ФГУП ПО Север

Сегодня   Птн   17.08.2018

16:35

тел/факс: (383) 27-44-500 - приёмная

e-mail: info@posever.ru

тел/факс: (383) 27-44-656, 27-44-630 - отдел маркетинга и сбыта

сбыт: sbyt@posever.ru

маркетинг: sevmark@posever.ru

контакты

схема проезда реквизиты

карта сайта

Цифровые регуляторы возбуждения синхронных электродвигателей ЦРВД (журнал "Новые промышленные технологии", №2011/06)

ГЛАВНАЯ   /   Пресс-центр   /   Статьи

Статьи - Цифровые регуляторы возбуждения синхронных электродвигателей  ЦРВД (журнал

30 Января 2012

ЦРВД предназначены для управления током возбуждения при пуске, остановке, синхронной работе и аварийных режимах синхронных электродвигателей напряжением 6, 10 кВ. Регуляторы разработаны Конструкторско-технологическим институтом вычислительной техники СО РАН, производятся ФГУП ПО «Север», сертифицированы и эксплуатируются в течение 4-х лет. Разработаны в двух модификациях:

    - ЦРВД-Б используется для электродвигателей мощностью от 300 кВт до 12500 кВт, заменяет морально устаревшие станции управления систем возбуждения типа БВУ.

    - ЦРВД-Т используется для электродвигателей мощностью от 630 кВт до 12500 кВт, заменяет морально устаревшие системы возбуждения ТЕ8, ВТЕ, ТВ, ТПЕ, ТПЕ10.

Предназначены для возбуждения и управления синхронными двигателями:

    - на объектах ГК «Росатом», в разделительных производствах;

    - насосно-перекачивающих станций различного назначения;

    - водоканалов и очистных сооружений;

    - компрессорных станций, предназначенных для получения сжатого воздуха на предприятиях металлургического комплекса;

    - для управления электроприводами нефтяных насосов и газовых компрессоров;

    - на компрессорных станциях магистральных нефте- и газопроводов;

    - газовых компрессоров химических производств;

    - водяных насосов для поддержания пластового давления при добыче нефти и др., везде, где имеются синхронные двигатели.

Основные достоинства:

    - ЦРВД имеют более длительные периоды межремонтного обслуживания, в связи с чем уменьшаются простои основного оборудования;

    - массогабаритные показатели цифровых систем возбуждения меньше, чем у аналоговых систем того же номинала;

    - точность регулирования параметров ЦРВД превосходит соответствующие характеристики аналоговых систем в несколько раз;

    - время отклика на возмущение и величина перерегулирования у ЦРВД несравненно меньше, чем у аналоговых возбудителей;

    - ЦРВД позволяют работать с постоянным коэффициентом мощности при любых нагрузках двигателя, что обеспечивает снижение потребления реак-тивной мощности и приводит к экономии электроэнергии;

    - применение ЦРВД снижает износ коллекторно-щёточного аппарата, позволяет включать их в систему АСУ ТП;

    - ЦРВД просты в наладке, не требуют больших затрат на обслуживание;

    - ЦРВД позволяют хранить в своей памяти параметры аварийных отключений (значения токов и напряжений СД), оперативно изменять настройки и па-раметры регуляторов;

    - ЦРВД позволяет построить систему возбуждения с полностью дублированным каналом управления и (или) силовым каналом.

Потребители: предприятия Госкорпорации «Росатом», предприятия металлургического комплекса, нефте- газодобывающей, нефтеперерабатывающей и химиче-ской отрасли,» и др.

Кроме эффективного регулирования возбуждением синхронного двигателя решён ряд важных задач:

    - контроль функционирования регулятора в предпусковой период;

    - Контроль качества работы регулятора и его составных частей в процессе регулирования;

    - осциллографирование процессов пуска и регулирования;

    - ведение «журнала событий»;

    - автоматическая замена отказавших блоков резервными;

    - поддержка протоколов обмена информацией по сети АСУ ТП.

