CC BY
162
2014 Электротехника, информационные технологии, системы управления № 12 УДК 621.313.33, 621.315
С.А. Мошев, Д.С. Крыласов, В.А. Трефилов
Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
Пермь, Россия
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ЗАМЕНЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСНОЙ СТАНЦИИ
Рассматривается энергосбережение при модернизации асинхронного электропривода насосной станции. Применение двигателей мощностью 55 кВт вместо двигателей мощностью 160 кВт снижает токовую нагрузку трансформатора, повышает коэффициент мощности в узле нагрузки и приводит к экономии электрической энергии.
Ключевые слова: асинхронный электропривод; замена двигателя; экономия электроэнергии.
S.A. Moshev, D.S. Krylasov, V.A. Trefilov
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation
ENERGY SAVINGS WHEN REPLACING AN INDUCTION MOTOR DRIVE PUMP STATION
This article discusses the energy savings for modernization of the asynchronous electric drive pump station. The use of engines with a capacity of 55 kW instead of engines with a capacity of 160 kW reduces amperage of the transformer improves the power factor at the load and leads to savings in electrical energy.
Keywords: asynchronous electric drive; replacement of the engine; the power savings.
На насосной станции I подъема ОАО «Пермская целлюлозно-бумажная компания» для привода центробежных насосов Д400-35 применен асинхронный электропривод на базе двигателей А103-6М. Анализ работы установленного оборудования станции свидетельствует о нерациональном режиме работы электропривода: потребляемый двигателями ток составляет 40 % от номинального значения, а коэффициент мощности асинхронных электродвигателей примерно равен 0,7.
Схема электроснабжения насосной станции приведена на рис. 1.
Оборудование станции:
- трансформатор серии ТМ мощностью 250 кВА, напряжением 6/0,4 кВ, ДРх = 0,61 кВт, ДРк = 3,7 кВт;
- кабельная линия марки АВБбШв 3*150 длиной 100 м;
- асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором А103-6М с параметрами: номинальная мощность Рн = 160 кВт; номинальное напряжение и1н = 380 В; номинальный ток: 11н = 287 А; номинальная частота вращения пн = 990 об/мин; коэффициент мощности cos ф1н = 0,89; коэффициент полезного действия: пн= 0,951;
- центробежные насосы Д400-35 с параметрами: производительность Q = 400 м /ч; напор Н = 35 м; коэффициент полезного действия п = 0,83.
-О -в -о -о
Рис. 1. Схема электроснабжения насосной станции
По информации ПЦБК каждый из четырех установленных двигателей А103-6М работает с током, равным 40 % от номинального тока двигателя, т.е. потребляемый ток двигателя 11 = 0,4 11н = 0,4-287 = 115 А.
Для определения полезной мощности на валу двигателя был проведен его электромагнитный расчет [1]. На рис. 2 представлены некоторые из полученных рабочих характеристик двигателя А103-6М.
Из рабочих характеристик видно, что при токе 115 А полезная мощность на валу двигателя Р2 составляет 46 кВт. Коэффициент мощности ео8ф1 двигателя равен 0,68. Рекомендуемый на практике коэффициент мощности асинхронных двигателей должен составляет величину не менее 0,8. Отсюда следует, что установленная активная мощность двигателя в существующем электроприводе значительно
превышает реальную мощность на валу, двигатель работает с низким коэффициентом мощности, и, следовательно, его работа сопровождается большим потреблением реактивной мощности.
<Pi
n —-
/^cos <pt
li
li.A
О 50 100 150 200
Pi. кВт
Рис. 2. Рабочие характеристики двигателя А103-6М мощностью 160 кВт
В [2] необходимая мощность Р2 (кВт) электродвигателя определяется по характеристикам центробежного насоса:
Р2 = р- Q • H / 367 • п, где р - плотность воды, кг/дм3; Q - производительность, м3/ч; Н - напор, м; п - коэффициент полезного действия насоса.
Подставив данные центробежного насоса Д400-35, получим: Р2 = 1-400-35 / 367-0,83 = 45,96 кВт.
С учетом коэффициента запаса кз = 1,1 номинальная мощность двигателя должна быть не менее: Рн = Р2 • кз = 45,96 • 1,1 = 50,56 кВт.
Из каталога выбираем асинхронный двигатель с короткозамкну-тым ротором 5АМ250М6 номинальной мощностью Рн = 55 кВт.
Для определения режимных параметров выбранного двигателя был проведен электромагнитный расчет, представленный на рис. 3 в виде рабочих характеристик. Режим работы выбранного двигателя при нагрузке Р2 = 46 кВт характеризуется следующими величинами: I1 = 87 А, cos ф1 = 0,89, п = 0,88.
