметров
R1 , R2 , X k , X 0 и Z 0
отличаются от их значений, найденных в проекте [2], менее, чем на    5 % ,
а значения параметров
X 1 , X 2 и R0 – более, чем на    5 % (см. таблицу
3). Однако, если использовать совокупность полученных значений параметров
R1 , R2 , X 1 , X 2 , X k , R0 , X 0 и Z 0 при расчете, например, рабочих
характеристик асинхронного двигателя, последние получаются практически
идентичными тем рабочим характеристикам, которые получаются при
использовании параметров, приведенных в [2]. Для экономии места рабочие
236
характеристики в настоящей статье не приводятся. Погрешности расчета
активных Р% и реактивных Q % мощностей в таблице 4 также меньше
   5%.
Таким образом, предложенный в [1] упрощенный вариант метода
определения
параметров
паспортным
и
схемы
каталожным
замещения
данным
асинхронной
может
быть
машины
использован
по
при
приближенных расчетах.
В вышеприведенных рассуждениях величина    5 % представляет
собой
общепринятую
предельную
погрешность
расчета
сравниваемых
результатов, которую обычно принимают при производстве технических
решений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Фаттахов К.М., Фаттахов Р.К. Метод определения параметров схемы замещения
асинхронной машины по паспортным и каталожным данным // В сб. «Электропривод,
электротехнологии и электрооборудование предприятий» - г. Уфа: изд-во УГНТУ, 2011. – с.
123-130.
2 Электрические машины. Справочник в 2-х т. / Копылов И.П., Клоков Б.К. (ред.) –
М.: Энергоатомиздат, 1988, 1989. 1 т. – 456 с., 2 т. – 688 с.
3 Кацман М.М Справочник по электрическим машинам. – М.: Академия, 2005. – 480
с.
4 Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. – М. – Л.: Энергия,
1965, - Т. 2. – 704 с.
5 Проектирование электрических машин / Копылов И.П. (ред.) – М.: Высшая школа,
2002. – 757 с.
6 Фаттахов К.М., Фаттахов Р.К. Использование упрощенного варианта метода
определения параметров схемы замещения асинхронной машины по паспортным и
каталожным данным // В настоящем сборнике.
7 Упрощенный
вариант
метода
определения
параметров
схемы
замещения
асинхронной машины по паспортным и каталожным данным // В настоящем сборнике.
8 Проектирование электрических машин / Копылов И.П. (ред.) – М.: Высшая школа,
2002. – 757 с.
237
9 Кацман М.М Справочник по электрическим машинам. – М.: Академия, 2005. – 480
с.
10 Электрические машины. Справочник в 2-х т. / Копылов И.П., Клоков Б.К. (ред.) –
М.: Энергоатомиздат, 1988, 1989. 1 т. – 456 с., 2 т. – 688 с.
11Фаттахов К.М., Фаттахов Р.К. Метод определения параметров схемы замещения
асинхронной машины по паспортным и каталожным данным // В сб. «Электропривод,
электротехнологии и электрооборудование предприятий» - г. Уфа: изд-во УГНТУ, 2011. – с.
123-130.
УДК 621.375.4
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РЕШАЮЩИХ БЛОКОВ НА ОУ
В.М. Сапельников, А.В. Пермяков, Э.В. Выдрина
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа)
Для расчета основных схем включения ОУ для выполнения ими
математических
операций
выведем
наиболее
общую
формулу
для
коэффициента передачи ОУ. Для этого составим обобщенную схему
включения, использующую инвертирующий и неинвертирующий входы ОУ,
отрицательную и положительную обратную связь (рис. 1).
На основании принципа суперпозиции для напряжений на входах ОУ
U  и U  составим систему уравнений для изображений:
238
Y6
Y3
Y2
U-
Y1
+
U
e2
ОУ
eвых
e1
Y4
Y5
Рисунок 1 – Обобщенная схема включения ОУ
Y1
Y4
 
U

e

e
1
вых


Yэ
Yэ

Y
Y
U   e2 2  eвых 3

Yэ
Yэ

Здесь - Yэ  Y1  Y4  Y5 - сумма всех проводимостей, подключенных к
неинвертирующему входу,
Yэ  Y2  Y3  Y6 - сумма всех проводимостей,
подключенных к инвертирующему входу.
Уравнения составлены для изображений по Лапласу, что расширяет и
упрощает дальнейшие вычисления.
В частном случае для оригиналов U  и U  можем записать:
U  U  
eв ых
, где K – коэффициент усиления ОУ.
K
U  U   0 .
При K  
С учетом этого приближения записываем уравнение, связывающее
напряжение eв ых с входными напряжениями e1 и e2 :
e1
Y1
Y
Y
Y
 eв ых 4  e2 2  eв ых 3  0 .

Yэ
Yэ
Yэ
Yэ
239
Отсюда находим eв ых :
Y
Y 
Y
Y
eвых  4  3   e2 2  e1 1 ,
Yэ
Yэ
 Yэ Yэ 
 Y4 Y3  Y4Yэ  Y3Yэ
     
.
YэYэ
 Yэ Yэ 
После преобразований получим:
Y1Yэ
Y2Yэ
eвых  e1
 e2
Y4Yэ  Y3Yэ
Y4Yэ  Y3Yэ
(А)
Соотношение (А) действительно как для изображений по Лапласу, так и
для оригиналов.
Рассмотрим случай когда e1  e2  e . Из выражения (А) получим:
eвых
Y2Yэ  Y1Yэ
e
.
Y4Yэ  Y3Yэ
Или
eвых  e
Y1 Y2  Y3  Y6   Y2 Y1  Y4  Y5 
Y3 Y1  Y4  Y5   Y4 Y2  Y3  Y6 
Передаточная функция примет вид:
T P  
Y1 Y2  Y3  Y6   Y2 Y1  Y4  Y5 
.
Y3 Y1  Y4  Y5   Y4 Y2  Y3  Y6 
Рассмотрим основные схемы включения ОУ и выведем зависимости
между входными и выходными величинами, используя общее соотношение (А).
240
Инвертирующий усилитель
Y3
Y2
e2
ОУ
eвых
Y5
Рисунок 2– Инвертирующий усилитель
Для инвертирующего усилителя e1 =0; Y1 =0; Y4 =0; Y6 =0; Y2 =1/R2, Y3 =1/R3, Y5
=1/R5 - активные проводимости.
Пользуясь формулой (А) получим:
eв ых  
Y2
R
e2   3 e2 .
Y3
R2
Инвертирующий усилитель - сумматор
Y3
Y2
e2
ОУ
Y21
eвых
e21
Y2n
e2n
Y5
Рисунок 3 – Инвертирующий усилитель – сумматор
Пользуясь вновь универсальной формулой (А), получим:
241
n
eвых
n
Y2i
R
  e2i , или eвых   3 e2i .
i 1 Y3
i 1 R2i
Отметим, что для уменьшения погрешностей, вызываемых входными
токами ОУ, желательно выполнение условия
Yэ = Yэ .
Неинвертирующий усилитель
Y3
Y2
ОУ
Y1
eвых
e1
Рисунок 4 – Неинвертирующий усилитель
Y6 =0; Y4 =0; Y5 =0; Y1=1/R1,Y2=1/R2, Y3=1/R3.
Из формулы (А):
Y1Yэ
Y (Y  Y )
Y Y
eвых  e1
 1 2 3 e1  2 3 e1 .


