СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСОВ НЕФТЕПЕРЕКАЧИВАЮЩЕЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА (НПС МН) Российский патент 2006 года по МПК H02P5/46 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах, снабженных электродвигателями для магистральных насосов НПС МН.

Оно может быть использовано для энергосберегающей оптимизации режимов работы электродвигателей магистральных насосов, перекачивающих нефть на НПС с целью повышения и ресурса работы и снижения расхода электроэнергии.

Известен способ управления электрическим режимом двигателей НПС МН ([1] раздел 13.3), принятый нами в качестве прототипа, при котором в зависимости от объема перекачки нефти на НПС и по максимальному давлению трубопровода мощность частотно-регулируемых электроприводов насосов выбирается, как правило, одинаковой, например, для НПС с общей мощностью, равной 32МВА, четыре штуки по 8МВ.А электродвигателя СТДП - 8000 [2] раздел 6.2.

Вместо магистральных насосов с большими единичными мощностями могут использоваться насосы меньшей производительности группами и, соответственно, электродвигатели для их привода с меньшей единичной мощностью, чем в выше приведенном примере, то есть электродвигатели мощностью 1, 2МВ.А и др.

Недостатком прототипа является то, что на каждой группе для изменения расхода насоса НПС устанавливают частотно-регулируемые привода примерно одинаково большой мощности, что резко удорожает установленное на НПС электрооборудование, снижает ресурс последнего из-за того, что все группы непрерывно находятся в работе и по той же причине наблюдаются большие удельные нормы расхода электроэнергии.

Целью заявляемого изобретения является повышение точности и надежности управления режимом работы электродвигателей магистральных насосов НПС МН при снижении общих затрат на устанавливаемое оборудование, а также расхода электроэнергии на технологический процесс в НПС.

Поставленная цель достигается в способе управления режимом работы частотно-регулируемых электродвигателей, при котором контролируют мощность включенных в работу электродвигателей, сравнивают с заданной в зависимости от требуемой мощности перекачки, определяемой по расходу нефти магистрального трубопровода, и при возникновении рассогласования контролируемой и заданной величин мощности изменяют число включенных групп частотно-регулируемых электроприводов магистральных насосов в сторону устранения возникшего рассогласования.

Причем группируют все электродвигатели насосов по мощности в прогрессии: А=1МВА, В=2МВА, С=4МВА, D=8МВА, Е=16МВА, ..., М=2ⁿ, где n=1, 2, 3, ..., k, оставляя частотно-регулируемыми с помощью ПЧР только два (А и В) электропривода ЧРЭП мощностью 1МВА и 2МВА; определяют необходимую заданную мощность Р_зад для заданного по технологии НПС расхода (давления) нефти в магистральном трубопроводе и включают упомянутые группы нерегулируемых электродвигателей (ЭД), а также частотно-регулируемый электропривод насосов соответственно:

если Р_зад≤1МВА, то включают элемент А прогрессии мощностей ЭД,

если Р_зад=2МВА, то включают элемент В прогрессии мощностей ЭД,

если Р_зад=3МВА, то включают элементы А+В прогрессии мощностей ЭД,

если Р_зад=4МВА, то включают элемент С прогрессии мощностей ЭД,

если Р_зад=5МВА, то включают элементы С+А прогрессии мощностей ЭД;

если Р_зад=6МВА, то включают элементы C+B прогрессии мощностей ЭД;

если Р_зад=7МВА, то включают элементы С+А+В прогрессии мощностей электродвигателей;

если Р_зад=8МВА, то включают элемент D прогрессии мощностей ЭД;

если Р_зад=9МВА, то включают элементы D+A прогрессии мощностей ЭД;

если Р_зад=10МВА, то включают элементы D+B прогрессии мощностей ЭД;

если Р_зад=11МВА, то включают элементы D+В+А прогрессии мощностей групп электродвигателей;

если Р_зад=12МВА, то включают элементы D+C прогрессии мощностей ЭД;

если Р_зад=13МВА, то включают элементы D+С+А прогрессии мощностей групп электродвигателей;

если Р_зад=14МВА, то включают элементы D+С+В прогрессии мощностей групп электродвигателей;

если Р_зад=15МВА, то включают элементы D+С+В+А прогрессии мощностей групп электродвигателей;

если Р_зад=16МВА, то включают элемент Е прогрессии мощностей ЭД;

.....................................................................................................................;

если Р_зад>30МВА, то включают элементы Е+D+В+С+А прогрессии.

