Частотно-регулируемый электропривод магистрального насоса на нефтеперекачивающей станции

Обозначения и сокращения.docx

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
IGBT – Insulated Gate B
АД – асинхронный двигатель;
АРВ – автоматический регулятор возбуждения;
АСУТП – автоматизированная система управления технологическим процессом;
ВНД – внутренняя норма доходности;
др. – дросселирование;
ИД – индекс доходности;
КВ – капитальные вложения;
к.з. – короткое замыкание;
КПД – коэффициент полезного действия;
ЛПДС - линейная производственно-диспетчерская станция;
МНПП «УЗН» - магистральный нефтепродуктопровод «Уфа - Западное направление»;
НМ – насос магистральный;
нп. – неравномерность перекачки;
НПП – нефтепродуктопровод;
НПС – нефтеперекачивающая станция;
ПДК – предельно – допустимая концентрация;
ПС – перекачивающая станция;
ПУЭ – правила устройства электроустановок;
ПЧ – преобразователь частоты;
СД – синхронный двигатель;
ЧДД – чистый дисконтированный доход;
ЧРЭП – частотно-регулируемый электропривод;
ШИМ – широтно-импульсная модуляция;
ЭД – электродвигатель;
ЭХЗ – электрохимическая защита.

Содержание.docx

Обозначения и сокращения 7
Описание технологического процесса 12
1 Состав сооружений магистральных нефтепроводов 12
2 Регулирование режимов работы нефтепродуктопровода 13
3 Анализ технологических режимов работы магистрального
нефтепродуктопровода «Уфа – Западное направление» 17
Электропривод магистральных насосных агрегатов 38
1 Регулирование скорости вращения синхронных электродвигателей 38
2 Регулирование тока возбуждения СД 39
2.1 Показатели работы СД 39
2.2 Тиристорный возбудитель серии ВТЕ-315-11 40
3 Возможность работы СТД – 1600 в составе частотно-регулируемого электропривода 42
Математическая модель синхронного электропривода 50
1 Уравнения синхронной машины в осях dq 53
Анализ электромагнитной совместимости преобразователя частоты AV-EK6 и питающей сети 62
Патентные исследования и обзор публикаций 69
1 Патентная проработка 69
1.1 Результаты патентного поиска 69
1.2 Анализ результатов патентного поиска 71
2 Обзор публикаций 73
Экономическая эффективность от внедрения частотно-регулируемого электропривода на НПС «Черкассы» 77
2 Оценка экономической эффективности от внедрения преобразователей частоты 78
2.1 Методика расчета экономической эффективности 79
2.2 Расчет экономической эффективности проекта 83
Безопасность и экологичность проекта 92
1 Характеристика производственной среды и анализ опасностей и производственных вредностей 92
2 Мероприятия по обеспечению безопасных и безвредных условий труда 97
2.1 Мероприятия по технике безопасности 97
2.2 Мероприятия по промышленной санитарии 99
2.3 Пожарная безопасность 100
2.4 Экологичность проекта 102
3 Расчет освещенности в зале электродвигателей 102
Список использованных источников 106
Приложение А. Продольный профиль трассы 1 110
Приложение Б. Продольный профиль трассы 2 111
Приложение В. Система уравнений синхронной машины составленная из блоков Simulink и Cинхронная машина и механическая система 112
Приложение Г. Преобразование ABCdq и «Электрическая» модель синхронной машины 113
Приложение Д. Модель ШИМ инвертора и Общая схема электропривода 114
Приложение Е. Динамические характеристики электропривода 115
Приложение Ж. Регулировочные характеристики электропривода 117
Приложение З. Механические характеристики СД и насоса 119
Приложение И. Совместная механическая характеристика 120
Приложение К. Технологическая карта МНПП «УЗН» 121