Y4Yэ  Y3Yэ
Y3Y1
Y3
Здесь Y4Yэ =0. Или, переходя к сопротивлениям, получим:
eвых 
R2  R3
e1 ,
R2
т.е. коэффициент передачи >1.
Входной сигнал подается здесь на Н-вход ОУ. Цепь ООС состоит из
резисторного делителя Y2 , Y3 , подающего часть выходного напряжения ОУ на
его
инвертирующий
вход.
В
данном
случае
усилитель
охвачен
последовательной обратной связью по напряжению.
Если Y2 =0, коэффициент усиления неинвертирующего усилителя будет
близок к 1. Подобный усилитель называют повторителем напряжения.
242
Повторитель напряжения применяют в тех случаях, когда нужно не нагружая
током источник сигнала передать с него сигнал на нагрузку.
ОУ
eвых
e1
Рисунок 5– Схема повторителя
Дифференцирующий усилитель
Y3
С
e1
ОУ
eвых
Y2
Рисунок 6 – Дифференцирующий усилитель
Для дифференцирующего усилителя (рис.6) из формулы (А) запишем для
изображений:
_
eвых
Y2 _
  e1 .
Y3
Здесь Y2  jC  pC , Y3  1 / R . После подстановки получаем:
_
_
eвых   pCR e1 .
Переходя к оригиналу получим:
eвых   RC
de1
.
dt
243
Таким
образом,
усилитель
(рис.
6.)
выполняет
операцию
дифференцирования.
Интегрирующий усилитель
С
Y3
e2
ОУ
eвых
Y2
Рисунок 7 – Интегрирующий усилитель
Для интегрирующего усилителя из формулы (А) для изображений следует:
_
Y2 _
eвых   e2 .
Y3
Здесь, Y2  1/ R , Y3  jC  pC .
После подстановки получаем:
_
eвых  
1 _
e2 .
pCR
Переходя к оригиналу получаем:
t
1
eвых    e2dt  U 0 ,
R0
где U 0 - начальное условие.
Таким образом, усилитель (рис. 7) выполняет операцию интегрирования
входной величины.
Использование обобщенной схемы включения ОУ и соответствующей ей
формулы (А) позволяет формализовать вывод соотношений, связывающих
244
напряжения входа и выхода для основных схем включения ОУ, а также
применять этот способ расчета для нестандартных схем включения.
УДК 378.146
О БАЛЬНО-РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМЕ В ПРЕПОДАВАНИИ
ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
С.В. Чигвинцев
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
Для стимуляции ритмичной работы в течение семестра (в соответствии с
графиком изучения дисциплины) ведется рейтинговая 10-бальная система
оценки текущей успеваемости (0, 1, 2, 2+=2.5, 3-=2.51, 3, 3+=3.5, 4-=3.51, 4,
4+=4.5,
5-=4.51,
5)
и
5-бальная
для
итоговой
оценки
знаний
("неудовлетворительно", "удовлетворительно" "хорошо" и "отлично". Итоговая
рейтинговая оценка рассчитывается как среднеарифметическая по каждому
виду занятий: теоретический материал (коллоквиумы); решение задач на
практических занятиях и дома; лабораторный практикум; выполнение
расчетно-графических работ. При рейтинге 2.51...3.5 итоговой оценкой будет
"3", 3.51...4.5 - "4" и 4.51 ... 5.00 - "5".
245
0-60
Неуд.
61-73
Удовл.
74-90
Хор.
91-100
Отл.
Не зачтено
Баллы Экзамен Зачет
Зачтено
Зачтено
Не
зачтено
Оценка в Оценка Оценка
Экзамен Зачет
журнале в баллах в (%)
0
0.00
<10
1
1.00
11 - 20
Неуд.
2
2.00
21 - 40
2+
2.50
41 - 50
32.51
51 - 59
3
3.00
60 Удовл.
3+
3.50
61 - 70
43.51
71 - 79
4
4.00
80
Хор.
4+
4.50
81 - 90
54.51
91 - 99
Отл.
5
5.00
100
При не сдаче текущей отчетности до наступления сессии по какому-либо
виду занятий рейтинговая итоговая оценка за семестр не выставляется и
студент должен придти на экзамен в установленном порядке после получения
зачета по практическим занятиям, лабораторному практикуму и расчетнографическим работам.
Студент также вправе не согласиться с итоговой рейтинговой оценкой и
на экзамене показать свои знания. При этом итоговая рейтинговая оценка
теряет силу и оценка, полученная студентом на экзамене,
считается
окончательной.
Лекционный теоретический материал дополняется самостоятельной
проработкой студентами некоторых разделов. При изучении теоретического
курса студенты сдают два коллоквиумов. При неявке на коллоквиум по
неуважительной
причине
студенту
выставляется
"0"
баллов.
Оценки
последующих пересдач суммируются с предыдущими и выставляется
средеарифметическая по каждому коллоквиуму, а в целом за теоретический
материал семестра выставляется средняя оценка из средних за каждый
коллоквиум.
На каждом практическом занятии и дома каждый студент решает свою
индивидуальную задачу, решение которой оценивается. При несвоевременной
сдаче задачи работа оценивается в 3 балла (в журнале учета текущей
успеваемости ставится знак "+"), а при не сдаче в установленный срок "-",
который после выполнения заменяется на "+".
Лабораторные работы выполняются в бригадах по 2 студента. При сдаче
отчета по лабораторной работе и ее защите в установленный срок оформляется
один отчет на бригаду. В случае несвоевременного предоставления отчета
каждый
член
бригады
предоставляет
отчет
индивидуально.
Также
индивидуальный отчет по лабораторной работе предоставляет студент, не
защитивший лабораторную работу в установленный срок. Оценивается
индивидуальная
защита каждой
лабораторной работы. При пересдаче
выставляется дополнительная оценка, и рейтинг по лабораторным работам
246
подсчитывается как среднеарифметическая оценка по среднеарифметическим
оценкам за каждую работу.
247
СЕКЦИЯ
«АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»
УДК 681.5:502:622.276
ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ УСТАНОВКИ
ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
М.И. Хакимьянов, В.А. Шабанов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа)
А.В. Лавринович
(НПО«Мир», г.Омск)
Практически
все
ведущие
нефтегазодобывающие
предприятия
занимаются разработкой и внедрением энерго- и ресурсосберегающих
мероприятий. Проводится энергоаудит всех технологических процессов с
целью определения звеньев, где эффективность использования энергетических
ресурсов недостаточно высока и имеется потенциал для оптимизации.
С этой целью на промышленных предприятиях стали широко внедряться
автоматизированные
системы
коммерческого
и
технического
учета
электроэнергии (АСКУЭ и АСТУЭ), позволяющие вести непрерывный
мониторинг
эффективности
потребления
электроэнергии
различным
оборудованием.
Самым
энергоемким
технологическим
процессом
на
всех
нефтедобывающих предприятиях является механизированная добыча нефти
скважинными насосами – 55…62% от общего потребления электроэнергии [1].
Среди нефтедобывающих скважин основным способом эксплуатации является
использование электроцентробежных насосов (ЭЦН). Свыше 54% всего фонда
скважин в РФ эксплуатируется ЭЦН, при этом из этих скважин извлекается
около 75% всей добываемой нефти[2]. Поэтому оптимизация технологических
процессов механизированной добычи нефти при помощи ЭЦН может дать
значительный эффект энергосбережения для предприятия в целом.
248
Структура потерь электроэнергии в узлах установки ЭЦН приведена на
рисунке 1. Как видно из рисунка 1, потребляемая установкой ЭЦН мощность
складывается из потерь в станции управления PСУ (обычно около 3%), в
трансформаторе PТР(около 3%),
в кабельной линии PКЛи мощности,
потребляемой погружным электродвигателем PПЭД.
Общая потребляемая мощность установки ЭЦН тогда может быть
записана в виде суммы мощностей ее отдельных элементов:
P  PПЭД  PКЛ  PТР  PСУ .
(1)
В приближенном расчете потери мощности в станции управления и в
трансформаторе могут быть выражены через их коэффициенты полезного
действия ТРи СУ. Тогда потребляемая из сети установкой ЭЦН мощность
может быть записана в виде:
P 
PПЭД  PКЛ
 ТР   СУ
.
Потери мощности в
станции управления
PСУ
Потери мощности в
трансформатореPТР
Потери мощности в
кабельной линии PКЛ
Мощность,
потребляемаяпогружн
ым электродвигателем
PПЭД
Рисунок 1 – Структура потерь мощности при подъеме скважинной жидкости
установкой ЭЦН
249
Мощность, потребляемая погружным электродвигателем PПЭД, в свою
очередь, складывается из мощности, потребляемой насосом PЭЦН, блоком
гидрозащиты PГ и всевозможными предвключенными устройствами PП, такими
как
газосепараторы,
назначение
диспергаторы
которых
–
и
приготовить
мультифазные
и
передать
насосы,
в
основное
основной
насос
мелкодисперсную квазиоднородную эмульсию газ-вода-нефть[3].
Таким
образом,
потребляемая
погружным
электродвигателеммощностьPПЭДбудет определяться выражением:
PПЭД 
где
PЭЦН  PГ  PП
 ПЭД
,
ПЭД – коэффициент полезного действия двигателя, определяемый по его
рабочей характеристике.
Мощности,
потребляемые
гидрозащитой
и
предвключенными
устройствами берутся из документации на данное оборудование, однако при
наличии регулирования частоты вращения должны приводиться к фактической
частоте вращения.
Потребляемая насосом мощность определяется потребным давлением
насоса
PД.П.,
его
секундной
подачей
QCи
коэффициентом
полезного
действияЭЦН:
PЭЦН 
PД.П.  QC
 ЭЦН
.
Нахождение потребного давления PД.П. является довольно сложным
гидравлическим расчетом и приводится в литературе [4].При этом учитываются
такие параметры, как плотность жидкости,динамический уровень жидкости в
скважине,буферное и затрубное давление, потери напора и давление работы
газа в колонненасосно-компрессорных труб.
Целью данного расчета является определение нормативного удельного
энергопотребеления установки ЭЦН и сравнение его с фактическим удельным
энергопотребелением. По результатам сравнения можно сделать выводы об
250
эффективности режима работы данной скважины и предложить способы ее
повышения.
Для определения объемного удельного энергопотребеления установки
ЭЦН следует энергию W, потребляемую из сети за время Т, разделить на объем
добытой нефти за то же время:
WУД.ОБ. 
где
W
QЧ  T
,
(2)
W – энергия, потребляемая из сети, кВт∙ч;
Т – время, ч;
WУД.ОБ. – объемный удельный расход электроэнергии, кВт∙ч/м3;
QЧ - часовая подача, м3/ч.
Следует отметить, что расчеты удобно выполнять по данным за один час.
При постоянномзначении мощности, потребляемой из сети, суммарная
потребляемая мощностьпо выражению (1) будет равна среднечасовой
мощности.Так как энергия,потребляемая из сети за один час численно равна
среднечасовой мощности,то W = Р∑. С другой стороны, объем добытой нефти
за один час равен часовойподаче. При этом формула (2) принимает вид
P
QЧ
WУД.ОБ. 
где
,
(3)
WУД.ОБ. – объемный удельный расход электроэнергии, кВт∙ч/м3;
Р∑ – среднечасовая мощность, потребляемая из сети, кВт.
Для определения массового удельного энергопотребеления установки
ЭЦН следует среднечасовую мощность разделить на часовой массовый дебит
по нефти Q’Ч:
WУД.М. 
где
P
Q'Ч
,
(4)
WУД.М. – массовый удельный расход электроэнергии, кВт∙ч/т;
Q’Ч - часовой массовый дебит по нефти, т/ч.
Часто удельный расход электроэнергии приводят еще к глубине скважин,
то есть измеряют в кВт∙ч/(км∙м3) и кВт∙ч/(км∙т). В этом случае в знаменателе
выражений (3) и (4) будет присутствовать еще глубина скважины:
251
где
WУД.ОБ. 
P
H СКВ  QЧ
,
WУД.М. 
P
H СКВ  Q ' Ч
,
HСКВ – глубина скважины, км.
Отметим, что средние значения удельного расхода электроэнергии в
установках ЭЦН на отечественных промыслах составляют, как правило,
10…20 кВт∙ч/м3 скважинной жидкости при глубине спуска насосов 1,5-3,0 км.
Выводы:
1 Нормативное
удельное
энергопотреблениеудобно
определять
по
потребляемой мощности и часовому дебиту скважин.
2 Нормативное удельное энергопотребеление может определяться по
объему добываемой скважинной жидкости в кВт∙ч/м3, по массе добываемой
