Моделирование защиты от несимметричных режимов высоковольтного асинхронного привода циркуляционного компрессора в установке гидроочистки топлив
Автор: Дмитриева В.В., Хамматов А.Б.
Журнал: Горные науки и технологии @gornye-nauki-tekhnologii
Рубрика: Энергетика, автоматизация и энергоэффективность
Статья в выпуске: 3 т.8, 2023 года.
Бесплатный доступ
В нефтегазовой промышленности большую роль играют непрерывные технологические процессы, например, нефте- и газопереработка, которые чувствительны к многим внешним факторам. Такие процессы требуют реализации специальных процедур для остановки и повторного пуска. Для наладки технологического процесса необходимы очистка всей системы от непрореагировавших компонентов и их удаление. Забракованное сырьё зачастую сбрасывается на факел, что влечет за собой ощутимые экологические проблемы и значительный экономический ущерб. Важную роль в обеспечении непрерывных технологических процессов в нефтегазовой промышленности играют электротехнические системы (ЭТС), одним из ключевых элементов которых являются электродвигатели. Большую часть, не менее 80 %, используемых сегодня в промышленности электрических машин, составляют асинхронные двигатели (АД). Безаварийная их работа является одной из ключевых задач, что обеспечивает актуальность проектирования, моделирования и анализа действия систем релейных защит асинхронного двигателя, включая несимметричные режимы их работы. Эти режимы могут возникнуть при несимметричных схемах включения АД, несимметрии питающего напряжения, а также в результате каких-либо неисправностей в самой машине. Работа двигателя в таких условиях приведет к сокращению срока его службы, снижению мощности, износу и старению изоляции. В качестве исследуемого объекта выбран асинхронный электропривод циркуляционного компрессора блока гидроочистки бензина в комбинированной установке гидроочистки топлив, расположенного на Астраханском газоперерабатывающем заводе (АГПЗ). Для исследования работы и его защит авторы использовали моделирование в программе Matlab. В качестве основного теоретического метода выбран метод симметричных составляющих. Авторы разработали модель асинхронного электропривода циркуляционного компрессора; сформировали комплекс релейных защит (РЗ) и разработали модели следующих защит: «фильтр симметричных составляющих» (ФСС), максимальная токовая защита обратной последовательности «MTЗ Imax обр», защита от перегрузки. Продемонстрировано, что указанный комплекс релейной защиты полностью защищает двигатель от несимметричных режимов работы. Авторами было проведено исследование работы комплекса защит при различных несимметриях питающего напряжения, при различной загрузке двигателя, сделан вывод о работоспособности разработанной защиты, а также даны рекомендации по его технической реализации на производстве. Выполненная работа может быть положена в основу разработки и тестирования релейной защиты элементов всей электротехнической системы установки гидроочистки топлив на Астраханском ГПЗ.
Асинхронный двигатель, несимметричные режимы работы, несимметрия питающего напряжения, релейная защита, структурное моделирование, фильтр симметричных составляющих, максимальная токовая защита, защита от перегрузки
Короткий адрес: https://sciup.org/140301768
IDR: 140301768 | УДК: 621.316.575 | DOI: 10.17073/2500-0632-2022-12-70
Simulation of protection against unbalanced high-voltage asynchronous drive of recycle compressor in fuel hydrotreating unit
In the oil and gas industry, continuous processes such as oil and gas refining play a great role and are sensitive to many external factors. Such processes require special procedures for stopping and restarting. In order to maintain a sustainable process, the entire system needs to be cleaned by removing of unreacted components. Rejected raw materials are often dumped into a flare leading to tangible environmental problems and significant economic disadvantages. Electrotechnical systems (ETS) play an important role in ensuring continuous technological processes in oil and gas industry. Electric motors are one of the key elements of ETS. The majority of the electrical machines used in industry today are Asynchronous motors (AM) - no less than 80 %. Ensuring their trouble-free operation is one of the key factors in the design, simulation, and analysis of asynchronous motor relay protection systems, including unbalanced conditions of their operation. These conditions can occur due to unbalanced AM connection circuits, supply voltage unbalance, or as any faults in a machine itself. Operating a motor under these conditions will result in shorter motor life, reduced power, wear and aging of the insulation. The study subject was an Asynchronous motor drive of a recycle compressor of a gasoline hydrotreating unit at the fuel hydrotreating integrated unit at the Astrakhan Gas Refining Plant (AGRP). The authors used Matlab simulations to study the facility and its protection systems/devices operation. The method of symmetrical components was selected as the main theoretical method. The authors developed a model of an asynchronous motor drive of a recycle compressor. This involved establishing a set of relay protections (RP) and developing the models of the following protections: sequence filter (symmetrical component filter) (SF), negative sequence (nps) O/C protection, and overload protection. It was demonstrated that the specified relay protection complex fully protects the motor from unbalanced operation conditions. The authors conducted a study of the protection complex operation under different supply voltage unbalances, with different motor loads. They formed a conclusion about the performance of the developed protection complex, and gave recommendations for its technical implementation in a business environment. The study findings can be used as a basis for the development and testing of relay protection components of the entire electrical system of the fuel hydrotreating unit at the Astrakhan Gas Refining Plant.