Введение.docx

Известно что в процессе перекачки нефтепродуктов изменяются режимы работы магистральных нефтепродуктопроводов. Это может быть вызвано рядом следующих факторов основными из которых являются:
- переменная загрузка НПП вызванная различной закономерностью работы нефтеперерабатывающих заводов НПП и потребителей (нефтебаз и наливных пунктов)
- изменение реологических параметров нефтепродуктов вследствие сезонного изменения температуры а также при последовательной перекачке (при смене нефтепродуктов)
- технологические факторы (изменение параметров насоса их включение и отключение наличие запасов нефтепродуктов или свободных емкостей и т.д.)
- аварийные или ремонтные ситуации вызванные повреждениями на линейной части отказами оборудования ПС
- засорение трубопровода и образование в нем воздушных мешков[1].
Отечественная и зарубежная практика эксплуатации НПП показала что в условиях постоянно изменяющегося режима работы трубопроводных систем целесообразно применять регулируемые электроприводы насосных агрегатов.
Путем регулирования числа оборотов рабочего колеса нагнетателя удается плавно менять его гидравлические и энергетические характеристики подстраивая работу насоса к изменяющимся нагрузкам. Этим обеспечивается прежде всего экономия энергии затрачиваемой на перекачку нефтепродуктов.
Двигатели переменного тока позволяют осуществлять регулирование числа оборотов путем изменения частоты питающего тока (с промышленной частоты 50 Гц до большего или меньшего значения в зависимости от того требуется увеличить число оборотов вала ротора или уменьшить соответственно) [2].
Первые попытки внедрения частотно-регулируемого электропривода на нефтеперекачивающие станции были предприняты более 20 лет назад. В течение всего этого времени закладывались научные и методические основы разрабатывались технические и программные средства управления электроприводом совершенствовались технологические процессы и оборудование менялась элементная база силовых электронных элементов. Если в начале своего пути схемы тиристорных преобразователей частоты не были доведены до такой стадии когда их можно было бы экономично и надежно применять в нефтепроводном транспорте и преобразователи частоты строились на основе тиристорных устройств то сейчас повсеместно используются транзисторные силовые ключи (IGBT технология).
Для многих современных регулируемых электроприводов основным требованием является высокая точность и плавность регулирования скорости при условии обеспечения требуемого запаса устойчивости и хорошего качества переходных процессов. Эффективное глубокое регулирование частоты вращения синхронного двигателя возможно только при наличии источника с регулируемой частотой.
В настоящее время частотно-регулируемый электропривод на базе статических преобразователей частоты находит широкое применение благодаря широким функциональным возможностям компактности экономичности.
Главным образом задача выбора регулируемого электропривода сводится к поиску системы которая наиболее целесообразным с экономической точки зрения способом обеспечивает требуемый диапазон быстродействие и точность регулирования.
Основной целью дипломного проекта является замена нерегулируемого электропривода магистрального насоса частотно - регулируемым. Указанная цель определила следующие задачи:
- провести исследование режимов работы электропривода центробежного насоса и эксплуатационного участка магистрального нефтепродуктопровода «Уфа – Западное направление» (МНПП «УЗН»);
- создать математическую модель автоматизированного электропривода провести исследование и анализ переходных процессов частотно – регулируемого электропривода (ЧРЭП) в системе с синхронным электродвигателем (СД).
В качестве объекта для возможной установки регулируемого электропривода выбран магистральный насосный агрегат типа НМ 1250-400.

Титульник.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОТДЕЛА
«РОСНЕФТЬ-УФАНИПИНЕФТЬ»
ЗАВ. КАФЕДРОЙ ЭЭП. КАНД. ТЕХН. НАУК. ПРОФ.
ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД МАГИСТРАЛЬНОГО НАСОСА ГОЛОВНОЙ НЕФТЕПЕРЕКАЧИВАЮЩЕЙ СТАНЦИИ
ДИПЛОМНИК ГР. АЭ 03-01 ОКСАНА ГЕННАДЬЕВНА
КАНД.ТЕХН.НАУК ДОЦ.В.И. БАБАКИН
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РАЗДЕЛУ
ПО ЭКОНОМИЧЕСКОМУ РАЗДЕЛУ
КАНД. ЭКОН. НАУК ДОЦ.В.В. БИРЮКОВА
ПО БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЧНОСТИ
ПРОЕКТА КАНД. ТЕХН. НАУК ДОЦ. А.А. ГИЛЯЗОВ
ПО ПАТЕНТНОЙ ПРОРАБОТКЕ
КАНД.ТЕХН.НАУК ДОЦ.В.И. БАБАКИН НОРМОКОНТРОЛЕРР.А. БАШАРОВ

Приложение Е,Ж,З.docx

Система уравнений синхронной машины составленная из блоков Simulink
Cинхронная машина и механическая система
Преобразование ABCdq
«Электрическая» модель синхронной машины
Модель ШИМ инвертора
Общая схема электропривода
Кривая разгона электродвигателя
Продолжение приложения Е
Ток статора (фаза А) при пуске
Ток возбуждения при пуске
Регулирование скорости вращения
Электрический момент двигателя при регулировании скорости вращения
Продолжение приложения Ж
Ток статора (фаза А) при регулировании скорости
Ток возбуждения при регулировании скорости
Механическая характеристика СД
Механическая характеристика насоса
Совместная механическая характеристика
Форма тока в статоре