нефти в кВт∙ч/т, а также по этим показателям, приведенным к глубине скважин:
в кВт∙ч/(км∙м3) и кВт∙ч/(км∙т).
3 Определение нормативного удельного энергопотребеления установки
ЭЦН и сравнение его с фактическим значением позволяет сделать выводы об
эффективности режима работы данной скважины и предложить способы ее
повышения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Ивановский В.Н. Энергетика добычи нефти: основные направления оптимизации
энергопотребления // Инженерная практика, 2011.- №6.- С. 18-26.
2 Маркетинговое исследование рынка установок штанговых глубинных насосов
(УШГН).
Аналитический
отчет.
Research.Techart.
2010:
[сайт].
URL:
http://www.techart.ru/files/research/walking-beam-pumping-unit.pdf (дата обращения 11 октября
2012).
3 Пещеренко
С.Н.,
Каплан
А.Л.,
Пещеренко
М.П.,
Ивашов
А.А.
Рабочие
характеристики ЭЦН с предвключенным диспергатором при работе на газожидкостной
смеси // Специализированный журнал Бурение & Нефть. 2011. №11.
4 Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти: Учебное пособие для вузов.- М.: ФГУП
Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003.- 816 с.
252
УДК 621.317.08
СИНТЕЗ ФАЗОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
ПО ЗАДАННЫМ ТЕХНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
В.М. Сапельников
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа)
Ж.А.Сухинец, А.И.Гулин
(Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа)
Внедрение систем автоматизированного управления (САУ) требует
решения задач, связанных с расчетом и проектированием сложных устройств.
Это вызывает необходимость дальнейшего развития методов логического
перехода от заданной характеристики устройства к самой электрической схеме.
Совокупность таких методов составляет теорию синтеза, одним из важнейших
разделов в котором является синтез устройств цепной трехполюсной структуры
(ЦТС). Вопросы синтеза таких цепей имеют, кроме того, и большое прикладное
значение, поскольку электрическая цепь может служить моделью и схемой
замещения [1, 2] многих явлений и процессов. Имеется и ряд других причин, к
числу которых, несомненно, относится резкое увеличение количества
устройств САУ, составленных из большого числа каскадно соединенных
элементов преобразователей. Использование в этих целях частотных датчиков,
преобразующих измеряемую величину в пропорциональную ей частоту или
фазу, совмещает простоту и универсальность, свойственную аналоговым
устройствам, с точностью и помехоустойчивостью, характерными для датчиков
с кодовым выходом.
В настоящее время разработаны частотные датчики, пригодные для
измерения почти всех известных физических величин. Кроме того, с
энергетической точки зрения самым сложным участком измерительного канала
[3,4] является участок от выхода датчика до входа усилительно-преобразующей
аппаратуры. Мощность же даже низкодобротных RC-датчиков с частотным
выходом на три – четыре порядка превышает мощности реостатных,
253
индуктивных,
тензорезистивных,
пьезоэлектрических
амплитудных
преобразователей.
Подобные схемы в виде искусственных RC или LC линий используются
также для регулирования фазовых сдвигов в САУ и полярно-координатных
компенсаторах [5,6] и позволяют регулировать фазовый сдвиг и частоту в
широких пределах. Основное преимущество их применения – простота
изготовления, использование лишь двух номиналов элементов, возможности
интегрального
исполнения
и
бесконтактных
способов
регулирования
параметров.
При измерениях параметров сыпучих материалов (уровня, влажности,
концентрации веществ и т.п.) применяют преобразователи с распределенными
параметрами (ПРП) и длинные линии [7,8], схемы замещения которых
представляют
ЦТС.
Таким
образом,
исследование
и
проектирование
преобразователей с ЦТС в настоящее время актуально.
Искусственная линия, работающая как фазовращатель на π радиан,
содержит конечное число п/2 RC- звеньев (рисунок 1), каждое из которых
считается двуплечим. Изменение угла сдвига фаз в этом фазовращателе
достигается с помощью, переключателя S.
0
RRR
S2
R
4
n-2
n
Ui
U0
CCC
C
Рисунок 1 –RC-фазовращатель
Во многих работах, например [5], каждый из однородных параметров
плеча Т (Rили С) предлагается определять из полного Тп (Rп илиCп), делением
последнего на число звеньев n, что приводит к методической погрешности в
значениях фазового сдвига, резко возрастающей с уменьшением числа звеньев.
254
Т
Рассмотрим
методику
синтеза
Тп
.
n/2
искусственной
линии
в
качестве
фазовращателя с устранением этой методической погрешности.
Предположим,
необходимо
получить
фазовой
сдвиг
между
напряжениями на входе U0и выходе Un, равным π радиан. Тогда функция
преобразования (ФП) K n , согласно [8], будет равна
K n  chβl ,
где β- постоянная сдвига фазы,
l- полная длина линии;
β
ω  C0  R0
,
2
где ω- угловая частота;
Roи Co- первичные параметры линии.
Так как в данном случае
βl  π ,
то ФП искусственной линии равна
(1)
Kn= - 11,6.
Знак минус показывает, что напряжение в конце линии Un сдвинуто по
отношению к напряжению на входе Uона 180°, а модуль его будет в 11,6 раз
меньше модуля Uo.
Подставив в (1) значение β, получим выражение для угловой частоты ω0
напряжения U0, которое необходимо подать на вход, чтобы получить фазовый
сдвиг напряжения Un в конце линии, равный 180°.
ω0 
2π 2
,
RпCп
(2)
где Rп=R0lи Сп=C0l- полные сопротивление и емкость линии соответственно.
На практике при изготовлении дискретного фазовращателя с конечным
числом звеньев представляет интерес определение значений элементов R и С в
плечах соответственно. Исследования в этом направлении позволили впервые
получить следующую их взаимосвязь с полными параметрами
255
RC  kn
RпCп
,
2 2
где коэффициента kn,зависящий от числа плеч п, определяется из выражения [9]
P
 (1) k
i
i 0,1...
2i 1
n
C02,54ni12i  0,
(4)
2 4i
где C0,5
n 1 2i - сочетания из 2+4iэлементов по 0,5п+1+2iэлемента;
p= 0,25n- 1 - для четных 0,5n;
p= 0,25(n+ 2) - 1 - для нечетных 0,5n, зависящий от числа плеч п ЦТС.
Например, для десятиплечего (пятизвенного) фазовращателя уравнение (4) будет
иметь вид
15k  28k 3  k 5  0.
Уравнения высоких степеней решаются на ПЭВМ по стандартной
программе. Из всех вещественных положительных значений корней уравнения
(4) выбирают те, которые не больше
(трехзвенному)
фазовращателю,
т.
6 , соответствующего шестиплечему
к.
использование
других
значений
удовлетворяющих (4), для определения значений Rи Спри изготовлении
фазовращателя, приведет к сдвигу фаз на 2πрадиан и более.
Такой подход полностью исключает расхождение между расчетными и
экспериментальными данными при построении дискретного фазовращателя с
любым числом звеньев, не менее трех, что показано в работе [5].
Шаг дискретности отсчета фазы зависит от числа звеньев n/2 и на частоте
ω0 равен
3600
Δφ 
.
n
Весьма удобным для построения дискретных фазовращателей является
использование свойств ЦТС с распределенными Lи Спараметрами замкнутыми
на волновое сопротивление Zc, в которых устанавливаются бегущие волны [5],
позволяющие получать
дискретные величины фазового сдвига от звена к звену (рисунок 2).
256
0
S 24
LLL
U0
n
Ui
CCC
R
Рисунок 2 –LC-фазовращатель
Пользуясь выражением для β [5] находим, что в нашем случае
β  ω L0C0 .
Для всей линии в целом имеем Lп=L0l и Cп=С0l, тогда
βl  ω LпCп .
(5)
Из (5) находим частоту ω0, при которой напряжения на входе и выходе
линии сдвинуты на 180°, т.е. βl=π
π
.
LпCп
ω0 
(6)
В [8] также впервыеустановлено, что частота, при которой происходит
сдвиг фазы на πрадиан в п-плечей ЦТС с сосредоточенными Lи С параметрами,
определяется из выражения
ω0 
hn
LC
.,
(7)
где hn - зависит от числа плеч nи определяется из выражения
0,5 n 1
 (1) h
i
i 0,1...
n  2  2i
n
Cnni2i11  0,
(8)
где Cnni2i11 - число сочетаний из n-i-1 элементов по п -2i-1 элемента.
Так для трехзвенного (шестиплечего) фазовращателя уравнение (8) будет
3  4h62  h64  0,
откуда
hn=h6 = 1.
Из всех значений hпимеют физический смысл лишь те, которые не более
2 , соответствующие двухзвенному (четырехплечему) фазовращателю. Другие
значения hпне удовлетворяют свойствам ЦТС, в которых устанавливаются
257
бегущие волны (возникают затухания и φ≠ 1800). При построении точных
многозвенных дискретных фазовращателей (п> 14) уравнения для определения
hпимеют высокие степени, решаемые на ПЭВМ по стандартной программе.
Приравняв
выражения
(6)
и
(7)
находим
взаимосвязь
между
распределенными параметрами ЦТС и сосредоточенными, используемыми в
качестве дискретного фазовращателя на n/2 положений, т.е.
LC  hn2
LпСп
.
2
Такие фазовращатели дают возможность получать фазовый сдвиг на
частоте ω0 в пределах от 0 до 180° с шагом дискретности, определяемым
числом звеньев n/2, т.е. φ  3600 / n.
Сдвиг фазы на i-том звене равен
i
φπ .
n
При подаче на вход произвольной частоты ωполучим фазовый сдвиг ψ ≠ π
ψ  ω LлСл
(9)
Из выражений (6) и (9) находим влияние частоты переменного
напряжения f, приложенного к входу фазовращателя, на пределы изменения
сдвига фаз и шаг дискретности
ψ  πf / f 0 .
(10)
Из выражения (10) легко определить необходимое изменение частоты
входного напряжения, чтобы получить фазовращатель на требуемый диапазон
действия, что особенно важно при построении преобразователей номинальной
частоты в код для датчиков с частотным выходом.
Таким образом, результаты исследований впервые позволили полностью
исключить методическую погрешность в значениях частоты или фазы при
любом числе плеч как для RC , так и для LC –схем замещения ЦТС с
распределенными параметрами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
258
1. Веников В.А. Теория подобия и моделирование (применительно к задачам
электроэнергетики). М.: Высшая школа, 1984. 439 с.
2. Гиллемин Э.А. Синтез пассивных цепей / пер. с англ. М.: Связь, 1970. 448 с.
3. Барсуков Ф.И., Русанов Ю.Б. Элементы и устройства радиотелеметрических
систем. – М.: Энергия, 1973. 256 с.
4. Новицкий П.В., Кнорринг В.Г., Гутников В.С. Цифровые приборы с частотными
датчиками. Л.: Энергия. 1970. 424 с.
5. Асеев Б.П. Фазовые соотношения в радиотехнике. М.: Связьиздат, 1959. 280 с.
6. Сапельников В.М. К расчету RC-фазорегулятора для поярно-координатного
компенсатора
или
фазометра.
//
Некоторые
вопросы
контроля,
автоматизации
и
телемеханизации нефтедобывающей промышленности: Уфа. Башкнигоиздат, 1966. – С. 65 72.
7. Викторов В.А. Резонансный метод измерения уровня. М.: Энергия, 1969. 192 с
8. Гулин А.И., Сухинец Ж.А. Анализ и синтез цепных структур методом функций
преобразования.
ISBN:
978-3-8443-5353-2
Deutschland,
Saarbrücken:
LAPLAMBERTAcademicPublishing. 2011. 198 с.
УДК 621.771.016
РЕЖИМЫ РАБОТА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОЛЩИНЫ ПОЛОСЫ ШИРОКОПОЛОСНОГО
СТАНА 2000 ОАО «ММК»
В.Р.Храмшин, С.А.Петряков, Р.А.Леднов
(Магнитогорский государственный технический университет,
г. Магнитогорск)
Схема расположения нажимных устройств чистовой группы стана 2000
ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат (ОАО «ММК») приведена
на рисунок 1. В семи чистовых клетях прокатка ведется до получения полосы
заданной толщины на выходе стана. Комплекс САРТ чистовой группы клетей
включает
в
себя:
гидравлические
нажимные
устройства
(ГНУ),