Основные технические характеристики ЦРВД представлены в таблице:

Параметры

ЦРВД-Т

ЦРВД-Б

Предназначен для работы в

щеточных системах возбуждения син-хронных двигателей мощностью до 12,5 МВт

бесщеточных системах возбуждения синхронных двигателей мощностью до 30 МВт

Мощность, потребляемая Регулятором по цепям питания

не более 100 Вт

не более 270 Вт

Ряд номинальных значений напряжений, В

36, 48, 60, 75, 115, 150, 230

Форсировка напряжения возбуждения

1,4 – 2,4

-

Максимальное напряжение на обмотке возбуждения, В, не более

-

150

Номинальный ток возбуждения, формируемый Регулятором

320 А

-

Максимальный ток, подаваемый на обмотку возбуждения возбудителя

-

не более 8 А

Сопротивление изоляции токоведущих частей цепей 220В относительно корпуса и между цепями, не связанными электрически между собой, Мом, не менее

20

20

Регулятор обеспечивает работоспособность интерфейсов и каналов связи с системами диспетчер-ского управления по:

- интерфейсу RS-232/485, протокол Modbus/RTU; - каналу связи Ethernet, TCP/IP.

- интерфейсу RS-232/485, протокол Modbus/RTU; - каналу связи Ethernet, TCP/IP.

Время гашения поля (развозбуждения) синхронного двигателя при нормальных и аварийных от-ключениях не превышает

0,5 с

0,5 с

По уровню создаваемых радиопомех относится к группе

А класс 1 по ГОСТ Р 51318.22-99

А класс 1 по ГОСТ Р 51318.22-99

Сохраняет работоспособность при круглосуточной работе в следующих условиях:

температура окружающего воздуха

от +5 до +40 °С

от +5 до +40 °С

высота над уровнем моря

не более 1000 м

не более 1000 м

влажность при 30 °С.

75 %

75 %

Масса

не более 300 кг (ЦРВД-Т-072-320-В2); не более 270 кг (ЦРВД-Т-071-320-В2)

не более 250 кг

Габариты, не более

605*806*1915 мм

605*606*1915 мм

Средняя наработка на отказ

не менее 25 000 ч.

не менее 25 000 ч.

Средний срок службы

не менее 15 лет с учетом проведения рег-ламентных работ

не менее 15 лет с учетом проведения регламентных работ

До середины 90х годов прошлого столетия для управления током возбуждения синхронных двигателей использова-лись системы возбуждения, построенные на аналоговой элементной базе (в дальнейшем аналоговые регуляторы возбуждения). Аналоговые системы возбуждения обладали рядом существенных недостатком, с которыми постоянно сталкивались энергетики-практики. К этим недостаткам следует отнести:

    - низкую точность и нестабильность реализуемых функций и законов управления;

    - низкую аппаратную надежность;

    - исключительную сложность настройки регуляторов;

    - невозможность реализации сложных эффективных законов управления и защиты;

    - сложность обнаружения повреждений регуляторов;

    - невозможность группового управления реактивной мощностью-напряжением;

    - невозможность включения аналоговых регуляторов возбуждения в системы АСУ и АСДУ.

Практическими следствиями вышеперечисленных недостатков являются:

    - повышенное количество аварийных остановов электродвигателей (выход из строя систем возбуждения);

    - низкая статическая и динамическая устойчивость электродвигателей;

    - большие эксплуатационные расходы связанные с ликвидацией аварий частой настройкой аналоговых регуляторов и непосредственного их контроля персоналом в процессе работы;

    - нерасчетные режимы работы электродвигателей (перегревы и т.д.).

Все перечисленные выше недостатки определялись не столько низким уровнем разработки или недостаточностью теоретических проработок, сколько ограниченными возможностями аналоговой техники при реализации сложных, высокоточных систем управления.