1 Описание технологического процесса (Восстановлен).docx

1 Описание технологического процесса
1 Состав сооружений магистральных нефтепроводов
Магистральные трубопроводы - это капитальные инженерные сооружения рассчитанные на длительный срок эксплуатации и предназначенные для бесперебойной транспортировки на значительные расстояния нефтепродуктов от мест их добычи забора (начальная точка трубопровода) к местам потребления (конечная точка). В состав магистральных трубопроводов входят:
- нефтеперекачивающие станции (НПС);
- емкости для хранения нефтепродуктов;
- линейная часть трубопровода с ответвлениями и лупингами
запорной арматурой переходами через естественные и искусственные препятствия узлами подключения НПС и т.д.;
- линии электропередачи установки электрохимической защиты (ЭХЗ);
- противопожарные средства противоэрозионные и защитные сооружения трубопроводов;
- постоянные дороги и вертолетные площадки расположенные вдоль
трассы трубопровода и подъезды к ним опознавательные и сигнальные знаки и т. д.
НПС - это сложный комплекс инженерных сооружений предназначенных для обеспечения перекачки заданного количества нефти или нефтепродуктов. НПС магистральных трубопроводов подразделяют на головные и промежуточные.
Головная НПС располагается вблизи нефтяных сборных промыслов или нефтеперерабатывающих заводов и предназначается для приема нефти или нефтепродуктов и для обеспечения их дальнейшей перекачки по трубопроводу.
Головные НПС являются наиболее ответственной частью всего комплекса магистрального трубопровода и во многом определяют его работу в целом. На них выполняют следующие основные технологические операции: прием и учет нефти или нефтепродуктов закачку их в резервуарный парк для краткосрочного хранения откачку нефти или нефтепродуктов в трубопровод; прием запуск очистных разделительных и диагностических устройств. Кроме того производят внутристанционные перекачки (перекачку из резервуара в резервуар перекачку при зачистке резервуаров и т. д.). На головных станциях можно производить подкачку нефти или нефтепродуктов с других источников поступления например с других трубопроводов.
Промежуточные НПС предназначены для повышения давления перекачиваемой жидкости в трубопроводе и их размещают по трассе согласно гидравлическому расчету. Они имеют в своем составе в основном те же объекты что головные перекачивающие станции но вместимость их резервуаров значительно ниже либо они отсутствуют (в зависимости от принятой схемы перекачки).
Перекачивающие станции (ПС) магистрального нефтепровода относятся к сложным и энергоемким объектам. Доля затрат энергии на перекачку составляет порядка 25 - 30% от годовых эксплуатационных расходов. При отсутствии перекачивающих агрегатов с регулируемой частотой вращения ротора насоса эксплуатация нефтепровода может происходить на различных режимах смена которых происходит при изменении вариантов включения насосов и перекачивающих станций.
2 Регулирование режимов работы нефтепродуктопровода
Режимы работы нефтепровода определяются подачей и напором насосов ПС в рассматриваемый момент времени которые характеризуются условиями материального и энергетического баланса перекачивающих станций и трубопровода. Любое нарушение баланса приводит к изменению режима работы и обуславливает необходимость регулирования [3].
Изменение количества работающих насосов.Этот метод применяется при необходимости изменения расхода в нефтепроводе. Однако результат зависит не только от схемы соединения насосов но и вида характеристики трубопровода (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Совмещенная характеристика трубопровода и ПС при регулировании изменением числа и схемы включения насосов
- характеристика насоса; 2 - напорная характеристика ПС при последовательном соединении насосов; 3 - напорная характеристика ПС при параллельном соединении насосов; 4 5 -характеристика трубопровода; 6 - -Q характеристика насоса при последовательном соединении; 7 - -Q характеристика насоса при параллельном соединении
Рассмотрим в качестве примера параллельное и последовательное соединение двух одинаковых центробежных насосов при работе их на трубопровод с различным гидравлическим сопротивлением.
Как видно из графических построений (рисунок 1.1) последовательное соединение насосов целесообразно при работе на трубопровод с крутой характеристикой. При этом насосы работают с большей чем при параллельном соединении подачей (QB>QC) a также с более высоким суммарным напором и коэффициентом полезного действия. Параллельное соединение насосов более предпочтительно при работе на трубопровод с пологой характеристикой (QF>QE HF>HE F>E) [1].
Метод дросселирования.
Метод дросселирования на практике применяется сравнительно часто хотя и не является экономичным. Он основан на частичном перекрытии потока нефти на выходе из насосной станции то есть на введении дополнительного гидравлического сопротивления. При этом рабочая точка из положения А1 смещается в сторону уменьшения расхода в точку А2 (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 – Совмещенная характеристика ПС и трубопровода при регулировании дросселированием и байпасированием