непосредственно систему автоматического регулирования толщины (САРТ),
систему изгиба рабочих валков клетей [1]. Основной регулятор САРТ выполнен
259
по принципу косвенного измерения толщины полосы в прокатываемой клети. В
качестве основной коррекции применяется коррекция по сигналу от выходного
толщиномера.
Косвенное регулирование толщины
Основным режимом САРТ является поддержание толщины полосы на
выходе каждой клети на основе косвенного ее вычисления по зависимости
Симса-Головина [2]. Целью данного режима является получение проката с
минимальной продольной разнотолщинностью.
В системе осуществляется
запоминание выходной толщины на момент включения САРТ и поддержание
ее до конца партии либо до ручного вмешательства оператора, когда
происходит запоминание нового значения. Однако при данном способе
регулирования может возникать отклонение толщины в сторону уменьшения
(статическая ошибка) из-за того, что запоминание толщины происходит выше
по кривой температурного клина (рис. 2) и, следовательно, в момент
включения, при входе полосы в следующую клеть САРТ начинает стремиться в
эту точку и разводит клеть.
График отклонения толщины для следующих полос будет выглядеть
аналогично линии 1 на рисунке 2. В результате средняя толщина полосы
снижается относительно заданной. Данный способ коррекции толщины
начинает работать, когда полоса заходит в следующую клеть. Включение его
сразу же при входе полосы в данную клеть на практике приводит к резким
изменениям зазора клети, в результате чего происходит застревание полосы в
следующей клети. Достоинством данного способа является получения партии
полос с “одинаковой” выходной толщиной (отклонение выходной толщины для
партии полос одно и то же).
260
261
нл
7
lc
мо
8
lc
мо
нл
9
lc
мо
нл
10
lc
мо
нл
ги
САРТ
11
ГЦ
НВ
lc
мо
ГНУ
нл
ги
САРТ
12
ГЦ
НВ
lc
мо
ГНУ
нл
ги
САРТ
Рисунок 1 – Функциональная схема САРТ чистовой группы стана 2000
нл
ГЦ
ГЦ
ГНУ
ГЦ
САРТ
ГЦ
ГНУ
НВ
САРТ
НВ
ГНУ
НВ
САРТ
НВ
ГНУ
13
ГЦ
НВ
ГНУ
lc
X-RAY
НВ – система управления электроприводом нажимных винтов; ГНУ– гидронажимные устройства; НЛ – система управления
направляющими линейками; ГИ – система управления гидроизгибом рабочих валков; МО – система межклетевого охлаждения полосы;
ГЦ – гидроцилиндр клети; lc – месдозы; Х-RAY – толщиномер
САРТ
САРТ
1
Рисунок 2 – Дефект горячекатанной полосы – температурный клин
Вместе с тем необходимо учитывать, что в САРТ с косвенным
измерением по принципу Симса-Головина все неконтролируемые изменения
свободного зазора между валками преобразуются в отклонение толщины
полосы от заданного значения. Это является основным недостатком данного
способа регулирования. К неконтролируемым изменениям межвалкового зазора
относятся: изменения диаметров опорных и рабочих валков, изменения
толщины
масляной
эксцентриситет
опорных
вышеперечисленных
дополнительные
пленки
в
валков
возмущающих
корректирующие
подшипниках
и
др.
жидкостного
Поэтому
воздействий
устройства,
для
устранения
необходимо
например,
трения,
применять
компенсацию
масляной пленки, компенсацию нагрева валков, компенсацию эксцентриситета
опорных валков за счет коррекции по сигналу от выходного толщиномера.
Коррекция толщины от выходного толщиномера
Целью данной коррекции является получение заданной выходной
толщины
полосы.
При
этом
возможно
увеличение
продольной
разнотолщинности на полосе. Данная коррекция является относительно
“медленной” в силу транспортного запаздывания. Принцип рассмотрен в [3],
работа совместно с системой косвенного регулирования толщины поясняется с
помощью рисунка 3.
262
2
1
1 – только косвенная коррекция САРТ;
2 – косвенная коррекция и коррекция от толщиномера
Рисунок 3 – Работа САРТ с коррекцией от толщиномера
Сравнение рис. 2 и 3 показывает, что совместное применение двух
корректирующих воздействий позволяет добиться ликвидации установившейся
ошибки регулирования толщины на основном участке полосы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петряков С.А., Храмшин В.Р. Система автоматического регулирования толщины
широкополосного стана горячей прокатки // Электропривод, электротехнологии и
электрооборудование предприятий: Сб. науч. тр. III Всерос. науч.-техн. конф. (с
международным участием). – Уфа: ИД «Чурагул», 2011. – С. 264–268.
2. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства. –
М.: Высшая школа, 1977. – 391с.
3. Филатов А.С., Зайцев А.П., Смирнов А.А. Автоматические системы стабилизации
толщины полосы при прокатке. – М.: Металлургия, 1982. – 128 с.
263
УДК697.1
АВТОМАТИЗАЦИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО
ПУНКТА КОРПУСА ЭТФ
А.Н.Лыков, А.М.Костыгов , С.А.Пырков, Д.А.Власов
(Пермский национальный исследовательскийполитехнический университет,
г.Пермь)
Ниже рассмотрены базовые принципы реализации автоматизированных
тепловых пунктов (АТП), их необходимость и актуальность. Предложен
вариант исполнения АТП на примере корпуса ЭТФ ПНИПУ.
В 2012 году согласно ФЗ №261 в основном закончилась работа по
установке приборов учета потребления тепловой энергии в многоквартирных
домах, административных, офисных и общественных зданиях. В г. Перми
приборы учета тепловой энергии уже установлены на
75% от заявленной
потребности.Фактическое потребление тепловой энергии по приборам учета по
группам домов в г.Перми оказалось ниже в сравнении с потреблением по
нормативам от 10% до 20%.
У потребителей после установки приборов учета начинаются раздумья –
каким образом минимизировать затраты на отопление и ГВС. В ближайшие
годы по экономическим причинам будет
неизбежен переход от ЦТП к
автоматизированным ИТП (АТП) в каждом крупном здании.Множество зданий
требуют регулирования температуры в помещениях в течении суток, в
выходные и праздничные дни. Все источники подтверждают, что итоговое
теплосбережение может достигать 40% (гимназия №33, ТСЖ «Горького, 60»
г.Перми и др.).
В перспективе каждый дом будет оснащен автоматизированной
системой учета потребления энергоресурсов, включающей узел учета тепла,
воды, электроэнергии, газа на здание в целом, многотарифные электросчетчики и водосчетчики холодной и горячей воды, счетчики газа, а также
теплосчетчики при горизонтальной разводке в каждой квартире, с передачей
264
показаний в районный и центральный диспетчерские пункты (система Smart
Metering – «Умный учет»).
Комплексное автоматическое регулирование в АТП включает в себя
следующие базовые принципы:
- Поддержание температуры ГВС нормативными требованиями.
- Отказ от применения элеваторных узлов смешения, как работающих
устойчиво только в нерегулируемых системах отопления.
- Применение регулируемых клапанов и циркуляционных насосов с
частотно-регулируемым электроприводом в системе отопления является
настоятельной необходимостью.
- Регулирование температуры
теплоносителя, подаваемого в систему
отопления в зависимости от температуры наружного воздуха либо от
температуры в референтном помещении здания (последнее предпочтительнее).
- Индивидуальное
автоматическое регулирование на каждом отопи-
тельном приборе термостатом, обеспечивающее поддержание заданной
температуры помещения.
- В регулируемых системах отопления при повышении сопротивления у
отопительных приборов после установкитермостата двухтрубная (вертикальная
или горизонтальная поквартирная) система отопления оказывается наиболее
эффективной, обладающей повышенной теплогидравлической устойчивостью.
- Количественное
местное
регулирование
в
сторону
снижения
теплопотребления потребует и у производителей тепла переходить на
комбинированное (количественно-качественное) регулирование.
- Расширение
применения
горизонтальных
систем
отопления,
исключающих прокладку стояков в помещениях и позволяющих потребителям
самим по желанию контролировать свое теплопотребление по теплосчетчику,
устанавливаемому на вводе в помещение аналогично электросчетчику.
-Зависимые схемы отопления имеют преимущества перед независимыми.
Они
проще,
а
значит
и
дешевле
–
не
требуются
дополнительные
теплообменники, подпитывающие устройства. При аварийном отключении
265
электричества
осуществляется
циркуляция сетевой воды в зависимой системе отопления
под
воздействием
располагаемого
напора,
если
регулировочный клапан будет открыт под воздействием электронной пружины.
Этим исключено размораживание. Независимые системы отопления требуются
только для высотных зданий.
- При регулировании теплопотребления "релейным" методом (включение отключение) на период отключения отопления в «нерабочее» времясмесительный
насос в отопительной установке на холодное время года надо оставлять
включенным, не допуская размораживания системы.
- Приоритет ГВС перед системой отопления здания в периоды утреннего и
вечернего
максимумов
водоразбора
ГВС
(так
называемое
"связанное
регулирование"), используя большую аккумулирующую тепловую способность
здания. Это позволяет сделать расход воды в подающей магистрали более
постоянным и снизить максимум потребления сетевой воды.
-Интересы теплоснабжающих предприятий будут в перспективе учтены
изменением тарифной политики, в частности, путем введения двухставочную
системы оплаты – за тепловую мощность и тепловую энергию, чтобы
стимулировать эффективное использование сетевой воды.
- Процесс внедрения АТП будет растянут на длительный переходный период.
Система автоматизации АТП должна быть легко адаптируемой к изменениям
нормативной и законодательной базы, появлением новых средств автоматизации,
алгоритмов
управления,
быть
открытой
по
программным,
техническим,
интерфейсным средствам.
Конкретное исполнение АТП зависит от величины располагаемого
напора, величины ограничения потребления сетевой воды, финансовых
возможностей и других индивидуальных особенностей потребителя.
Базовые принципы автоматизации АТП были реализованы для ИТП
корпуса ЭТФ. Автоматизация проведена с использованием программнотехнического комплекса (ПТК) КОНТАР производства фирмы «МЗТА». ПТК
КОНТАР
(в
дальнейшем
КОНТАР)
266
–
это
комплекс
средств
для
автоматического управления, сбора и передачи информации (мониторинга) и
дистанционного управления (диспетчеризации). КОНТАР является основой для
решения как простых, так и сложных задач автоматизации, представляя собой
сочетание небольшого набора простых и надёжных технических средств
("железа") с развитым открытым программным обеспечением. Свободно
программируемые контроллеры, имеющие доступ к инструментальным
программам КОНГРАФ, КОНСОЛЬ, КОНТАР SCADA и КОНТАР АРМ,
позволяют проектанту, наладчику и пользователю выбрать наиболее удобный
вариант для решения поставленных задач.
Реализованная схема АТП корпуса ЭТФ ПНИПУ приведена на рис. 1.
1 -пластинчатый теплообменник, 2- насос смесительно-повысительный системы
отопления, 3- насос циркуляционный системы ГВС, 4- клапан двухходовой системы ГВС,
5- клапан трёхходовой регулирующий системы отопления
Рисунок 1 - Модернизированная схема АТП
С целью экономии электроэнергии и для качественного регулирования
применены циркуляционный насос в ГВС и смесительно-повысительный насос
267
в контуре отопления. Оба насоса управляются от частотно-регулируемых
приводов.
Всистеме отопления возможны следующие алгоритмы реализации:

Регулирование
температуры прямой отопительной воды по
нужному для потребителя отопительному графику в функции температуры
наружного воздуха во всем диапазоне ее изменения.

Регулирование температуры прямой отопительной воды в функции
заданной температуры референтного помещения в течении суток.

Регулирование
перепада
температур
прямой
и
обратной
отопительной воды в функции температуры наружного воздуха.

Поддержание постоянства перепада давления в системе отопления.

Ограничение расхода сетевой воды на отопление и ГВС заданным
значением с приоритетом ГВС ("связанное регулирование").
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Энергетика, инновационные направления в энергетике. САLS-технологии в
энергетике. Материалы 2-ой Всероссийской научно-технической Интернет-конференции./
А.Н.Лыков. Энергосбережение: проблемы и перспективы. Стр.9-21. Изд-во ПГТУ, 2009.
2. Пырков В. В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование. Киев:
«Такi справи», 2007. 252 с.
УДК 621.31
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕСПРОВОДНЫХ ДАТЧИКОВ ДЛЯ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
Ф.Ф. Хусаинов (МАЭ02-12-01), М.И. Хакимьянов
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа)
Технологические
процессы
в
топливно-энергетическом
комплексе
промышленности, такие как добыча, транспортировка и переработка нефти и
газа, требуют глубокого внедрения автоматических систем контроля и
268
управления. Современные системы контроля и управления представляют собой
многоуровневые комплексы, назначение которых – обеспечение максимальной
производительности и надежности работы технологических установок во время
всего цикла работы.
К оборудованиюавтоматических систем контроля и управления относят
датчики, различные контроллеры, станции управлении и телеметрические
каналы передачи информации, которые могут быть проводными, оптическими,
радиомодемными, сотовыми и спутниковыми.
С недавнего времени при проектировании таких систем наметилась
тенденция к использованию беспроводных технологий, так как применение
датчиков с проводным интерфейсом часто вызывает определенные трудности,
связанные с монтажем датчиков на подвижных и вращающихся объектах, где
кабель быстро изнашивается и обрывается, а также с установкой в
труднодоступных и удаленных местах. Также необходимо отметить, что
организация беспроводных каналов передачи информации в большинстве
случаев обходится значительно дешевле, чем прокладка
специальных
кабельных сетей.
Однако применение беспроводных датчиков связано с некоторыми
эксплуатационными неудобствами, такими как необходимость регулярной
замены элементов питания, дальность передачи радиосигнала и ограниченное
применение из-за климатических условий.
Решением перечисленных выше неудобств может быть использование
новых типов химических элементов питания (литиевых,серебряно-цинковых и
других), которые имеют высокую емкость (до 10 А·ч и выше) и сохраняют
работоспособность в широком диапазоне температур (при температурах до
минус 30…40ºС и ниже), а также появление новых малопотребляющих
электронных компонентов и радиоинтерфейсов, позволяющих проектировать
датчики, обеспечивающие длительный ресурс работы без замены элементов
питания [1].
269
Одним из перспективных направлений решения описанных выше
проблем
является
использование
альтернативных
источников
энергии:
солнечных батарей, тепла, измеряемого электрического напряжения в датчиках
электрических величин, напряжения, вырабатываемого пьезогенераторами в
датчиках веса и силы.
На рисунке 1 представлена предложенная авторами структурная схема
датчика
усилияс
беспроводным
интерфейсом,
питание
которого
осуществляется за счет электроэнергии, вырабатываемой пьезогенератором.
Устройство может использоваться в системах динамометрирования штанговых
глубиннонасосных
достаточно
велики
установок,
(до
где
100 кН),
прикладываемые
не
требуется
к
датчику
обеспечение
усилия
высоких
метрологических характеристик и высокой частоты измерений.
Датчикустанавливается в узле канатной подвески станка-качалки и
измеряет
усилие,
возникающее
между
траверсами
при
возвратно-
поступательном движении штока. Датчик содержит чувствительные элементы
ЧЭ, измерительную цепь ИЦ, аналогово-цифровой преобразователь АЦП,
микроконтроллер МК и радиопередатчик РП. Питание всех элементов датчика
осуществляется от аккумуляторной батареи АКБ, которая подзаряжается
электроэнергией, вырабатываемой пьезогенератором ПГ при его циклическом
непрерывном нагружении.
Рисунок 1 – Структурная схема беспроводного датчика усилия с пьезогенератором для
систем динамометрирования
270
Все электронные компоненты такого датчика должны иметь малое
энергопотребление, а также в перерывах между измерениями переключаться в
«спящий
режим».
Современные
микроконтроллеры,
построенные
по
«нановаттной» технологии, обладаютдостаточно низким энергопотреблением.
В «спящем режиме» обеспечивается потребление до 100 нА, встроенные часы
потребляют 800 нА. Характеристики некоторых из таких микроконтроллеров
приведены в таблице 1.
Таблица 1  Сравнение характеристик микроконтроллеров
Количество выводов
Flashпамять программ
Объем энергонезависимой
памяти данных EEPROM,
байт
ОЗУ, байт
Потребление в режиме
«глубокого сна», нА
Потребление в режиме
«сна», нА
Время выхода из режима
«сна», мкс
Потребление WDT, нА
Потребление RTC, нА
Потребление при работе на
частоте 1MГц, мкA
MSP430F21X1 PIC16LF72X PIC18F14K50 PIC24F16KA102
20/24
28/44
20
20/28
4-8
3.5-14
8-16
8-16