Актуальность внедрения в промышленность цифровых систем возбуждения синхронных электродвигателей определяется требованиями современной экономики. Необходимость повышения эффективности производства требует снижения затрат на эксплуатацию оборудования, учета и снижения потерь от неэффективной работы оборудования. При эксплуатации синхронных электродвигателей, снабженных устаревшими системами возбуждения имеются случаи неправильной работы систем возбуждения: не срабатывает защита от асинхронного хода, ложно подключается пусковой резистор, не работает схема контроля изоляции ротора и т.д. Имеются случаи неуспешного пуска синхронных двигателей (СД) из-за неверной или недостаточно эффективной работы регуляторов возбуждения. Одной из причин является устаревшая эле-ментная база и, как следствие, несовершенство схем регуляторов и применяемых законов регулирования. Так настройка регулятора и защит зависит от параметров транзисторов, емкостей электролитических конденсаторов и т.д., что приводит к необходимости периодической их настройки. Персонал же не в состоянии обслуживать сложно настраиваемые регуляторы большого количества двигателей, установленных на объектах, расположенных на значительной территории. Сложности в эксплуатации приводят к тому, что в массовом порядке регуляторы работают в режиме «ручное», когда не реализуются возможности регулятора и ухудшаются динамические характеристики энергосистемы, в частности, ухудшаются режимы пуска электродвигателей. Работа в режиме «автомат» осуществляется с большими зонами нечувствительности и с малыми коэффициентами усиления из-за отсутствия контуров стабилизации системы регулирования и практически мало отличается от режима работы «ручное».

Понимая, что возможности аналоговой техники в совершенствовании систем возбуждения исчерпаны, ряд производителей России приступило к разработке регуляторов возбуждения на цифровой элементной базе. Использование цифровой элементной базы практически исключает перечисленные недостатки, т.е. обеспечивает высокоточную измерительную систему эффективное, стабильное регулирование, сложность реализуемых законов управления практически неограниченна, допускается одновременное, оптимальное управление несколькими параметрами. Надежность современной цифровой элементной базы крайне высока. Наработка на отказ большинства компонентов составляет более 50 тыс. часов. Высокая стабильность параметров цифровых регуляторов обеспечивает его работу без настройки в течение всего срока эксплуатации. Наличие развитой диагностики и самодиагностики, а также глубокого резервирования позволяют перейти от планово предупредительных ремонтов к ремонту по факту повреждения. Ремонт осуществляется путем модульной замены поврежденных элементов.

Цифровые регуляторы возбуждения давно и успешно применяются за рубежом. Использование импортных регуляторов в России сдерживалось, прежде всего, их высокой ценой (до 200 тысяч $ для машин мощностью 4 - 8 мВт) и отсутствуем оперативной сервисной поддержки. Ограниченное использование первых моделей цифровых регуляторов российского производства также сдерживалось высокой ценой (в два-три раза выше стоимости аналоговых регуляторов возбуждения). Снижение стоимости цифровой элементной базы и переход на сборку цифровых регуляторов из готовых блоков ведущих мировых производителей позволило снизить их стоимость практически до стоимости аналоговых регуляторов с сохранением их явных преимуществ.

В 1999г. специалистами КТИ ВТ СО РАН был разработан и внедрен в промышленную эксплуатацию на НПС «Ягодное» ОАО «Сибнефтепровод» первый цифровой автоматический регулятор возбуждения синхронного двигателя ЦРВД для бесщеточных систем возбуждения синхронных электродвигателей. Этот регулятор создан на основе промышленного процессора общего назначения Octagon Systems CPU5066. Здесь осуществлён переход от чисто аналоговых методов к прямому цифровому регулированию. Цифровое регулирование обеспечивает более гибкий подход к формированию законов автоматического регулирования, что позволяет учесть большее количество факторов и обеспечить стабильность параметров регулятора. Для обеспечения устойчивой работы двигателя при работе от мощных энергосистем, от систем со слабыми связями и от автономных систем с сопоставимыми мощностями генераторов, в регуляторе имеются схемы компенсации нагрузки и схемы стабилизации системы возбуждения, основанные на законах систем с различным быстродействием. Для обеспечения хороших условий пуска и обеспечения динамической устойчивости двигателя, включая автоматическую ресинхронизацию, пуск осуществляется на перевозбужденный двигатель, а форсировка возбуждения происходит при снижении напряжения ниже 0,8 от уставки (текущего значения), а не от номинального. После пуска возбуждение плавно (в течение 10-15 сек) снижается до значения требуемой реактивной мощности двигателя. Регулятор не имеет зоны нечувствительности, так как контур регулирования устойчив при любых нагрузках.