Целесообразность применения метода можно характеризовать величиной к.п.д. дросселирования др.:
где hдр.- дросселируемый напор.
С увеличением значения дросселируемого напора значение др. уменьшается. Полный к. п. д. насоса (ПС) определяется выражением:
где 2 – к.п.д. насоса после дросселирования.
Метод дросселирования уместно применять для насосов имеющих пологую напорную характеристику. При этом потери энергии на дросселирование не должны превышать 2% энергозатрат на перекачку.
Изменение частоты вращения вала насоса.
Это прогрессивный и экономичный метод регулирования. Применение плавного регулирования частоты вращения роторов насосов на ПС магистральных нефтепроводов облегчает синхронизацию работы станций позволяет полностью исключить обточку рабочих колес применение сменных роторов а также избежать гидравлических ударов в нефтепроводе. При этом сокращается время запуска и остановки насосных агрегатов. Однако в силу технических причин этот способ регулирования пока не нашел широкого распространения.
Метод изменения частоты вращения основан на теории подобия
где Q1H1 и N2 – подача напор и потребляемая мощность соответствующая частоте вращения рабочего колеса
Q2 H2 и N2 – то же при частоте вращения рабочего колеса n2.
При уменьшении частоты вращения характеристика насоса изменится и рабочая точка сместится из положения А1 в А2 (рисунок 1.3).
В соответствии с (1.1) при пересчете характеристик насоса с частоты вращения на частоту получим следующие соотношения:
Изменение частоты вращения вала насоса возможно в следующих случаях:
Рисунок 1.3 – Совмещенная характеристика нефтепровода и насоса при изменении частоты вращения вала
- применение двигателей с изменяемой частотой вращения;
- установка на валу насосов муфт с регулируемым коэффициентом
проскальзывания (гидравлических или электромагнитных);
- применение преобразователей частоты тока при одновременном
изменении напряжения питания электродвигателей.
Следует отметить что изменять частоту вращения в широких пределах нельзя так как при этом существенно уменьшается к. п. д. насосов [1].
3 Анализ технологических режимов работы магистрального
нефтепродуктопровода «Уфа – Западное направление»
В дипломном проекте предлагается использовать ЧРЭП на НПС так как снижается потребляемая мощность при регулировании производительности магистрального насоса а также весьма значителен и ресурсосберегающий эффект определяемый снижением утечек и нагрузок на элементы агрегата исключением гидравлических ударов в системе. Несмотря на столь очевидные достоинства ЧРЭП подтвержденные опытом работы в коммунальном хозяйстве и на промышленных предприятиях до недавнего времени оставался нерешенным вопрос внедрения регулируемых электроприводов на НПС магистральных нефтепроводов.
Участок «Черкассы - Прибой» является эксплуатационным участком МНПП «Уфа – Западное направление». Длина участка составляет 5802 км [4].
В состав эксплуатационного участка «Черкассы - Прибой» входят: ЛПДС «Черкассы» ЛПДС «Языково» ЛПДС «Субханкулово» ЛПДС «Тюрино» ЛПДС «Георгиевка» ЛПДС «Прибой».
Схематичное расположение станций по трассе приведено на рисунке 1.4
Рисунок 1.4 – Схематичное расположение станций по трассе МНПП
Насосное оборудование ЛПДС представлено в таблице 1.
На насосных станциях МНПП «УЗН» основные насосы обвязаны последовательно (рисунок 1.5). Такая обвязка позволяет обеспечить работу НПС при выходе в резерв любого из агрегатов.
На рассматриваемом участке головной НПС «Черкассы» регулирование режимов перекачки нефтепродуктов осуществляется посредством изменения количества работающих насосов (Приложение А).
Таблица 1 - Насосное оборудование ЛПДС
Наименование перекачивающей станции
Параметры насосных агрегатов
Основные и подпорные насосы
Тип и назначение насоса
Производи- тельность-Напор
Номи- нальная нагрузка А
Частота вращения- мощность
НМ1250-260 №1 основной
НМ1250-260 №2 основной
НМ1250-400 №3 основной
НМ1250-400 №4 основной
НМ1250-260 №3 основной
Продолжение таблицы 1
Производи- тельность -Напор
Частота вращения-мощность
НМ 1250-400 №4 основной
Рисунок 1.5 – Последовательная обвязка основных насосных агрегатов
Достоинством этого способа является высокая экономичность (если требуемый режим удается обеспечить без дросселирования) поскольку отсутствуют дополнительные потери при регулировании подачи а недостатком – невозможность плавного регулирования подачи и потери на дросселирование при его использовании [3].
Для исследования режимов перекачки нефтепродуктов по МНПП «УЗН» было рассмотрено два режима работы участка нефтепровода:
- с производительностью 25 тыс.тсут (Q1=1230 м3ч) [4];
- с производительностью 20 тыс.тсут 80% от первого режима
(Q2=08·Q1=984 м3ч).
Для этого произведен гидравлический расчет участка нефтепровода УЗН по методике указанной в разделе 2.