Л: 1
сск ф,
0,8
0,6
и
0..2
/
Ах
/ /
/ /
г 1 Р^, кВт
А
100
80
60
40
20
20
40
50
30
Рис. 3. Рабочие характеристики двигателя 5АМ250М6 мощностью 55 кВт
В [3] указано, что если коэффициент загрузки двигателя кз менее 0,45, то его замена на двигатель меньшей мощности всегда экономически целесообразна. В прежней схеме электропривода коэффициент загрузки установленных двигателей составляет:
кз = Р2 /Рн = 45,96 / 160 = 0,287.
Следовательно, целесообразность замены установленных двигателей подкреплять экономическими расчетами не требуется.
Тем не менее проведем анализ потребления активной и реактивной мощностей асинхронным двигателем и потерь мощностей в кабельной линии и трансформаторе до и после замены рабочего двигателя насоса.
Активная и реактивная мощности двигателя:
Р1 = 3^1н-/гшз ф 1, Ql = 3^1н-/гвт ф1,
Потери активной мощности в кабельной линии: ДРл = 3/12-Я1 ■ /■ 10-3, где Я1 - погонное активное сопротивление кабеля; / - длина кабеля, км.
Потери активной мощности в трансформаторе [3]:
ДРт = ДРх + ДРк К2,
где ДРх - активные потери холостого хода, ДРк - активные потери короткого замыкания при номинальной нагрузке, ^ - коэффициент загрузки трансформатора.
Потребляемые двигателем активная и реактивная мощности и потери активной мощности в кабельной линии и трансформаторе при питании от трансформатора только одного двигателя приведены ниже.
Р1, кВт ДРл, кВт ДРт, кВт ЕР, кВт Q1, кВАр
До замены 51,612 1,428 0,985 54,025 55,634
После замены 51,103 0,817 0,824 52,744 25,839
Из приведенных данных следует, что после замены двигателей суммарное потребление активной мощности и потерь мощности уменьшится на 1,281 кВт. Суммарное снижение потребления активной мощности всеми двигателями составит 5,124 кВт.
Экономия активной электроэнергии с учетом непрерывности работы всех двигателей насосной станции (Траб = 8200 ч) ДЭа = 5,124-8200 = 42016 кВт-ч.
Следует отметить, что при замене двигателей более чем в два раза, а именно на 54 % снижается потребление ими из сети реактивной мощности. За счет этого к трансформатору для более полного использования его установленной мощности можно подключить дополнительную нагрузку.
Библиографический список
1. Электротехнический справочник: в 4 т. Т.3: Производство, передача и распределение электрической энергии / под общ. ред. проф. МЭИ В.Г. Герасимова [и др.]. - М.: Изд-во МЭИ, 2002. - 964 с.
2. Карелин В .Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции: учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1986. - 320 с.
3. Проектирование электрических машин: учебник для вузов / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; под ред. И.П. Копылова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2005. - 767 с.
References
1. Gerasimov V.G. [et al.]. Proizvodstvo, peredacha i raspredelenie elektricheskoi energii [Production, transmission and distribution of electrical energy]. Elektrotekhnicheskii spravochnik. Izdatel'stvo Moskovskogo ekonomicheskogo instituta, 2002, vol. 3, 964 P.
2. Karelin V.Ia., Minaev A.V. Nasosy i nasosnye stantsii: uchebnik dlia vuzov [Pumps and pumping stations: the textbook for higher education institutions]. Moscow: Stroiizdat, 1986. 320 p.
3. Kopylov I.P., Klokov B.K., Morozkin V.P., Tokarev B.F. Proektirovanie elektricheskikh mashin uchebnik dlia vuzov [Design of electrical machines: the textbook for higher education institutions]. Moscow: Vysshaia shkola, 2005. 767 р.
Сведения об авторах
Мошев Сергей Александрович (Пермь, Россия) - студент Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29).
Крыласов Дмитрий Сергеевич (Пермь, Россия) - студент Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29).
Трефилов Владимир Алексеевич (Пермь, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и электромеханики Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: trefilov@pstu.ru).
About the authors
Moshev Sergei Aleksandrovich (Perm, Russian Federation) - is a student Perm National Research Polytechnic University (614990, 29, Komsomolsky pr., Perm).
Krylasov Dmitry Sergeevich (Perm, Russian Federation) - is a student Perm National Research Polytechnic University (614990, 29, Komsomolsky pr., Perm).
Trefilov Vladimir Alekseevich (Perm, Russian Federation) - is Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor at the Department of Electrical Engineering and Electromechanics Perm National Research Polytechnic University (614990, 29, Komsomolsky pr., Perm, e-mail: trefilov@pstu.ru).
Получено 12.12.2014
