Разработка системы автоматического регулирования давления в нефтепроводе с помощью регулируемого электропривода - Дипломная работа

Изменение величины подачи нефти в результате сезонных и годовых колебаний добычи, появление нестационарных процессов в нефтепроводах, связанных с различными технологическими операциями и колебаниями физических параметров перекачиваемой нефти, а также аварийные и ремонтные ситуации приводят к изменениям режимов работы станций. В некоторых случаях эти изменения могут привести к аварийной остановке НПС и другим неблагоприятным ситуациям, сопровождаемым большими экономическими потерями. Поэтому необходимо осуществлять непрерывное согласование работы станций на всех участках транспортировки, а также выполнять защиту оборудования и нефтепровода. Регулировать производительность НПС и давление на нагнетании и приеме можно при помощи следующих методов: изменение диаметров рабочих колес насосов, установка обводных линий, изменение числа работающих насосов, дросселирование потока нефти, изменение частоты вращения насосов. Первые три метода позволяют регулировать давление и подачу нефти только дискретно, поэтому их применение ограничено.Как правило, магистральные нефтепроводы разбивают на эксплуатационные участки с протяженностью 400 - 600 км, состоящие из 3 - 5 участков, разделенных НПС, работающих в гидравлически связанном режиме “из насоса в насос”. Такой режим требует более четкой работы станций на участке нефтепровода, так как отключение насосного агрегата или всей НПС может привести к изменению режима работы всего участка нефтепровода, как показано на рис. Для каждого насоса взаимосвязь подачи Q и напора H при номинальной частоте вращения определяется однозначно и выражается графически (характеристика Q - H). Также на график наносят зависимости изменения мощности N, КПД насоса ? и допустимого кавитационного запаса ?hд от подачи Q. График (Q - Н)-характеристики НМ 1250-260 вращения составляет n1 об/мин, то новая рабочая характеристика насоса, как указано в [5], будет иметь вид: H ? a? n1 ?2-BQ2 . (1.4) 0 nВыбор преобразователя частоты также необходимо осуществлять, учитывая требования к системе электропривода. Минусом непосредственных преобразователей частоты является то, что частота выходного напряжения преобразователя всегда ниже частоты входного, изза чего их применяют только в тихоходных машинах. ПЧ на основе АИТ используются в основном в системах электропривода, в которых необходим реверс мощности, так как они имеют ряд недостатков: - несинусоидальный выходной ток (увеличиваются потери в двигателе и, как следствие, требуется разгрузка по мощности); В системе «ПЧ - асинхронный двигатель» можно использовать любой стандартный двигатель, но необходимо учитывать снижение допустимого момента вследствие дополнительных потерь изза высших гармоник в токе автономного инвертора и ухудшения условий охлаждения самовентилируемых двигателей при работе в диапазоне регулирования частоты вращения. Силовая схема таких инверторов несколько усложняется, однако позволяет формировать три уровня напряжения на выходе каждой фазы инвертора ( E, 0,-E), и таким образом существенно снизить содержание высших гармоник в выходном напряжении до THD = 1-3% и, следовательно, уменьшить требования к выходному фильтру преобразователя [12].Одними из требований, предъявляемых к разрабатываемой системе электропривода, как уже указывалось выше, являются обеспечение мягкого пуска с моментом, незначительно превышающим номинальный, плавное регулирование скорости с постоянным ускорением, стабильность давления на нагнетании и всасывании станции, с ограничением соответственно максимального и минимального давления. Для синтеза системы управления электропривода с требуемыми параметрами рассмотрим вначале переходные процессы в разомкнутой системе ПЧ - АД - ЦН - МН при ?max: - пуск МНА (при одном работающем ЦН) до максимальной скорости при выводе НПС на максимальную производительность; повышение давления на нагнетании выше значения уставки при остановке МНА на следующей по ходу нефти НПС, САР должна компенсировать такое повышение давления согласно [15]; В качестве базовых величин возьмем следующие: Мн - номинальный момент электродвигателя, ?0н - скорость холостого хода электродвигателя при номинальной частоте напряжения, fн - номинальная частота напряжения, pmax - максимальное рабочее давление на выходе станции, pmin - минимальное рабочее давление на всасывании НПС. Графики зависимостей относительной частоты напряжения, момента АД, скорости вращения и давления от времени при переходных процессах построены в среде MATHCAD 2000 Professional с использованием подпрограммы rkfixed (метод Рунге-Кутта).Разомкнутая система управления не способна осуществить стабилизацию давления в сети, таким образом, необходимо разработать замкнутую систему управления электропривода с оптимальными переходными процессами. В качестве условия оптимизации системы был выбран технический оптимум, характеризуемый следующим соотношением постоянных времени САР: T2 ? 2.