Регулирование возбуждения осуществляется по отклонению и производной напряжения с корректором по Cos ?. Канал по отклонению напряжения отрабатывает быстрые процессы в энергосистеме и предназначен для обеспечения динамической устойчивости двигателя. Канал по Cos ? предназначен для обеспечения экономических показателей при расчете за поставляемую энергосистемой реактивную мощность.

В 2003г. по заданию OAO «АК» Транснефть» в КТИ ВТ СО РАН был создан цифровой тиристорный возбудитель ЦРВД-Т для щеточных систем возбуждения на основе тех же принципов, что и версия для бесщеточных систем возбуждения. Регулятор для бесщеточных систем возбуждения получил обозначение ЦРВД-Б.

Эффективное автоматическое регулирование позволяет поддерживать Cos ?=1 на шинах питания двигателя. Примерно на 4% снижается ток в статоре, на 12% снижаются потери в роторе. На 6% снижаются потери в статоре (данные технического совещания ООО «Волготрансгаз» по результатам испытаний цифрового возбудителя КТИ ВТ СО РАН на ЭГПА №7 Починковского ЛПУ. г.Дзержинск, 01 03 2002г.).

За этот период времени регуляторы доказали свою надёжность и эффективность. Как отмечено в статье Ю. В. Лисина, А. Е. Сощенко (журнал «Трубопроводный транспорт нефти №4, 2004г.), «…благодаря внедрению регулятора возбуждения в системе магистральных нефтепроводов снизилось количество отказов электродвигателей в 2,5 раза».

Однако, несмотря на отмеченные преимущества цифровых регуляторов ЦРВД-Б и ЦРВД-Т всех ранее выпущенных серий, включая и серию 06, необходимо отметить и ряд присущих им недостатков:

    - применение в качестве основного процессора промышленного процессора общего назначения приводит к необходимости разработать ряд дополнительных устройств для согласования процессора с датчиками, резервным регулятором и силовым преобразователем (плата нормализаторов, плата соединений, плата цифровых датчиков и СИФУ);

    - плата нормализаторов и плата соединений являются устройствами общими как для основного, так и для резервного регулятора, т. е. являются тем «узким местом», неисправность в котором может привести к отказу ЦРВД в целом, ставя под сомнение ценность резервирования основных блоков;

    - большое количество маленьких плат («на каждую функцию») приводит к необходимости использовать большое количест-во контактных соединителей, что также снижает надежность системы в целом;

    - резервный регулятор хоть и является функционально завершенным регулирующим устройством, однако выполнен на маломощном 8-разрядном микропроцессоре 80С51, ограничен по функциям, работает в системе через общие с основным регулятором платы (плата соединений, плата нормализаторов), не поддерживается централизованной системой диагно-стики;

    - программа регулирования работает под управлением операционной системы QNX 4,25 совместно с программами обслу-живания и диагностики, что приводит к снижению быстродействия, ограничению возможностей по совершенствованию программного обеспечения и ухудшению защищенности функций регулирования и защит двигателя. При включении ЦРВД в сети АСУ приходится принимать специальные меры безопасности (например, отключать регулятор от сети на время работы двигателя).

В рамках программы работ по модернизации цифровых регуляторов возбуждения ЦРВД-Б и ЦРВД-Т в Институте разработаны цифровые регуляторы нового поколения (серия 07).

В регуляторах ЦРВД-Т и ЦРВД-Б серии 07 используются единые системные решения, общая техническая база.

От предыдущих серий их выгодно отличают следующие основные особенности.

  • Задачи регулирования возбуждения и сервисные задачи аппаратно разделены.

    Для обеспечения высоконадежного и эффективного регулирования возбуждения разработан полнофункциональный одно-платный регулятор возбуждения синхронных электродвигателей на базе гибридного процессора фирмы Motorola DSP56F803. Это 16-разрядный процессор с производительностью 40 MIPS при 80 МГц основной частоты специально оптимизирован под задачи управления двигателями.