256
512
256
368
768
1536



20
100
20
24
25
3
5
5
1
700
700
500
500
450
790
420
520
250
110
170
195
В качестве радиоинтерфейса целесообразно использовать протокол
«ZigBee», обладающий рядом существенных достоинств, таких как низкое
энергопотребление и гибкие возможности построения сетей передачи данных
[2, 3].
Следует отметить, что при снижении уровня энергопотребления датчика
разработчики
ограничивают
быстродействие
и
метрологические
характеристики устройства. Так, использование всевозможных программных
алгоритмов цифровой обработки сигналов, фильтрации и интегрирования
способны значительно увеличить потребляемый микроконтроллером ток.
Таким образом, могут быть сделаны следующие выводы:
271
1 Преимуществом
беспроводных
датчиков
является
возможность
установки в труднодоступных и удаленных местах, на подвижных и
вращающихся объектах, где применение устройств с проводным интерфейсом
затруднительно.
2 Современная
микроэлектронная
элементная
база
позволяет
проектировать устройства с низким энергопотреблением, которые способны
обеспечить длительную работу с автономным питанием.
3 При
энергии
использовании
можно
альтернативных
значительно
увеличить
возобновляемых
ресурс
источников
непрерывной
работы
беспроводных датчиков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 М.И.
Хакимьянов.Беспроводные
технологии
в
промышленных
датчиках
//
Повышение надежности и энергоэффективности электротехнических систем и комплексов:
межвузовский сборник научных трудов / редкол.: В.А. Шабанов и др.– Уфа: Изд-во УГНТУ,
2010. – С. 189-198.
2 Алексеев В. Полностью законченные ZigBee–модули фирмы Radiocrafts //
Компоненты и технологии, №3, 2006.
3 Байчаров С. Выбор технологии беспроводного обмена данными для решения задач
автоматизации
систем
жизнеобеспечения
офиснопроизводственных
помещений
//
Беспроводные технологии, №2, 2007.
УДК 681.568.5
ОПТИЧЕСКИЙ СЕНСОР ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ВАЛА
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
С.В. Чигвинцев, Д. А. Альтеджани (МАЭ02-11-01)
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
Для векторных систем управления частотно-регулируемым синхронным
электроприводом
магистральных
насосов
параметров, как угол положения ротора
272
необходимы
датчики
таких
θ и частота его вращения ω.
Применение таких датчиков обеспечит работу синхронного электродвигателя в
режиме вентильного.
Новые вентильные электродвигатели, как правило,
оснащены такими датчиками, а большой парк эксплуатируемых сегодня
синхронных электродвигателей не имеют штатных датчиков параметров
движения ротора (ДПДР). Кроме того, конструкция уже установленных
синхронных электродвигателей серии СТД не предусматривает установку
серийно выпускаемых датчиков.
Первое
требование
эксплуатируемые
к
ДПДР
электродвигатели
-
возможность
без
изменения
его
их
установки
на
конструкции
и
конструкции насосного агрегата.
Второе требование – отсутствие механического контакта чувствительного
элемента датчика с валом.
Третье требование – нечувствительность к загрязнениям поверхности
вала.
Четвертое требование – погрешность измерения положения вала и
частоты его вращения – не более 30. Абсолютная погрешность измерения
положения вала вентильного электродвигателя в станках с числовым
программным управлением с датчиками ВЕ-178А составляет от 0,1440 до
3,60[1].
Поскольку
насосный
агрегат
не
относится
к
прецизионному
оборудованию, то допустимой можно считать погрешность измерения
положения вала электродвигателя в пределах 1-30.
Наиболее полно изложенным требованиям отвечает датчик с матричным
оптическим сенсором и цифровым сигнальным процессором, которые
производятся фирмой Avago [2].Принцип действия такого датчика пояснен на
рисунке 1
273
.
Рисунок 1 – Оптический сенсор параметров движения ротора
Оптический датчик работает следующим образом. Поверхность вала
посредством системы линз облучается при помощи светоизлучающего (СИД)
или лазерного (ЛД) диода. Отраженный от этой поверхности свет через
собирающую линзу попадает на приемную оптическую матрицу микросхемы,
которая делает последовательные снимки поверхности и передает их на
обработку. В цифровом сигнальном процессоре каждый последующий снимок
сравнивается с предыдущим, в
результате чего определяется направление,
величина перемещения вала и скорость вращения.
Основными показателями оптического сенсораявляются: частота кадров в
секунду ffps (fps – framepersecond), максимальная скорость перемещения vips (ips
– inchespersecond) и
разрешающая способностьΔncpi, выражающаяся в
количестве отсчетов на дюйм (cpi – countsperinches). Эти показатели позволяют
рассчитать точностные характеристики сенсора параметров движения ротора
электродвигателя.
Разрешающая
способность
и
погрешность
датчика
может
быть
определена через количество отсчетов на дюйм и частоту кадров. Синхронная
частота вращения валаω0 синхронного турбодвигателя серии СТД при частоте
f=50 Гц составляет 50 об/с, или через угловые градусы в секунду
ω0Г = 360f = 360*50 = 18000 0/с.
Тогда разрешающая способность по углуΔθ для датчика ADNS-6000[2]
Δθ = ω0Г/ffps = 18000/7080 = 2.540.
274
Разрешающая способность оптического датчика через количество
отсчетов на дюйм зависит от диаметра вала электродвигателяD.Диаметры валов
турбодвигателей серии СТД мощностью от 630 до 12500 кВт составляют
соответственно от 80 до 200 мм[3].Длина окружности вала в миллиметрах С мм
= πDпри этом будет в пределах 251 – 629 мм, а в дюймах Сi = 10″ – 25″. При
этом количество отсчетов Nза один оборот вала можно определить по формуле
N = ΔncpiCiи будет находиться в диапазоне от 3989 до 9973. Тогда разрешающая
способность по углу через количество отсчетов Δθcpi = 360/N составит 0,090 –
0,0360.
Скорость перемещения поверхности вала vi = fСi/tи в зависимости от
диаметра вала составит 498 – 1247 ″/c, что в 10 – 60 раз превышает
максимальную скорость существующих датчиков (vips= 20 – 45 ″/c) [2].
Результаты вычислений показывают, что для реализации ДПДР на основе
оптического сенсора потребует повышения их быстродействия, например за
счет тактовой частоты.
Другой путь решения проблемы созданиедатчика в виде отдельной
конструкции. Из соотношения vips>πdf диаметр вала dдля серийных оптических
сенсоров Avagoне должен превышать 3,2 – 7,3 мм. Следует отметить
невысокую стоимость оптических сенсоров и их доступность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Преобразователи угловых перемещений [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
www.urma.com.ua.
2 Швечиков И. Оптические датчики. //Компоненты и технологии № 4, 2006 г.
3 Каталог электродвигателей [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://www.artr.ru/Motor/ArmaTrade_Motor_SinhVzr/ArmaTrade_Motor_SinhVzr_STD.htm.
УДК 681.568.5
275
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ИНДУКТИВНО-РЕЗИСТИВНЫЙ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
И.С. Чигвинцев
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа)
Амплитудно-фазовые
измерительные
преобразователи
перемещения
(АФИПП) можно использовать в датчиках параметров движения ротора для
векторного управления электродвигателем. В результате оптимизации АФИПП
по частному критерию – максимуму амплитуды выходного напряжения [1]
были выявлены в качестве наилучших индуктивно- и емкостно-резистивные
преобразователи. Оптимизация проводилась при равных ограничениях на
диапазоны изменения управляемых параметров и при условии неизменности
амплитуды во всем диапазоне преобразования.
Построениеоптико-электронных
датчиков параметров движения
на
основе емкостно- и индуктивно-резистивных АФИПП затрудняется тем, что не
существует управляемых светом индуктивностей и емкостей, а резистивнорезистивные АФИПП почти в 3,5 раза уступают в эффективности емкостно- и
индуктивно-резистивным.
Решение данной задачи возможно при использовании электронных
емкостей и индуктивностей на основе конверторов сопротивлений. Это
позволит создать датчик в виде оптико-электронной интегральной микросхемы.
Учитывая, что конденсатор в микроэлектронном исполнении создать проще,
чем индуктивность, реализацию измерительного преобразователя следует в
виде индуктивно-резистивного с электронной индуктивностью.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1Чигвинцев, С.В., Чигвинцев, И.С. Оптимизация амплитудно-фазовых измерительных
преобразователей
параметров
движения.
//
Инновационные
направления
развития
электропривода, электротехнологий и электрооборудования. – Уфа, изд-во УГНТУ, - 2012.
276
СЕКЦИЯ
«ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ. ЭНЕРГОАУДИТ»
УДК 620.9
КОМПЛЕКС МЕР ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ, КАК НЕОТЪЕМЛЕМАЯ
ЧАСТЬ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
А.Р. Голованова, Д.А. Семендяев
(Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет, филиал
в г. Салават)
Эффективное
использование
энергетического
потенциала
является
необходимой основой для модернизации промышленной сферы и всей
экономики. Повышение эффективности использования энергии сегодня
превратилось в государственную задачу первостепенной важности.
Главным
резервом
экономии
электроэнергии
в
системах
электроснабжения является в настоящее время применение энергосберегающих
технологий
(совершенствование
существующих
и
применение
новых).
Предлагаю конкретные пути по повышению энергоэффективности.
1. Энергосбережение в системе освещения.
1.1. Исполнение освещения в соответствии с действующими нормами,
недопущение избытка или недостатка освещенности;
1.2. Замена ламп накаливания на энергосберегающие (компактные
люминесцентные, светодиодные лампы), экономия электроэнергии составит до
70%, от ранее потребляемой ими;
1.3.
Замена
люминесцентных
ламп,
на
люминесцентные
лампы
повышенной энергетической эффективности, экономия до 5%;
1.4. Замена пускорегулирующей аппаратуры (ПРА) низкого класса
энергоэффективности, на более энергоэффективную ПРА, экономия до 10%;
277
1.5. Сегментация контуров освещения, с возможностью выключения как
отдельного сегмента, так всего освещения, экономия до 10%.
1.6 Применение фотодатчиков и датчиков движения для управления
сетями освещения - позволит избежать нерационального использования
электроэнергии.
2. Энергосбережение в системе отопления.
2.1. Оснащение системы отопления прибором учета тепловой энергии.
Позволяет
осуществлять
качественный
и
количественный
мониторинг
энергозатрат, производить расчеты с теплоснабжающей организацией, в
соответствии с действительным потреблением тепловой энергии;
2.2. Проведение своевременной промывки, химической очистки системы
отопления, экономия до 10%;
2.3. Гидравлическая наладка, регулировка, организация регулярного
технического обслуживания системы отопления, экономия до 10%;
2.4.
Автоматизация
управления
системой
отопления,
установка
(оборудование) индивидуального теплового пункта (ИТП), экономия до 25%;
2.5. Проведение периодического тепловизионного обследования позволит
выявить источники тепловых потерь.
2.6. Проведение работ по снижению теплопроводности ограждающих
конструкций - своевременная оклейка окон, замена оконных рам на менее
теплопроводные, утепление стен, чердачных и подвальных перекрытий.
2.7. Применение современных теплоизоляционных материалов позволит
снизить тепловые потери.
2.8.
Замена
неисправных
радиаторов
отопления,
применение
индивидуальных терморегуляторов, установка отражающих экранов. Снижение
энергозатрат до 15%.
2.9. Применение инфракрасных обогревателей в качестве альтернативы
центральному отоплению.
3. Энергосбережение в системе водоснабжения (холодного, горячего).
278
3.1. С целью получения возможности мониторинга потребления холодной
и горячей воды, а также возможности оплаты по факту, произвести установку
счетчиков для системы холодного и горячего водоснабжения;
3.2. Сокращение потерь, путем устранения всех утечек и точной
организации своевременного обслуживания и ремонта системы водоснабжения;
3.3. Применение экономичной водоразборной арматуры;
3.4. Установка системы автоматической регулировки температуры
горячей воды.
4. Энергосбережение в системе вентиляции.
4.1.
Применение систем подогрева поступающего воздуха, за счет
отводимого, возможная экономия тепловой энергии 30-40%;
4.2.
При наличии воздушных завес, использовать их автоматическую
блокировку при закрытой двери, экономия потребляемой ими электроэнергии
до 70%;
4.3.
Работа системы вентилирования в соответствии с необходимыми
санитарными нормами, в зависимости от времени суток, экономия 10-50%;
4.4. Модернизация, замена устаревшего вентиляционного оборудования.
5. Энергосбережение в системе кондиционирования.
5.1.Исключение
нерационального
использования
систем
кондиционирования;
5.2.
Применение
оборудования
высокого
класса
энергетической
эффективности;
5.3. Своевременное обслуживание установок кондиционирования.
В заключении, хотелось бы отметить, что работа в данном направлении
напрямую зависит от понимания этих проблем администрациями всех уровней,
населением, руководителями предприятий и организаций, частными лицами. В
итоге, от решения проблемы по повышению энергоэффективности экономики и
развития энергосбережения напрямую зависит дальнейшее развитие нашего
общества и то положение, которое будет занимать Россия в мире.
279
УДК 621.31:622.692.4
АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩИМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ
М.И. Хакимьянов, И.Н. Шафиков (аспирант),
И. М. Зарипов (МАЭ02-12-01)
(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа)
Предприятия нефтегазодобывающего комплекса играют ключевую роль в
экономике нашей страны. Россия является одним из основных экспортеров
углеводородного сырья и одним из крупнейших обладателей мировых запасов
нефти и газа. Так на территории нашей страны имеются два уникальных
месторождения – Самотлорское и Ромашкинское (5-е и 6-е место в мире
соответственно) – с начальными извлекаемыми запасами нефти 3328 и
2976 млн. т. соответственно, а преобладающая часть газовых гигантов
концентрируется на территории бывшего СССР (Уренгойское, Ямбургское,
Штокмановское, Арктическое и другие месторождения) [1].
По данным Международного энергетического агентства в настоящее
время Россия является крупнейшим мировым нефтедобытчиком – так добыча
нефти в 2012 г. составила 518 млн. т. или 9% мирового рынка.
Себестоимость добываемой нефти зависит от таких факторов, как
глубина залегания нефти, климатические условия, удаленность месторождения
от транспортных путей и от основных потребителей, качество и современность
оборудования.
Известно,
что
общее
потребление
активной
энергии
нефтяной
промышленностью России составляет около 50 млрд кВт·ч/год или 5,5% от
общей выработки электроэнергии в стране [2].
280