В случае, когда по технологии перекачки нефти НПС требуется поддерживать вместо фиксированной величины Q_зад (Р_зад) диапазон расхода от Q_min до Q_max, то дополнительно группируют два комплекса электроприводов насосов: одну группу с мощностью ≤ Р_min, соответствующей расходу Q_min, а вторую равную Δ_р=(Р_max-Р_min) для расхода, соответственно Δ_Q=(Q_max-Q_min), дополнительно группируют и проводят регулирование режима работы электродвигателей магистральных насосов НПС в последовательности операций, перечисленных выше.

Существенным отличием заявляемого изобретения от известных способов управления режимом работы электродвигателей магистральных насосов НПС МН является то, что ни в одном из известных способов управления электрическим режимом электродвигателей не достигается высокая динамическая точность управления мощностью приводов магистральных насосов, отвечающих фактической технологической загрузке НПС МН при снижении стоимости устанавливаемого электрооборудования и расходуемой на электроприводы насосов электроэнергии, а также ростом ресурса работы последнего за счет большей адаптивности вводимой мощности при реализации технологического процесса перекачки нефти соответственно фактическим ее расходам (объемам), заданным по условиям экспуатации.

Заявляемый способ управления режимом работы электродвигателей магистральных насосов НПС МН поясняется фиг.1.

На структурной схеме фиг.1:

1 - нефтеперекачивающая станция, 2 - блок задания расхода Q_зад перекачиваемой на НПС нефти, 3 - блок задания мощности Р_зад электродвигателей магистральных насосов, 4 - блок сравнения (ключ), 5 - регистр последовательного сравнения Р_зад с мощностным рядом нагрузки электродвигателей, 6 - исполнительный блок, 7-13 - элементы А, В, С, D, Е, ..., М прогрессии мощностей групп электродвигателей магистральных насосов НПС, 14 - сумматор мощностей СД, включенных в работу.

Как можно увидеть из приведенного чертежа, назначение способа состоит в определении по параметру расхода нефти необходимой величины электрической мощности групп электродвигателей магистральных насосов, группировании электродвигателей в элементы возрастающей по мощности ЭД прогрессии, последовательном сравнении заданной по технологическому процессу мощности с регистровым рядом возрастающих мощностей ЭД и переключении групп электродвигателей в соответствии с заданной по технологии мощности перекачки нефти в НПС по прогрессивному алгоритму, за счет комбинаций элементов А, В, С, D, ...M.

Пример реализации.

Управление режимом работы электродвигателей магистральных насосов НПС (блок 1) МН по заявляемому способу происходит следующим образом (фиг.1).

Все электродвигатели насосов группируют по мощности в элементы прогрессии А=1МВ·А, В=2МВ·А, С=4МВ·А, D=8МВ·А, Е=16МВ·А, (блоки 7-13), причем частотно-регулируемыми элементами (группами) электроприводов являются только А и В (блоки 7 и 8). В блоке 14 суммирования получают электрический сигнал, пропорциональный сумме мощностей электродвигателей, включенных в работу.

Определяют для заданного по технологии НПС (блок 1) расхода (давления) Qт/час нефти (блок 2) в магистральном нефтепроводе необходимую мощность перекачки Р_зад МВ·А (блок 3), которая оказалась, например, 13МВ·А. В блоке 4 сравнения, являющемся ключом, при возникновении рассогласования заданной от блока 3 мощности 13МВ.А и поступившем с блока 14 суммирования мощностей электродвигателей, включенных в работу, электрического сигнала, пропорционального 8МВ.А, вырабатывается инициативный (спусковой) импульс на дополнительное управление по заявленному отличительному признаку (алгоритму). Методом последовательного сравнения Р_зад из блока 3 через ключ 4 в регистре 5 с технологическими мощностями, на которые рассчитана НПС, например, от 1МВ·А до 30МВ·А и более, расположенными в порядке возрастания, определяют величину управляющего воздействия, например, 13 МВ·А, который в соответствии с вышеизложенным алгоритмом управления вырабатывает для исполнительного блока 6 команду на подключение для Р_зад=13МВ·А элементов D+С+А сгруппированных электродвигателей магистральных насосов. Через дискрету времени управления циклично повторяют описанную последовательность операций управления, изменяя по алгоритму набор элементов прогрессии мощностей групп электродвигателей для вновь заданной Р_задМВ·А=F(Qт/час) НПС.