    Применение DSP56F803 позволило более чем в 10 раз повысить быстродействие программы регулирования, создав запас надежности обеспечивающий четкую повторяемость и адекватность циклов вычислений и формирования воздействий.

    Для формирования логических функций и поддержки протокола 16-ти разрядной шины ISA в плате использованы микросхемы ПЛИС фирмы ALTERA EPM7192SQC160. Эти микросхемы, вместе с DSP56F803, позволили, сохранив простоту и прозрачность топологии печатной платы регулятора, при сравнительно небольшом количестве активных элементов, создать мощное специализированное вычислительное устройство с программируемой архитектурой. Это спецпроцессор, предназначенный служить базой для строительства семейства регуляторов возбуждения широкого спектра назначений.

  • В ЦРВД серии 07 основной и резервный каналы регулирования полностью независимы, не имеют общих цепей, оба полнофункциональны. Переход с канала на канал осуществляется автоматически и (или) вручную.
  • Промышленный процессор общего назначения в ЦРВД серии 07 не используется в процессах регулирования. Он обеспечивает пользовательский интерфейс, создание и хранение баз данных, диагностику ЦРВД, поддержку сетевых взаимодействий.

    Для нового семейства ЦРВД выбран 16-ти разрядный промышленный процессор Advantech PCA-6751 как хорошо сочетающийся с принятыми в ЦРВД техническими и конструктивными решениями.

  • Разделение задач, принятое в ЦРВД серии 07, снимает все ограничения на включение его в сети АСУ. Процессор Advantech PCA-6751 имеет интерфейсы RS232, RS485, Ethernet. Встроенные программные модули обеспечивают поддержку протоколов TCP/IP и ModBus.
  • Новые системные решения позволили значительно расширить возможности системы диагностики. Система диагностики в ЦРВД серии 07 трехуровневая:
  • Первый уровень – непрерывный контроль работоспособности ЦРВД. Контроль проводится в фоновом режиме. Контролируются:

      - все номиналы питающих напряжений,

      - наличие фаз питающего силовой преобразователь напряжения,

      - наличие тока в управляющих электродах тиристоров,

      - наличие контрольных импульсов программных циклов основного и резервного регуляторов,

      - текущее состояние реле и силового автоматического выключателя.

    Сообщения на экране дисплея появляются при обнаруженных неисправностях. Если неисправность не приводит к отказу ЦРВД, сообщение носит информационный характер и имеет желтый цвет. Если неисправность приводит к отказу ЦРВД, сообщение имеет красный цвет, двигатель отключается. Неисправности идентифицируются с указанием отказавшего блока.

    Второй уровень – контроль функционирования ЦРВД. Обеспечивается из пользовательского меню. Контролируются те же параметры, но с индикацией их состояния на экране дисплея.

    Третий уровень – тестирование параметров нагрузки (ротора), подключенной к ЦРВД.

    Обеспечивается из пользовательского меню. В полуавтоматическом режиме вычисляются и фиксируются в про-грамме параметры регулировочной характеристики.

  • Новые решения позволили не только ликвидировать «узкие места» в схеме возбудителя, но и значительно уменьшить объём оборудования, количество проводных соединений. Если в ЦРВД-Т предыдущих серий аппаратный отсек содержал восемь плат восьми типов, то в ЦРВД-Т серии 07 содержится пять плат четырёх типов. Уменьшение количества блоков и упрощение связей между ними также способствует повышению надёжности изделия в целом.

Колодей В.В., Золотухин Е.П., Михальцов Э.Г.

Конструкторско-технологический институт вычислительной техники СО РАН

Игнатович А.В.

ФГУП ПО «Север»

г.Новосибирск

Продукция

Вся продукция »

Технологии

Все технологии »

© 2003-2018 ФГУП ПО «Север»
При использовании материалов ссылка на сайт www.posever.ru обязательна

Разработка сайта NooLab