5 Электромагнитная совместимость.docx

5 Анализ электромагнитной совместимости преобразователя частоты AV-EK6 и питающей сети
Современный регулируемый электропривод как постоянного так и переменного тока содержит силовые преобразователи электрической энергии выполненные на силовых полупроводниковых ключах и являющиеся дискретными устройствами.
Рост установленной мощности преобразовательных агрегатов и связанное с принципом их работы ухудшение электромагнитной обстановки обострили проблему обеспечения нормального функционирования других потребителей подключенных к общей с преобразователями сети т.е. электромагнитную совместимость [14].
Так как в дипломном проекте рассматривается ЧРЭП то необходимо произвести расчет электромагнитной совместимости преобразователя частоты с питающей сетью.
Индуктивное сопротивление трансформатора ТСЗ-160010 найдём по формуле мОм:
где Uкз – напряжение короткого замыкания %
Ркз - мощность короткого замыкания кВт
Sном – полная мощность трансформатора кВА
Uб – базовое напряжение В.
Зная длину и марку кабельной линии нетрудно найти его индуктивное сопротивление:
L – длина кабельной линии км.
Индуктивное сопротивление сети определяется двумя составляющими: индуктивным сопротивлением трансформатора и индуктивным сопротивлением кабельной линии. мОм.
Полную мощность КЗ на шинах подключения преобразователя найдем по формуле :
где Еф – действующее значение фазного напряжения.
Номинальную мощность на выходе звена постоянного тока можно определить исходя из условия что КПД современных автономных инверторов напряжения приблизительно равен 087:
где Рпч – номинальная мощность преобразователя Вт.
Номинальное напряжение на выходе двухфазного двухполупериодного мостового выпрямителя определяется выражением
n – число полупериодов.
Исходя из соотношения Рdн=Еdо·Idн определим ток на выходе выпрямителя
Приведенное значение ЭДС КЗ преобразователя частоты найдем по формуле:
Относительное значение ЭДС КЗ куда входит вся цепь коммутации вентилей выпрямителя преобразователя частоты определяется по формуле:
где Uкс – приведенное к мощности преобразователя относительное значение ЭДС короткого замыкания сети.
Относительное значение коммутационного провала определяется параметрами делителя напряжения и рассчитывается по формуле :
Угол коммутации найдём из выражения:
где Id – текущее значение тока на выходе выпрямителя.
Площадь коммутационного провала в точке подключения преобразователя к сети определяется из выражения:
Рассчитаем относительное действующее значение импульсов коммутационных провалов по формуле :
Относительная амплитуда синусной и косинусной составляющей первой гармоники коммутационных провалов определяются по формулам:
После определения синусной и косинусной составляющей первой гармоники коммутационных провалов по формуле:
Относительное действующее значение первой гармоники коммутационных провалов:
Относительное действующее значение высших гармоник импульсов коммутационных искажений находится по формуле
Найдём коэффициент несинусоидальности:
Площадь коммутационных провалов выраженная в процентах и электрических градусах определяется по формуле :
Как показывают расчеты выполнение норм на качество электрической энергии по коэффициенту несинусоидальности обеспечивается т.к. для сети 380В коэффициент искажения несинусоидальности напряжения не должен превышать 008. Что касается площади коммутационных провалов то данная величина не выходит за пределы допустимых норм которая для сети низкого напряжения составляет 420% электрических градусов.