Реализуемость патентуемого способа не вызывает сомнений, так как все применяемые операции с материальными объектами электродвигателями и их мощностями: группирование с помощью коммутационной аппаратуры, последовательного сравнения, переключений с помощью исполнительного блока, регулирования мощности с помощью ЧРЭП практически выполнимы и не требуют принципиально новых научно-технических разработок.

Применение патентуемого способа повышает точность управления ЭД НПС МН на 8%, снижает стоимость устанавливаемого электрооборудования, в том числе ЧРЭП в 1,32 раза при повышении надежности и ресурса используемого энергооборудования НПС МН в 1,6 раза.

Список литературы.

1. Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Акбердин A.M. Эксплуатация оборудования нефтеперекачивающих станций. - М., Недра. - 2001.

2. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. - Ростов-на-Дону. - Феникс - 2004.

Изобретение может быть использовано в области электротехники для управления режимом работы электродвигателей насосов нефтеперекачивающих станций магистральных нефтепроводов (НПС МН). Техническим результатом является повышение точности и надежности управления режимом работы электродвигателей магистральных насосов НПС МН при снижении общих затрат на устанавливаемое оборудование, а также расхода электроэнергии на технологический процесс в НПС. В способе управления режимом работы электродвигателей магистральных насосов НПС МН группируют все электродвигатели насосов по мощности в элементы прогрессии А=1MB·А, В=2MB·А, С=4MB·A, D=8MB·А, Е=16МВ·А, ..., М=2ⁿМВ·А, где n=1, 2, 3, ..., k, оставляя частотно-регулируемыми с помощью преобразователя частоты только два элемента А и В мощностью 1 и 2MB·А электропривода; определяют необходимую заданную мощность для заданного по технологии НПС расхода (давления) нефти в магистральном трубопроводе и включают те группы электродвигателей насосов, у которых суммарная мощность соответствует заданной мощности для заданного по технологии НПС расхода (давления) нефти в магистральном трубопроводе. 1 ил.

Способ управления режимом работы электродвигателей магистральных насосов нефтеперекачивающей станции магистрального нефтепровода (НПС МН), при котором определяют суммарную мощность включенных в работу электродвигателей, сравнивают ее с заданной в зависимости от требуемой по технологии мощности перекачки, определяемой по расходу нефти магистрального трубопровода, и при возникновении рассогласования контролируемой и заданной величин мощностей изменяют число включенных групп электроприводов магистральных насосов в сторону устранения возникшего рассогласования, отличающийся тем, что группируют все электродвигатели насосов по мощности в элементы прогрессии А=1МВ·А, В=2МВ·А, С=4МВ·А, D=8MB·А, Е=16MB·А, ..., М=2ⁿMB·А, где n=1, 2, 3, ..., k, оставляя частотно-регулируемыми с помощью преобразователя частоты только два элемента А и В мощностью 1 и 2МВ·А электропривода; определяют необходимую заданную мощность для заданного по технологии НПС расхода (давления) нефти в магистральном трубопроводе и включают упомянутые группы электродвигателей соответственно: если Р_зад≤1МВ_зад·А, то включают элемент А сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=2MB·А, то включают элемент В сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=3МВ_зад·А, то включают элементы А+В сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=4МВ_зад·А, то включают элемент С сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=5МВ·А, то включают элементы С+А сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=6МВ·А, то включают элементы С+В сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=7МВ·А, то включают элементы С+А+В сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=8MB·А, то включают элемент D сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=9МВ·А, то включают элементы D+А сгруппированных tx двигателей магистральных насосов, если Р_зад=10МВ·А, то включают элементы D+В сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=11МВ·А, то включают элементы D+В+А сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=12МВ·А, то включают элементы D+С сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=13 MB·А, то включают элементы D+С+А сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=14МВ·А, то включают элементы D+С+В сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, если Р_зад=15МВ·А, то включают элемент Е сгруппированных электродвигателей магистральных насосов,

...,

...,

если Р_зад>30МВ·А, то включают элементы E+D+B+C+A сгруппированных электродвигателей магистральных насосов, периодически повторяя перечисленные операции управления электродвигателями и их мощностями в описанной последовательности.