1. مقدمه
با تسریع انتقال انرژی جهانی و تشدید رقابت در بازار، صنعت نفت و گاز با چالش های متعددی از جمله بهبود بهره وری انرژی، کاهش هزینه های عملیاتی و کاهش انتشار کربن مواجه است. بازیافت اتان یک فرآیند حیاتی برای افزایش ارزش افزوده گاز طبیعی و تضمین تامین مواد اولیه شیمیایی پایین دست است. مصرف انرژی و پایداری عملیاتی این فرآیند به طور مستقیم بر مزایای اقتصادی و زیست محیطی پروژه تأثیر می گذارد. در میان تجهیزات پرمصرف انرژی در واحدهای بازیابی اتان، تجهیزات کلیدی که توسط موتورهای ولتاژ متوسط پرقدرت هدایت می شوند - مانند کمپرسورها، پمپ ها و فن ها - بیش از 60٪ از کل انرژی مصرفی را تشکیل می دهند..
فناوری درایو فرکانس متغیر ولتاژ متوسط (VFD) یکی از پیشرفته ترین فناوری های صرفه جویی در انرژی در زمینه درایوهای الکتریکی امروزه است. با تنظیم آرام سرعت کار موتور از طریق تغییر در فرکانس منبع تغذیه، کنترل دقیق جریان بار و فشار را امکان پذیر می کند و در نتیجه صرفه جویی قابل توجهی در انرژی (معمولاً 20٪ - 40٪ ) حاصل می شود. بنابراین، استفاده از سیستمهای VFD ولتاژ متوسط که سازگاری شبکه و قابلیت اطمینان بالا را ترکیب میکنند، برای به حداقل رساندن تلفات خاموش شدن و اطمینان از بازده پروژه در درازمدت بسیار مهم است.
پس از تحقیق و ارزیابی گسترده، کاربر نهایی در نهایت سیستم محرک ولتاژ متوسط خنککننده آب با ظرفیت بالا Shanghai Nancal Electric NC HVVF را برای موتورهای پروژه انتخاب کرد. طراحی بای پس خودکار سریع سلول قدرت و قابلیت رانندگی با ولتاژ پایین (LVRT) درایوهای ولتاژ متوسط Nancal Electric به ترتیب خرابی های سلول داخلی و کاهش ولتاژ شبکه خارجی را برطرف می کند و به طور موثر از خاموش شدن برنامه ریزی نشده ناشی از چنین مسائلی جلوگیری می کند.
2. راه حل فنی
توان نصب شده واحد کمپرسور صادرات گاز طبیعی پروژه 27.7 مگاوات است. مدل VFD همسان NC HVVF 10/10-32000LO است. نمودار تک خطی به شرح زیر است:
شکل 1: SLD سیستم NC HVVF 10/10-32000LO VFD
برای افزایش بیشتر قابلیت اطمینان سیستم، Nancal Electric دو تابع افزایش قابلیت اطمینان را برای درایو ولتاژ متوسط این پروژه پیکربندی کرد:
2.1 طراحی بای پس سریع خودکار سلول نیرو
هنگامی که یک سلول برق از کار می افتد یا یک جزء کنترل آسیب می بیند، عملکرد بای پس سلول قدرت تضمین می کند که درایو بدون خاموش شدن به کار خود ادامه می دهد و نیازهای پروژه را با قابلیت اطمینان بالا برآورده می کند. در حین کار واقعی، اگر یک سلول برق از کار بیفتد، درایو از فناوری بای پس سلول خودکار سریع برای دور زدن سلول معیوب استفاده می کند. فرآیند بای پس خاص به شرح زیر است:
(1) با تشخیص خرابی سلول، درایو بلافاصله خروجی پالس به آن سلول را مسدود می کند.
(2) پس از مسدود شدن پالس، کنتاکتور بای پس سلول معیوب بلافاصله بسته می شود و به طور فیزیکی آن را دور می زند.
(3) هنگامی که کنتاکتور بای پس بسته شد، درایو خروجی پالس را از سر می گیرد و موتور به عملکرد عادی باز می گردد.
شکل 2: مقایسه قبل و بعد از بای پس سلول برق
شکل زیر شکل موج های شبیه سازی ولتاژ فاز خروجی معمولی و ولتاژ خط را نشان می دهد:
شکل 3: شکل موج های شبیه سازی ولتاژ فاز خروجی عادی و ولتاژ خط
شکل زیر شکل موج های شبیه سازی ولتاژ فاز خروجی و ولتاژ خط را پس از دور زدن یک سلول در فاز A نشان می دهد. می توان مشاهده کرد که اگرچه ولتاژ فاز فاز A کاهش می یابد و اختلاف زاویه فاز 120 درجه نیست (128 درجه و 104 درجه می شود)، اما ولتاژ خط خروجی نهایی با 12 درجه ولتاژ فاز متعادل باقی می ماند..