Реферат.docx

Дипломный проект 121 страницу 14 иллюстраций 17 таблиц 38 источников.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ПЕРЕКАЧИВАЮЩАЯ СТАНЦИЯ МАГИСТРАЛЬНЫЙ НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОД СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ЧАСТОТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ.
В дипломном проекте предложен способ регулирования расхода магистрального насоса нефтеперекачивающей станции с применением частотно – регулируемого синхронного электропривода.
В результате анализа технологических режимов работы МНПП выбраны ЛПДС на которых наиболее рационально установить ЧРЭП. Построены механические и динамические характеристики электропривода. Произведен расчет электромагнитной совместимости преобразователя частоты с сетью. Произведены технико-экономические расчеты по стоимости и окупаемости использования ЧРЭП. Рассмотрены вопросы по обеспечению безопасности и экологичности работы электрозала НПС. Был произведен расчет освещения электрического зала НПС «Черкассы» МНПП «Уфа-Западное напрвление».
Проведенный анализ показал что внедрение ЧРЭП актуальный процесс который впоследствии повысит энергоэффективность и качество процессов транспортировки нефти и нефтепродуктов.

отзыв.docx

на дипломный проект студента группы АЭ 03-01 ГОУ ВПО «УГНТУ»
Оксаны Геннадьевны Тимофеевой выполненный на тему:
«Частотно-регулируемый электропривод магистрального насоса головной НПС»
Дипломный проект выполнен в соответствии с заданием. Пояснительная записка содержит 121 страницу машинописного текста 14 иллюстраций и 17 таблиц.
Задачи дипломного проекта заключались в следующем: исследование возможности внедрения регулируемого электропривода магистрального насоса создание математической модели АЭП проведение исследований и анализа переходных процессов и энергетических показателей ЧРЭП в системе с синхронным электродвигателем (СД). Задание выполнено.
В дипломном проекте рассмотрены способы регулирования расхода магистрального насоса НПС приведены их достоинства и недостатки. Приводится алгоритм гидравлического расчета. Рассчитаны и построены механические и динамические характеристики электропривода. Произведен анализ патентной документации.
Рассмотрено влияние преобразователя частоты на питающую сеть.
С помощью современных программных средств разработаны модели синхронного двигателя и преобразователя частоты.
Определена экономическая эффективность применения частотно-регулируемого синхронного электропривода на НПС.
При выполнении дипломного проекта студент О.Г. Тимофеева показала высокий уровень теоретических и практических знаний по специальности умение работать с нормативно-технической литературой и способность самостоятельно решать инженерные и научные задачи.
Дипломный проект заслуживает оценки «отлично» а О.Г. Тимофеева присвоения квалификации инженер.
Научный руководитель
канд.техн.наукдоц. В.И. Бабакин