Значительную часть (30…35%) в себестоимости добываемых нефти и
газа составляют затраты на электроэнергию, потребляемую главным образом
электроприводами технологических установок: штанговых глубинных насосов
(ШГН), электроцентробежных насосов (ЭЦН), винтовых насосов (ВН),
кустовых насосных станций (КНС) и дожимных насосных станций (ДНС).
Наиболее энергоемкие сферы отрасли – механизированная добыча, системы
поддержания пластового давления (ППД), подготовка и перекачка нефти –
обладают значительным потенциалом для снижения энергозатрат [2].
Усредненная
структура
потребления
электроэнергии
на
нефтегазодобывающих предприятиях приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структура потребления электроэнергии на нефтегазодобывающих предприятиях
Общийрасход электроэнергии по нефтяным компаниям России на
механизированный подъем жидкости из скважин составляет 55…62% от
общего потребления, на работу систем ППД расходуется 22…30%, на
подготовку, транспорт нефти и газа — 8…23%. На остальные технологические
процессы приходится относительно небольшой процент расхода энергии [2].
При механизированной добыче нефти используются скважинные насосы
трех основных типов: ШГН, ЭЦН и ВН. Применяются также насосы других
типов: диафрагменные, инжекторные, вибрационные, гидропоршневые, но они
281
распространены значительно реже и их доля в общем энергопотреблении
ничтожно мала [3].
Структура фонда нефтяных добывающих скважин РФ по способам
эксплуатации приводится на рисунке 2. Как видно из рисунка 2, большая часть
фонда скважин РФ оснащена ЭЦН (54%), немногим менее половины всех
скважин (41%) эксплуатируются при помощи ШГН. Другие технологии добычи
используются значительно реже – доля фонтанирующих скважин составляет
3%, и 2% приходится на все остальные способы добычи [4]. При этом, как
видно из рисунка 3, с помощью ЭЦН на российских месторождениях
извлекается около 75% всей нефти, тогда как на долю ШГН приходится лишь
19,5%, фонтанным способом добывается порядка 4,5%, а газлифтным – менее
1% [2]. Приведенные цифры отражают структуру фонда скважин целиком по
всей стране и изменяются в зависимости от региона. Так в ОАО «Татнефть»
доля скважин, оснащенных ШГН, еще выше – 83,5% (16560 скважин), ЭЦН –
16,3% (3232 скважины), фонтанным способом эксплуатируются 30 скважин,
что составляет 0,2% фонда скважин ОАО «Татнефть» [5].
Рисунок 2 - Структура фонда нефтяных добывающих скважин РФ по способу эксплуатации
Для электроприводов установок ШГН используются, главным образом,
асинхронные двигатели напряжением 0,4 кВ мощностью от 22 до 37 кВт с
номинальной скоростью вращения 975…980 об/мин. Широко используются
уже устаревшие ЭД серий 4А и 5А. Коэффициент полезного действия таких ЭД
282
составляет от 88 до 97,5%. Общее количество скважин, эксплуатируемых
установками ШГН в РФ составляет свыше 53 тысяч, а в ОАО «Татнефть» свыше 16 тысяч.
Рисунок 3 - Структура объемов добычи нефти по типам насосов
В компании ОАО «Татнефть» начиная с 2000-ых годов для привода ШГН
вместо традиционных станков-качалок начинают использовать цепные привода
(ЦП). Следует отметить, что установки ШГН с цепными приводами обладают
значительно более высокими энергетическими характеристиками. Цепные
приводы обеспечивают длину хода штока от 3 до 11 м, низкую частоту качаний
(до 2 качаний в минуту), перемещение штока происходит с постоянной
линейной скоростью, что снижает нагрузки на колонну штанг и улучшает
заполнение насоса жидкостью [5]. С ЦП используются асинхронные двигатели
мощностью, обычно, от 3 до 55 кВт. По состоянию на 2011 год в
ОАО «Татнефть» ЦП были установлены на более чем 1300 скважинах (7,8% от
всех скважин, эксплуатируемых ШГН).
Таким
образом,
зная
структуру
потребления
электроэнергии
нефтедобывающими предприятиями в целом, можно выделить основные
направления оптимизации потребления электроэнергии с точки зрения их
эффективности:
283
1) внедрение
частотно-регулируемых
электроприводов
скважинных
насосов ШГН, ЭЦН, ВН;
2) использование частотно-регулируемых электроприводов насосов КНС
системы ППД;
3) установка частотно-регулируемых электроприводов насосов ДНС
систем внутрипромысловой перекачки нефти.
По представленным материалам могут быть сделаны следующие выводы:
1 Наиболее
энергоемкими
технологическими
процессами
на
нефтегазодобывающих предприятиях являются механизированная скважинная
добыча (свыше 56%), системы поддержания пластового давления (свыше 26%)
и внутрипромысловая перекачка нефти (свыше 6%).
2 Большая часть фонда скважин РФ эксплуатируются ЭЦН (54%), менее
половины – при помощи ШГН (41%). При этом с помощью ЭЦН извлекается
около 75% всей нефти, тогда как на долю ШГН приходится лишь 19,5%.
3 Наиболее значимый эффект энергосбережения можно получить путем
внедрения частотного регулирования на электроприводах скважинных насосов,
насосов систем ППД и насосов внутрипромысловой перекачки нефти.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Коршак А.А., Шаммазов A.M. Основы нефтегазового дела. Учебник для ВУЗов.
Издание второе, дополненное и исправленное: — Уфа.: ООО «ДизайнПолиграфСервис»,
2002.- С. 36-38.
2 Ивановский В.Н. Энергетика добычи нефти: основные направления оптимизации
энергопотребления // Инженерная практика, 2011.- №6.- С. 18-26.
3 Хакимьянов
М.И.Автоматизацияуправлениясистемамиэлектроснабжения:
Электронное учебное пособие.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011.- 91 с.
4 Маркетинговое исследование рынка установок штанговых глубинных насосов
(УШГН).
Аналитический
отчет.
Research.Techart.
2010.
http://research-
techart.ru/report/walking-beam-pumping-unit.htm
5 Валовский В.М., Валовский К.В. Цепные приводы скважинных штанговых насосов.М.: ОАО «ВНИИОЭНГ».- 2004.- 492 с.
284
УДК № 620.9.004.18, 620.9:658.5.012.16
ОПЫТ ПРОВЕДЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ
ПЕРМСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО
ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
А.В. Ромодин, А.В. Кухарчук, Д.Ю. Лейзгольд,И.С. Калинин,
В.А. Кузьминов
(Пермский Национальный Исследовательский Политехнический Университет,
г. Пермь)
Энергетическое обследование ПНИПУ выполнено во исполнение
Федерального
Закона
РФ
«Об
энергосбережении
и
о
повышении
энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные
законодательные акты российской федерации» № 261-ФЗ от 23.11.2009 г.
Энергетическое обследование ПНИПУ проводилось силами Научнообразовательного центра энергосбережения ПНИПУ.
В ходе проведения энергетического обследования были решены
следующее задачи: сбор и анализ данных о потреблении основных
энергетических
ресурсов
объектами,
режимах
работы,
параметрах
и
оборудовании; сбор и анализ данных о приборах и системах учета основных
энергетических ресурсов; составление балансов потребления ТЭР; разработка
рекомендаций
по
энергосбережению
и
повышению
энергетической
эффективности; разработка мероприятий по энергосбережению и повышению
энергетической эффективности; заполнение энергетических паспортов зданий
и сооружений.
В результате анализа данных о режимах работы систем электроснабжения
ПНИПУ были выявлены следующие нерациональные потери в системе
электропотребления:
285
– большой процент осветительных приборов со средней и низкой
светоотдачей;
– использование неэффективной пускорегулирующей аппаратуры систем
освещения;
– низкая степень автоматизации систем освещения;
– наличие
бытового
электрооборудования
с
низкими
классами
энергетической эффективности;
– наличие морально устаревшего лабораторного оборудования;
– регулирование производительности нагнетательных механизмов с
помощью запорной арматуры.
С
целью
устранения
выявленных
проблем
и
снижения
электропотребления к внедрению были предложены следующие мероприятия:
1)
Автоматизация систем освещения:
 внедрение систем диспетчеризации регулирования освещения;
 внедрение систем активации освещения по присутствию;
 модернизация наружного освещения с внедрением автоматизированной
системы управления наружным освещением;
 монтаж инфракрасных датчиков присутствия в системах общего
освещения.
2)
Реконструкция систем освещения с применением современных
энергоэффективных источников света.
3)
Монтаж систем дежурного освещения учебных корпусов.
4)
Замена
бытового
и
морально
устаревшего
лабораторного
оборудования на энергоэффективные аналоги (класс А+ и А++);
5)
Оптимизация настроек параметров энергопотребления ПЭВМ и
видео дисплейных терминалов;
6)
Установка
частотно-регулируемого
электропривода
нагнетательных механизмов (насосов, вентиляторов, дымососов).
286
Расчётный эффект от внедрения предлагаемых мероприятий в общей
структуре потребления электрической энергии в базовый год (2011 г.) составил
21,2% от суммарного потребления.
В ходе работ по заполнению энергетических паспортов по СНиП 23-022003 «Тепловая защита зданий», был выполнен детальный анализ систем
теплопотребления и ограждающих конструкций зданий, что позволило выявить
ряд недостатков с точки зрения эффективного использования тепловой энергии
и котельно-печного топлива (природного газа) на отопление зданий:
– отсутствие регулирования потребляемой тепловой энергии;
– сравнительно высокие коэффициенты тепловых потерь;
– нарушения тепловых режимов зданий.
Снижение потребления тепловой энергии и природного газа предложено
осуществлять по трём основным направлениям:
1)
Автоматизация систем теплопотребления:
 автоматизация индивидуальных тепловых пунктов (ИТП);
 установка термостатических регуляторов на радиаторы отопления.
2)
Увеличение
эффективности
использования
теплообменных
аппаратов:
 увеличение коэффициента теплоотдачи радиаторов отопления, за счёт:
установки теплоотражающих экранов и демонтаж декоративных решёток;
 модернизация централизованных тепловых пунктов с использованием
теплообменных аппаратов с высоким КПД.
3)
Увеличение
приведённого
сопротивления
теплопередачи
ограждающих конструкций:
 реконструкция светопропускающих конструкций с использованием
стеклопакетов в ПВХ переплётах, заполненных инертным газом;
 утепление чердачных перекрытий (перекрытий верхнего этажа).
287
Расчётный эффект от внедрения предлагаемых мероприятий в общей
структуре потребления тепловой энергии в базовый год составил 37,5% и 23,4%
по котельно-печному топливу (природному газу).
Необходимой экономии воды, используемой на хозяйственно-бытовые
нужды, предложено достигнуть за счет устранения следующих источников
нерационального расхода:
– частичное
или
полное
отсутствие
экономичной
водоразборной
арматуры;
– значительный износ системы водоснабжения и сантехнического
оборудования;
– отсутствие эффективных методов контроля ненормируемого расхода
воды персоналом, учащимися.
Современные типы водоразборной арматуры позволяют частично
отстраниться от человеческого фактора при потреблении воды в местах общего
пользования. Предложено в соответствие с назначением каждую точку
водоразбора оборудовать:
 двухрежимными смывными кранами (учебные корпуса);
 двухрежимными смывными бачками (общежития);
 порциональными смесителями с аэраторами (учебные корпуса);
 порциональными смесителями для душевых (учебные корпуса и
общежития);
 однорычажными смесителями (общежития).
Расчётный эффект от внедрения предлагаемых мероприятий в общей
структуре потребления водопроводной воды в базовый год составил 21,6%.
Анализ состояния автопарка ПНИПУ как потребителя моторного топлива
показал, что существует ряд причин, способствующих нерациональному
использованию энергетических ресурсов, к которым относится:
– отсутствие полного контроля расхода моторного топлива и его
соответствия паспортным данным транспортных средств;
288
– использование
неэкономичных
видов
топлива,
техническая
возможность повышения низкого коэффициента полезного использования
которых отсутствует.
В
качестве
мер
по
устранению
нерационального
использования
моторного топлива предложено:
1)
Установка газобаллонного оборудования с целью полного или
частичного замещения потребления бензинового и дизельного топлива
природным газом и пропанобутановой автомобильной смесью;
2)
Осуществление
регулярного
контроля
соответствия
расхода
топлива и пройденного расстояния транспортных средств.
Расчётный эффект от внедрения мероприятий в общей структуре
потребления моторного топлива в базовый год составил 17,6%.
В совокупности с техническими мероприятиями предлагается проводить
организационные мероприятия, направленные на повышение грамотности в
области энергосбережения и формирования идеологии и модели поведения
персонала
и
посетителей,
способствующей
экономному
потреблению
энергетических ресурсов. К таким мероприятиям можно отнести:
1) Организацию и проведение семинаров по вопросам энергосбережения
и повышения энергетической эффективности на базе НОЦЭС ПНИПУ;
2) Установку средств наглядной агитации с целью побуждения персонала
и посетителей к рациональному использованию энергетических ресурсов;
3) Назначение
ответственных
лиц,
осуществляющих
контроль
рационального использования энергетических ресурсов.
УДК 621.31; 62-03
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ
ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯХ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ
РЕЖИМОВ ПЕРЕКАЧКИ
А.Д. Мухамадиева (МАЭ02-12), З.Х.Павлова
(Уфимский государственный нефтяной технический университет)
289
Магистральные нефтепроводы проектируются так, что номинальной
производительности
нефтепровода
соответствует
номинальная
подача
магистральных насосов (МН). Однако в реальных условиях режим работы
нефтепровода
может
отличаться
отноминального.
Изменение
режима
перекачки обуславливает необходимость регулирования. В настоящее время
регулирование режима перекачки нефти по магистральным нефтепроводам
производится подбором числа насосных агрегатов (НА) [1, 2, 3, 4].
Для каждого технологического участка нефтепровода составляется карта
технологических режимов (КТР), в которой приводятся перечень всех
возможных режимов перекачки для производительностей в интервале от
минимальной до максимально-возможной. В том числе указывается число
включенных подпорных и магистральных НА, значения давлений на входе
нефтеперекачивающей станции (НПС), на выходе НПС, расход электроэнергии
и т.д. [5]. Для организации контроля и анализа соблюдения плановых режимов
перекачки нефти, выполненияперекачки запланированного количества нефти и
соответствияфактических
составляется
карта
и
плановых
соблюдения
режимов
величин
(КСР).
электропотребления
В КСР
указывается
фактическая производительность и длительность работы на каждом из
режимов.
Планируется
провести
исследование
расхода
электроэнергии
при
переключениях насосных агрегатов при изменении режимов перекачки на
основе использованияданных КТР и КСР на эксплуатируемых НПС.Для
исследования расхода электроэнергии на перекачку на основе данных КТР и