شکل 4: شکل موج های شبیه سازی ولتاژ فاز خروجی و ولتاژ خط پس از دور زدن یک سلول در فاز A
شکل زیر یک شکل موج سوئیچینگ در محل را نشان می دهد که تابع بای پس سلول قدرت فعال است:
شکل 5: شکل موج سوئیچینگ در محل در حین دور زدن سلول قدرت
کل فرآیند بای پس کمتر از 200 میلی ثانیه طول می کشد . افت سرعت موتور حداقل است و ولتاژ موتور در دامنه نسبتاً بالایی باقی می ماند و به درایو اجازه می دهد تا به طور مداوم سرعت جریان موتور را دنبال کند.
شکل زیر شکل موج ولتاژ خط خروجی اندازه گیری شده را پس از دور زدن یک سلول نشان می دهد. این نشان می دهد که ولتاژهای خط خروجی متقارن باقی می مانند.
شکل 6: شکل موج ولتاژ خط خروجی اندازه گیری شده پس از دور زدن یک سلول
2.2 عملکرد ولتاژ پایین ( LVRT).
هنگامی که خطوط انتقال دچار نوسانات ولتاژ شبکه، افت های کوتاه مدت، یا وقفه های آنی به دلیل آب و هوای شدید مانند صاعقه، طوفان برفی یا یخ زدگی می شوند، فناوری پیشرفته ProCon (پروسه پیوسته) ادغام شده در تجهیزات ولتاژ متوسط سری NC HVVF Nancal می تواند عملکرد درایوهای ولتاژ متوسط مداوم را به حداکثر برساند.
ProCon چندین فناوری از جمله بافر انرژی جنبشی را با ولتاژ پایین (LVRT)، جمع آوری بار چرخشی، محدود کردن هوشمند گشتاور برای بارهای گشتاور مربعی، مدولاسیون پیشرفته PWM و غیره ادغام می کند و به طور موثر این ماژول های کاربردی را هماهنگ می کند.
هنگامی که ولتاژ سمت شبکه بین 15% تا 40% کاهش می یابد، درایو ولتاژ متوسط سری NC HVVF سرعت را کاهش می دهد و گشتاور خروجی را محدود می کند و عملکرد را در ظرفیت کاهش یافته حفظ می کند. هنگامی که ولتاژ شبکه به زیر 60٪ یا حتی در طول افت کامل برق شبکه کاهش می یابد، عملکرد بافر انرژی جنبشی LVRT انرژی جنبشی چرخشی موتور و بار را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند تا سلول های قدرت درایوها را شارژ کند ، ولتاژ سلول را حفظ کرده و از خاموش شدن به دلیل کمبود ولتاژ جلوگیری می کند.
شکل 7: عکس در محل از درایو ولتاژ متوسط Nancal Electric
شکل 8: شکل موج LVRT اندازهگیری شده (ولتاژ صفر برای 2.07 ثانیه)
3. پیکربندی اولیه
بر اساس پارامترهای موتور و بار مورد نیاز، پیکربندی اولیه درایو ولتاژ متوسط Nancal Electric به شرح زیر است:
4. نتیجه گیری
به طور خلاصه، تجهیز بارهای کلیدی کمپرسور در واحدهای بازیابی اتان با درایوهای ولتاژ متوسط بسیار قابل اعتماد نشان دهنده یک سرمایه گذاری استراتژیک است که فناوری پیشرفته، مزایای اقتصادی و سازگاری با محیط زیست را ادغام می کند.
درایو ولتاژ متوسط خنککننده آب با ظرفیت بالا که توسط Nancal Electric برای این پروژه عرضه شده است، به عنوان یک پیوند حیاتی برای صرفهجویی در مصرف انرژی و کاهش مصرف در سیستم eDrive واحد کمپرسور در پروژه بازیافت اتان عمل میکند. از طریق بیش از سه سال عملیات پایدار و قابل اعتماد ، عمیقاً یکپارچه با سیستمهایی مانند پردازش گاز طبیعی و استفاده از گرمای زباله، پشتیبانی فنی قوی برای تولید سبز، کارآمد و استفاده از منابع عمیق میدان نفتی فراهم کرده است.
از زمان راه اندازی، این درایو ولتاژ متوسط در برابر کاهش ولتاژ شبکه با شدت های مختلف مقاومت کرده است که به طور قابل توجهی پایداری فرآیند تولید مداوم و بهبود راندمان تولید را تضمین می کند.