4 Математическая модель синхронного электропривода.docx

4 Математическая модель синхронного электропривода
При изучении установившихся симметричных режимов рассматривается не вся машина в целом а лишь процесс в одной фазе при действии результирующего магнитного поля создаваемого всеми фазами. Этот прием обычен и в традиционном курсе электрических машин когда рассматриваются схемы замещения и строятся векторные диаграммы для одной фазы преобразователей.
Если число фаз машины m равно двум или больше двух то токи в фазах создают вращающиеся магнитные поля. При числе фаз m=2 число электрических контуров машины меньше чем при числе фаз m>2 и следовательно удобно воспользоваться моделью двигателя где трехфазная обмотка статора заменена двумя неподвижными относительно вращающейся системы координат d-q.
В этом случае вектор потокосцеплений определяется составляющими (проекциями) на взаимно перпендикулярные оси фаз эквивалентной двухфазной машины. Вектор изображающий геометрическую сумму косинусоидальных функций (или синусоидальных) с одинаковым периодом называется изображающим вектором. Имея изображающий вектор потокосцеплений статора можно говорить об эквивалентных фазах двухфазной машины и . Как правило в качестве оси одной из фаз эквивалентной машины принимается ось одной из фаз реальной машины.
В многофазных машинах при преобразованиях сохраняются постоянными полная мощность или мощность каждой фазы. В классической теории при анализе например асинхронных машин принято рассматривать только одну фазу. Это может быть сделано и в математической модели. Поэтому удобно сохранять мощность каждой фазы инвариантной. Однако для тех случаев когда в уравнения входят моменты инерции и вращающие моменты относящиеся ко всей машине целесообразно сохранить инвариантной мощность всей машины.
При преобразовании должны быть инвариантными:
- МДС фазы обмотки; потоки и потокосцепления ;
- число полюсов и синхронная частота вращения;
- электромагнитная мощность мощность на валу и другие энергетические показатели.
Рассмотрим пространственные трехфазную и двухфазную обмотки
Рисунок 4.1 – Трехфазная схема замещения обмоток двигателя
Рисунок 4.2 – Двухфазная схема замещения обмоток двигателя
Симметричная система токов трехфазной обмотки
создает потокосцепления взаимной индукции трех фаз которые могут быть изображены в виде векторов в направлениях осей фаз.
При замене трехфазной машины эквивалентной двухфазной необходимо чтобы две фазы a и b создавали то же результирующее потокосцепление взаимоиндукции что и действительная трехфазная машина.
Токи в обмотках a и b двухфазной машины создающие вращающееся с постоянной скоростью магнитное поле с постоянной амплитудой:
Простые геометрические соображения позволяют получить формулы перехода от трехфазной системы к эквивалентной двухфазной: составляющие вектора по новым осям a и b приравниваются к сумме проекций составляющих этого вектора по старым осям то есть
К этим двум уравнениям необходимо добавить еще одно для потокосцепления нулевой последовательности:
Токи эквивалентной двухфазной машины выраженные через токи фаз исходной трехфазной системы:
Преобразование ABCab0 для токов в матричной форме может быть записано следующим образом:
Потокосцепления или токи трехфазной машины выраженные через потокосцепления или токи эквивалентной двухфазной машины могут быть получены либо при нахождении проекций соответствующих векторов на оси ABC (рисунок 4.2) либо по уравнению (4.9). В обоих случаях при отсутствии тока ток фазы a равен току . Решение задачи связанной с анализом электромеханических процессов выполненное один раз для двухфазной машины может быть распространено на любую многофазную машину.
Представленные уравнения и пояснения к ним справедливы при преобразовании к двухфазной системе как статорных так и роторных величин.
1 Уравнения синхронной машины в осях dq
При разработке математической модели во избежание слишком громоздких и сложных описаний применены следующие допущения:
- отсутствуют потери в стали;
- воздушный зазор равномерен магнитная проводимость одинакова и распределение магнитного поля в воздушном зазоре синусоидально;
- отсутствует влияние емкостей внутри и между обмотками;
- активное сопротивление не зависит от температуры;
- статор и ротор имеют трехфазные симметричные обмотки.
Обычно в каталогах на синхронные машины параметры даются в относительных единицах. Поэтому целесообразно при рассмотрении математического описания электромагнитных процессов в синхронном двигателе также перейти к относительным единицам то есть нормировать уравнения входящие в его математическое описание. Базовые значения относительно которых выполняется нормирование должны быть выбраны так чтобы максимально упростить исходные уравнения при сохранении их соответствия физическим процессам происходящим в двигателе [12].
В качестве базисного напряжения принимается номинальное фазное напряжение
базисное сопротивление
базисная частота вращения
где f=50 Гц – частота питающей сети;
синхронная частота вращения о.е.: ;
то есть 1 с соответствует 314 о.е. времени;
базисная единица для индуктивности:
Как видно из (4.13) и (4.16) при синхронной скорости () индуктивность
и индуктивное сопротивление в относительных единицах численно равны.
Базисная единица для потокосцепления:
базисная единица для момента:
При анализе режимов работы и переходных процессов происходящих в СД вместо напряжений токов и потокосцеплений отдельных фаз рассматривается обобщенный вектор напряжения тока и потокосцепления характеризующий результирующее действие симметричной трехфазной системы. При вращении обобщенного вектора в ту же сторону что и системы трех векторов чередование осей времени фаз необходимо принять противоположным чередованию векторов фазных величин.
Обобщенный вектор напряжения симметричной трехфазной системы можно выразить через фазные значения
ua ub uc – напряжения фаз.
Для того чтобы избежать периодических коэффициентов зависящих от углового положения ротора дифференциальные уравнения синхронного генератора записываются в осях d q жестко связанных с его ротором.
Электромагнитные процессы происходящие в СД описываются уранениями Парка-Горева.
ДУ описывающие поведение СД с многоконтурным ротором (i=12 k) основываясь на [13] можно представить следующим образом:
где – оператор дифференцирования;
– напряжение на выводах СД по осям d и q;
– потокосцепления статора
– производные потокосцеплений статора
– напряжение обмотки возбуждения;
– частота вращения ротора СД;
– механическая постоянная времени
– суммарный момент инерции;
– момент сопротивления механизма и вращающий момент двигателя;
– результирующие векторы тока статора и его потокосцепления;
– угол поворота ротора т.е. угол между осью d и электрической осью обмотки фазы a;
– коэффициенты затухания контура статора i-ого роторного контура по оси d i-ого роторного контура по оси q и обмотки возбуждения:
где – активное сопротивление обмотки статора
– индуктивность рассеяния обмотки статора i-ого роторного контура по оси d i-ого роторного контура по оси q и обмотки возбуждения.
Потокосцепление ветви намагничивания по продольной и поперечной оси:
где – коэффициенты распределения потокосцеплений статора i-ого роторного контура по осям d q и обмотки возбуждения соответственно которые определяются как:
где – индуктивность ветви намагничивания по осям d и q.
Сопротивления схемы замещения постоянные времени обмоток
по продольной и поперечной оси для неявнополюсного двигателя равны.
Токи статора обмотки возбуждения и i-ого роторного контура определяются из следующих соотношений:
Уравнения для определения напряжения возбуждения учитывающие тип возбудителя и АРВ являются частью математической модели СД. С учетом действия форсировки возбуждения уравнение для определения напряжения возбуждения двигателя с системой самовозбуждения представлено как:
где – номинальное значение напряжения возбуждения;
– номинальное напряжение статора;
– действующее значение напряжения статора;
– кратность форсировки возбуждения.
Для моделирования такой системы лучше всего подходит математический комплекс MatLab (Matrix Laboratory) а именно его расширение Simulink в котором уже есть почти все необходимые для моделирования блоки.
Система уравнений синхронной машины составленная из блоков Simulink и схема с механической системой представлены в приложении В.
Необходимо также добавить уравнение движения:
Подключим ко входам модели блоки преобразования ABCdq (система dq связана с ротором) (см. приложение Г)
Для того чтобы воспользоваться уже имеющимися в Simulink электротехническими блоками необходимо подключить ко входам модели вольтметры и управляемые источники тока по предложенной схеме. Это позволит моделировать модель как электрическую – мощность может передаваться в обе стороны (обычные неэлектрические блоки Simulink однонаправленные) (Приложение Г).
Для моделирования преобразователя частоты целесообразнее использовать уже имеущиеся в Simulink диодные мосты и мосты с IGBT транзисторами и отсекающими диодами. На вход блока ШИМ инвертора подается задание скорости и глубина модуляции которые преобразуются в трехфазную систему напряжения и подаются на нуль орган (Discrete PWM Generator) который в свою очередь генерирует управляющие импульсы для IGBT инвертора (Приложение Д).
Осталось только подключить насос модель которого может быть представлена его нагрузочной характеристикой (Приложение Д)
После достижения подсинхронной скорости сопротивление из схемы исключается.
Таким образом была получена модель ПЧ-СД характеристики полученные на основе приведенной выше модели отображены в приложении Е-З. На основании данных характеристик можно сказать следующее: модель составлена верно и готова к экспериментальным исследованиям.