КСР необходимо проанализировать и выполнить расчеты для каждой группы
режимов с одинаковым числом работающих МН. Исследование включает
следующие этапы.
1 Анализ (расчет) расхода электроэнергии по КТР и КСР:сравнение
электропотребления (удельного электропотребления) в разных режимах (при
разном числе магистральных НА), в разное время года и т.д. Анализ расхода
290
электроэнергии при циклической перекачке по КСР. Построение графиков
потребления электроэнергии на разных режимах. Выводы о влиянии
производительности нефтепровода, числа магистральных НА на удельное
электропотребление.
2 Анализ числа включений/отключений по КСР по каждой НПС
технологического участка, по месяцам, числу переключения для перехода к
следующему режиму и т.д. Анализ переходных процессов в электрической сети
при этом с использованием схемы электроснабжения каждой из НПС. Анализ
бросков тока при включении НА.
3 Оценка времени пуска электродвигателей НАс учетом режима НА и
нефтепровода.
Оценка
потерь
электроэнергии
в
электродвигателях
и
электрической сети при пусках. Оценка нагрева электродвигателей. Оценка
износа и остаточного ресурса электродвигателей НА.
4 Выводы по эффективности электропотребления для отдельного
двигателя, каждой НПС и технологического участка в целом.
Исследование расхода электроэнергии по КТР и КСР технологического
участка
позволит
провести
анализ
эффективности
использования
электроэнергии на перекачку нефти при переключениях насосных агрегатов
при изменении режимов перекачки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коршак А.А., Нечваль А.М. Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и
газа: Учеб. для вузов. Уфа.: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2001. - 571 с.
2. Зайцев
Л.А.,
Ясинский
Г.С..
Регулирование
режимов
магистральных
нефтепроводов. М.: Недра. 1980.- 187 с.
3. Шабанов
В.А.,
Кабаргина
О.В.
Перспективы
использования
частотно-
регулируемого электропривода магистральных насосов на НПС. Уфа: изд-во УГНТУ, 2010. –
63 с.
4. Нечваль
А.М.
Основные
задачи
при
проектировании
и
эксплуатации
магистральных нефтепроводов. Учебное пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. – 81 с.
291
5. Шабанов В.А., Хакимов Э.Ф., Пирожник Н.П. Анализ энергоэффективности
частотно-регулируемого электропривода на действующих НПС за счет повышения КПД
магистральных насосов. // Нефтегазовое дело. Научно-технический журнал. 2012. Том 10,
№2. С.55-60.
292
СОДЕРЖАНИЕ
СЕКЦИЯ «ЭЛЕКТРОПРИВОД ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК»
Колб А.А. ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ В СИСТЕМАХ ГРУППОВОГО ПИТАНИЯ
Брылина О.Г., Цытович Л.И.СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С
КОМБИНИРОВАННЫМ ПЛАВНО-ДИСКРЕТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ В
ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ КАНАЛАХ
Лавренов Е.О., Тюков В.А. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОГО ПРОМЕЖУТКА
ВРЕМЕНИ ПРИ ВНЕЗАПНОМ ПОНИЖЕНИИ НАПРЯЖЕНИЯ, ПОДВОДИМОГО
К АСИНХРОННОМУ ДВИГАТЕЛЮ
Нейман Л.А. РЕАЛИЗАЦИЯ СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ ДВУХКАТУШЕЧНЫМ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
Нейман Л.А., Рогова О.В.ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЛИНЕЙНОГО
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВИБРОПРИВОДА
Дарьенков А.Б., Варыгин И.А., Корнев Д.А., Трапезников И.Ф. РАЗРАБОТКА
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО IGBT-МОДУЛЯ ДЛЯ МАТРИЧНОГО
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
Андреев Д.М., Вахитов К.Ш. АВТОНОМНЫЙ МОБИЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК
ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Мамлеева Ю.И., Петухова О.И. ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЧАСТОТНОРЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ В СИСТЕМЕ ДОСТАВКИ
ПОТРЕБИТЕЛЮ ХОЛОДНОЙ И ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ
Гостев А.Н.МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДГРУППЫ
КЛЕТЕЙ ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
Ярулин Д.Е., Сапельников В.М. К ВОПРОСУ О РАСЧЕТЕ ПОТЕРЬ ОТ
ВЫСШИХ ГАРМОНИК В СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ С МАССИВНЫМ
РОТОРОМ
Бабакин В.И.АНАЛИЗ ГАРМОНИЧЕСКОГО СОСТАВА НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАЮЩЕЙ
СЕТИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЧАСТОТНО РЕГУЛИРУЕМОГО СИНХРОННОГО
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Бабакин В.И. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАРМОНИЧЕСКОГО СОСТАВА
НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ПУСКЕ ЭЛКТРОДВИГАТЕЛЯ ЧАСТОТНОРЕГУЛИРУЕМОЙ КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКИ
Сапельников В.М., Хакимьянов М.И. ПОСТРОЕНИЕ ЦИФРОУПРАВЛЯЕМЫХ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ СИСТЕМ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Медведев В.Н.ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОТВЕТСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ
Шабанов В.А., Бондаренко О.В. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ
ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСОВ НПС
Бондаренко О.В., Шабанов В.А. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ
СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ МАГИСТРАЛЬНОГО НАСОСА НПС ПРИ
ЧАСТОТНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ
Бондаренко О.В., Шабанов В.А.МОДЕЛИРОВАНИЕ СИНХРОННОГО
ДВИГАТЕЛЯС МАССИВНЫМ РОТОРОМ В ПАКЕТЕ MATLABSIMULINK
293
3
6
8
12
15
18
20
23
27
31
35
42
46
51
56
64
74
В.А. Шабанов, О.В. Бондаренко МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИНИМАЛЬНО
НЕОБХОДИМОГО ЧИСЛА И МЕСТ УСТАНОВКИ ЧАСТОТНОРЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСОВ
Храмшин Р.Р., Храмшин Т.Р., Губайдуллин А.Р. ПОВЫШЕНИЕ
УСТОЙЧИВОСТИ ДВУХСКОРОСТНОГО ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПРИ НАРУШЕНИЯХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Шабанов В.А., Шарипова С.Ф.ЗАДАЧИ И ПРОБЛЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ
ЧРЭП МН
Шабанов В.А., Бондаренко О.В., Павлова З.Х., Хакимьянов М.И.,
Шарипова С.Ф.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НИР, ВЫПОЛНЕННЫХ В УГНТУ
В РАМКАХ КОМПЛЕКСНОГО ПРОЕКТА ПО СОЗДАНИЮ ВЧРП
Шабанов В.А., Ахметгареев А.А. ИССЛЕДОВАНИЕ КПД МН ПРИ ЧРЭП
ОДНОГО ИЗ НАСОСОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УЧАСТКА
Бондаренко О.В., Шабанов В.А.ОПТИМИЗАЦИЯ ЧИСЛА И МЕСТ
УСТАНОВКИ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСОВ НА ТРАССЕ НЕФТЕПРОВОДА
Шабанов В.А., Галяутдинов Ю.С.ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В ВЫСОКОВОЛЬТНОМ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОМ
ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ
Ивашкин О., Пашкин В.В., Шабанов В.А. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ПУСКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА АВО ГАЗА В РЕЖИМЕ ПРОТИВКЛЮЧЕНИЯ
82
89
92
99
108
115
123
127
СЕКЦИЯ «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ И РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА»
Рогинская Л.Э., Гусаков Д.В., Горбунов А.С.,Каримов Р.Д.ВЛИЯНИЕ
ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ НА
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Непша Ф.С.ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЙ
УСТРОЙСТВ ВСТРЕЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ
ЭЛЕКТРИ-ЧЕСКИХ СЕТЕЙ ФИЛИАЛА ОАО «МРСК СИБИРИ» «КУЗБАССЭНЕРГО – РЭС»
Незевак В.Л., Плотников Ю.В., Шатохин А.П.НАПРАВЛЕНИЯ
СТАБИЛИЗАЦИИ УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ШИНАХ ТЯГОВЫХ
ПОДСТАНЦИЙ ПОСТОЯННОГО ТОКАС ПОМОЩЬЮ НАКОПИТЕЛЯ
ЭЛЕКТРОЭНЕГРИИ
Шабанов В.А., Юсупов Р.З.АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВВОД РЕЗЕРВА НА
ПРЕДПРИЯТИЯХ С КРУПНЫМИ СИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
Алексеев В.Ю., Клименко С.Е., Шабанов В.А., Юсупов Р.З.УСКОРЕНИЕ
ДЕЙСТВИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОВТОРНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ НА НПС ПРИ
НАРУШЕНИЯХ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Лопатин В.П., Осипов Д.О.О ПЕРСПЕКТИВНЫХ РАЗРАБОТКАХ
ЭЛЕГАЗОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
134
137
142
145
150
155
СЕКЦИЯ «РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И
СИСТЕМЫ»
Рогинская Л.Э, Горбунов А.С.КОМПЛЕКСНАЯ
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ
ПОКРЫТИЙ НА ДЕТАЛИ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
294
159
Хайруллин И.Х., Вавилов В.Е., Дуракова В.С., Охотников М.В ПОВЫШЕНИЕ
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И НАДЕЖНОСТИ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК
ПРОИЗВОДСТВА УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ
Петроченков А.Б., Гладков В.К. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБСЛУЖИВАНИЯ
КОМПЛЕКТНЫХ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ НА
НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Хайруллин И.Х., Каримов Р.Д., Вавилов В.Е., Горбунов А.С., Гусаков
Д.В.АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НАМАГНИЧИВАЮЩИХ
УСТАНОВОК
Пашали Д.Ю., Намазова Э.Т.СРЕДСТВА СНИЖЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
УДАРОВ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ЗАКРЫТИЯ
ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫ СЕТЕВОГО НАСОСА
А.Б. ПетроченковО ПОДХОДАХ К ОЦЕНКЕ ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
Конесев С.Г., Кондратьев Э.Ю., Ризванова С.И.СИСТЕМАИНДУКЦИОННОГО
СКВАЖИННОГО ЭЛЕКТРОНАГРЕВА
Конесев С.Г., Хазиева Р.Т., Кириллов Р.В. ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ
НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЭЕКТРООБРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
Халилова Г.Р.,Мухаррямова Г.Ф.ТУРБОДЕТАНДЕР – ЭФФЕКТИВНАЯ
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ И ПРИРОДООХРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Конесев С.Г., Хлюпин П.А., Муслимов К.И., Кондратьев
Э.Ю.РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ВЯЗКИХ
ТЕКУЧИХ СРЕД
162
165
169
172
175
180
182
188
191
СЕКЦИЯ «ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ»
Артюкова Е. А., Пашкова Н. В., Кузнецов А. А. МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПРОЦЕССОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ДИАГНОСТИРУЮЩИХ ИМПУЛЬСОВ В
ЛИНИЯХ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Маслов Л.А., Николаев А.А., Сарлыбаев А.А.ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ
СИСТЕМ
ТЕХНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ
СИЛОВОГО
МАСЛОНАПОЛНЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Конесев С.Г., Мухаметшин А.В., Кириллов Р.В.ВЫБОР СХЕМЫ ВИУ ДЛЯ
РАБОТЫ В РЕЗОНАНСНОМ РЕЖИМ
Елтышев Д.К.ФОРМИРОВАНИЕ ОЦЕНОК ФАКТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В
УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
И.М. Косотуров, А.В. Ромодин ТЕПЛОВИЗИОННОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ КАК
СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ
СЕКЦИЯ «МЕТОДИКА
ДИСЦИПЛИН»
ПРЕПОДАВАНИЯ
197
202
206
213
216
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ
244
Фаттахов К.М., Фаттахов Р.К.УПРОЩЕННЫЙ ВАРИАНТ МЕТОДА
ОПРЕДЕЛЕНИЯПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ АСИНХРОННОЙ
МАШИНЫ ПО ПАСПОРТНЫМ И КАТАЛОЖНЫМ ДАННЫМ
Фаттахов
К.М.,
Фаттахов
Р.К.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
УПРОЩЕННОГО
ВАРИАНТА МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ
АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ ПО ПАСПОРТНЫМ И КАТАЛОЖНЫМ ДАННЫМ
Сапельников В.М., Пермяков А.В., Выдрина Э.В.РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ
РЕШАЮЩИХ БЛОКОВ НА ОУ
295
220
229
237
Чигвинцев С.В.О БАЛЬНО-РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМЕ В ПРЕПОДАВАНИИ
ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
244
СЕКЦИЯ «АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»
Хакимьянов М.И., Шабанов В.А., Лавринович А.В.ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ
ОСНОВНЫХ УЗЛОВ УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Сапельников В.М., Сухинец Ж.А., Гулин А.И.СИНТЕЗ ФАЗОВЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙПО
ЗАДАННЫМ
ТЕХНИЧЕСКИМ
ХАРАКТЕРИСТИКАМ
Храмшин В.Р., Петряков С.А., Леднов Р.А.РЕЖИМЫ РАБОТА СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ
ТОЛЩИНЫ
ПОЛОСЫ
ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА 2000 ОАО «ММК»
Лыков А.Н., Костыгов А.М., Пырков С.А., Власов Д.А.АВТОМАТИЗАЦИЯ
ИНДИВИДУАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО ПУНКТА КОРПУСА ЭТФ
Хусаинов Ф.Ф., Хакимьянов М.И. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕСПРОВОДНЫХ
ДАТЧИКОВ
ДЛЯ
СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫМИ
ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
Чигвинцев С.В., Альтеджани Д.А. ОПТИЧЕСКИЙ СЕНСОР ПАРАМЕТРОВ
ДВИЖЕНИЯ ВАЛА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Чигвинцев И.С.ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ИНДУКТИВНО-РЕЗИСТИВНЫЙ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
247
252
258
263
267
271
275
СЕКЦИЯ «ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ. ЭНЕРГОАУДИТ»
Голованова А.Р., Семендяев Д.А.КОМПЛЕКС МЕР ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ,
КАК НЕОТЪЕМЛЕМАЯ ЧАСТЬ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
Хакимьянов М.И., Шафиков И.Н.,Зарипов И.М.АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ
ПОТРЕБЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩИМИ
ПРЕДПРИЯТИЯМИ
Ромодин А.В., Кухарчук А.В., Лейзгольд Д.Ю., Калинин И.С., Кузьминов
В.А.ОПЫТ
ПРОВЕДЕНИЯ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
ОБСЛЕДОВАНИЯ
ПЕРМСКОГО
НАЦИОНАЛЬНОГО
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО
ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Мухамадиева А.Д., Павлова З.Х.ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСХОДА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯХ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ПРИ
ИЗМЕНЕНИИ РЕЖИМОВ ПЕРЕКАЧКИ
296
276
279
284
288
Научное издание
ЭЛЕКТРОПРИВОД, ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
I международная (IVВсероссийская) научно-техническая конференция
Сборник научных трудов конференции
Редактор Л.А. Матвеева
Подписано в печать __21.03.2011_. Бумага офсетная Формат 60х84 1/16.
Гарнитура «Таймс». Печать трафаретная. Усл.печ. л._17,75_. Уч.изд. л._15,78_.
Тираж 300 экз. Заказ
.
Издательство Уфимского государственного нефтяного технического университета
Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета
Адрес издательства и типографии:
450062, РБ, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1.
297