Список литературы Моделирование защиты от несимметричных режимов высоковольтного асинхронного привода циркуляционного компрессора в установке гидроочистки топлив
- Panchenko V., Turenko A. Analysis of the influence of voltage asymmetry on the operation of the traction asynchronous electric motor using the simulation model. Collected Scientific Works of Ukrainian State University of Railway Transport. 2021;(198):145-150. (In Ukranian) https://doi.org/10.18664/1994-7852.198.2021.256648
- Романова В. В., Хромов С. В., Бахтурин А. Г., Суслов К. Анализ степени влияния несимметрии питающего напряжения на эксплуатационную надёжность низковольтных асинхронных электродвигателей. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022;24(4):131-141. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-4-131-141
- Шакиров В. А., Сыровешкин А. М., Буянина О. А. Исследование влияния несимметрии напряжений на работу асинхронных двигателей. Труды Братского государственного университета. Серия: естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири. 2011;2:8-11.
- Дмитриева В. В., Авхадиев И. Ф., Сизин П. Е. Использование современных программно-технических комплексов для автоматизации конвейерных линий. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(2):150-163. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2021-2-0-150-163
- Ершов Ю. А, Малеев А. В. Моделирование микропроцессорных релейных защит в среде MATLAB. Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2010;3(2):220-228. URL: https://elib.sfu-kras.ru/bitstream/handle/2311/1672/09_ershov.pdf?sequence=1
- Андреев М. В., Рубан Н. Ю., Суворов А. А. Математическое моделирование цифровой дифференциальной защиты трансформатора в среде Matlab Simulink. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018;22(1):134-150. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-1-134-150
- Копылов И. П. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа; 2001. 327 с.
- Андреев В. А. Релейная защита систем электроснабжения в примерах и задачах. М.: Высшая школа; 2008. 256 c.
- Hou L., Li B., Hu X., Liu Ch. Research on motor relay protection of high-voltage variable frequency motor drive system. Journal of International Council on Electrical Engineering. 2014;4(4):330-335. https://doi.org/10.1080/22348972.2014.11011892
- Kuprienko V. V. Relay protection features of frequency-adjustable electric drive. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018;327(5):052021. https://doi.org/10.1088/1757-899X/327/5/052021
- Popa G. N., Duinis C. M. Complex electronic protection for low-voltage three-phase induction motors. WSEAS Transactions on Electronics. 2020;11:11-17. https://doi.org/10.37394/232017.2020.11.2
- Полищук В. И., Крицкий М. В., Баннов Д. М., Малышев С. В. Применение унифицированных блоков микропроцессорной релейной защиты в задачах диагностики электрических машин. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019;21(6):93-100. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2019-21-6-93-100
- Neftisov A. V., Sarinova A. Zh., Talipov O. M. Possibility of building microprocessor relay protection devices on open architecture. Bulletin of Toraigyrov University. Energy Series 2022;(3):277-292. https://doi.org/10.48081/IKLZ1109
- Zeng Q., Zhang Zh., Xu M., Zhu J. A coordinated relay protection strategy of distribution network based on fault current limiting. Energy Reports. 2022;8(3):380-387. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.08.036
- Kholiddinov I. Kh., Misinova G., Yulchiev M. E., Tuychiev Z. Z. Modeling of calculation of voltage unbalance factor using Simulink (Matlab). The American Journal of Engineering and Technology. 2020;2(10):33-37. https://doi.org/10.37547/tajet/Volume02Issue10-07
- Новобрицкий В. А., Федосов Д. С. Анализ работы устройств релейной защиты в переходном режиме, сопровождающемся насыщением трансформатора тока. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021;23(5):71-85. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-5-71-85
- Nedelchev N., Matsankov M. Increasing the sensitivity of the digital relay protection against turn-to-turn short circuits and asymmetries in wind power generators. In: The 3rd International Conference on Electrical Engineering and Green Energy (CEEGE 2020). 2020;186(4):03001. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202018603001
- Романова В. В., Хромов С. В. Построение компьютерной модели для исследования режимов работы асинхронного двигателя. В: Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции «Развитие технических наук в современном мире». Вып. II. Воронеж, 08 декабря 2015 г. Воронеж: Изд-во ИЦРОН; 2015. С. 35-38.
- Пантель О. В. Методика расчета параметров асинхронного двигателя для моделирования режимов его работы в среде Matlab/Simulink. Academy. 2015:(2);7-11.
- Немыкина В. В., Рябченок Н. Л., Алексеева Т. Л., Астраханцев Л. А. Анализ несимметрии токов и напряжений в обмотках статора асинхронных двигателей привода вспомогательных машин. Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2020;(4):85-92. https://doi.org/10.26731/1813-9108.2020.4(68).85-92
- Суворов И. Ф., Сидоров А. И., Хромов С. В. Исследование влияния несимметрии линейных напряжений в сетях напряжением до 1000 В на режимы работы асинхронных электродвигателей. Электробезопасность. 2014;(3):17-30.