Приложение В.docx

Система уравнений синхронной машины составленная из блоков Simulink
Cинхронная машина и механическая система
Преобразование ABCdq
«Электрическая» модель синхронной машины
Модель ШИМ инвертора
Общая схема электропривода

Список использованных источников.docx

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Колпаков Л.Г. Эксплуатация магистральных центробежных насосов: Учебное пособие. – 2-е изд. перераб. – Уфа: Изд-во УГНТУ 1993. С. 76 – 86.
Технологическая карта эксплуатации магистрального НПП «УЗН».
Правила устройства электроустановок [Текст] : 6-е изд. перераб. и доп. с изм.: утв. М-вом энергетики Рос. Федерации 08.07.2002: введ. в действие с 01.01.2003. – М.: НЦ ЭНАС 2002. – С. 100–250.
Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей [Текст] утв. М-вом энергетики Рос. Федерации 13.01.2003: введ. в действие с 22.01.2003. – Ростов нД : Феникс 2006. – С. 47-52 95-99.
Межотраслевые типовые инструкции по охране труда при эксплуата-
ции электроустановок [Текст] . – М.: Омега-Л 2006. – 160 с.
Правила технической эксплуатации магистральных нефтепродукто- проводов [Текст] : РД 153-39.4-041-99 : утв. М-вом топлива и энергетики Рос. Федерации 12.10.1999 : ввод. в действие с 01.11.1999.
Крючков И.П. Кувшинский Н.Н. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. Учеб. пособие для электроэнергетических специальностей вузов. Под ред. Б.Н. Неклепаева – 3-е изд.перераб. и доп. – М.: Энергия 1978. С. 184 – 185.
Нечваль А.М. Основные задачи при проектировании и эксплуатации магистральных нефтепроводов: Учеб. пособие. – Уфа: Изд-во УГНТУ 2005. С. 6 – 42.
Ключев В.И. Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепро- мыш ленных механизмов: Учебник для вузов. – М.: Энергия 1980. С. 309 – 312.
Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учеб. пособие. – М.: Академия 2006. С. 57 – 70.
Сивокобыленко В.Ф. Лебедев В.К. Кукуй К.А. Математическое моделирование асинхронной нагрузки в режимах группового выбега и самозапуска. - Сб. научн. трудов ДонНТУ. Серия: электротехника и энергетика вып. 41: Донецк: ДонНТУ 2002. – С. 28-34.
Бабакин В.И. Байбурин Э.Р. Кондрашова О.Г. Курсовое проектиро-
вание по теории электропривода: учеб. пособие. – Уфа: Изд-во УГНТУ 2007. С. 61 – 78.
Буренина И.В. Учебно-методическое пособие к составлению экономической части дипломного проектирования для студентов специальностей 21.02.00 18.04.00 - Уфа: Изд-во УГНТУ 2003.
Лоханин Е.К. Мамиконянц Л.Г. Еще раз о математическом моделировании синхронных и асинхронизированных машин при анализе процессов в энергосистемах Электричество – 2000 - №2.
Голубев А.Н. Субботин М.В. Математическая модель синхронного двигателя с m-фазной обмоткой для стационарных режимов Электротехника - 2002 - №1.
Ильинский Н.Ф. Перспективы развития регулируемого электропривода Электричество – 2003 - №2.
Сокол Е.И. Бару А.Ю. Лукпанов Ш.К. Опыт разработки и внедрения преобразователей частоты для регулируемого электропривода насосных агрегатов МН Электротехника – 2004 - №7.
Голубев А.Н. Лапин А.А. Многофазный синхронный электропривод.Электричество – 2005 - №2.
Потапенко Е.М. Потапенко Е.Е. Динамические характеристики автоматизированного электропривода с векторным управлением Электротехника - 2005 - №2.
Вайнер Г.А. Строганов Б.Г Регулируемый синхронный двигатель в системе с частотной и фазовой обратными связями Электротехника - 2005 - №6.
Решмин Б.И. Исследование динамических процессов в электроприводе с синхронным двигателем при векторном управлении Электротехника - 2005 - №11.
Боченков Б.М. Филюшов Ю.П. Алгоритм управления обеспечивающий желаемое сочетание энергетических и динамических свойств электропривода переменного тока Электротехника – 2006 - №11.
Донской Н.В. Влияние постоянных составляющих в токе статора на характер переходных процессов в электроприводе переменного тока -Электротехника – 2006 - №2.
Шепелин В.Ф. Донской Н.В. Федоров Б.С. Пусковые режимы синхронных двигателей с тяжелыми условиями пуска Электротехника – 2007 -№ 2.
Электропривод с синхронным двигателем: Пат. 95113680 Россия МПК Н02Р02100; Опубл. 27.06.1997.
Способ стабилизации частоты вращения: Пат. 2164053 Россия МПК Н02Р742; Опубл. 29.05.2000.
Способ векторного управления синхронным двигателем: Пат. 98105585 Россия МПК Н02Р021021.
Способ управления током возбуждения: Пат. 2239936 Россия МПК Н02Р146; Опубл. 11.11.2002.
Частотно – регулируемый электропривод: Пат. 2001104287 Россия МПК Н02Р152; Опубл. 20.01.2003.
Устройство для регулирования частоты вращения синхронного двигателя: Пат. 1792225 Россия МПК Н02Р800; Опубл. 27.12.2003.
Способ управления режимом работы электродвигателей магистральных насосов нефтеперекачивающей станции магистрального нефтепровода: Пат. 2274943 Россия МПК Н02Р546; Опубл. 18.08.2004.
Станция автоматического управления частотно – регулируемого электропривода: Пат. 57528 Россия МПК Н02Р154; Опубл. 30.05.2006.
Электропривод переменного тока: Пат. 2313895 Россия МПК Н02Р0725; Опубл. 27.07.2006.
Устройство управления синхронным двигателем: Пат. 23154118 Россия МПК Н02К1912; Опубл. 01.08.2006.
Способ синхронизации синхронного двигателя и устройство для его реализации: Пат. 2316885 Россия МПК Н02Р150; Опубл.02.10.2006.
Устройство прямого управления скоростью двигателя переменного тока: Пат. 2006106477 Россия МПК Н02Р2100; Опубл. 27.09.2007.

Профиль трассы нефтепровода.dwg

КЛУШ. 074726. О08 ТЧ
Расстановка арматуры
по трассе нефтепровода
Расстояние между линейными задвижками 15 20 км.
20х12 мм из стали 12Г2СБ
Горизонтальный 1:2000000
Hпс(2)=Hmin(2)+2*hт=734
Hпс(4)=Hmin(4)+hт=588
Пунктирной линией на сжатом профиле показан режим работы нефтепровода
при отключении НПС-3.
*iо (при откл. НПС-3)
Hпс(max) - максимально допустимый напор в трубопроводе
соответствующий Pдоп.
*i1 (при Q =982 м ч)
Режим при регулировании 80% от проектного
Масштаб горизонтальный 1:1000000вертикальный 1:5000
Нст(при Q1при регулировании)=461.8 м
Нст(при Q2 при регулировании)=578.2 м
НДсН НМ 1250-260 (3000 обмин) НМ 1250-400 (2831 обмин)
НМ 1250-260 (3000 обмин) НМ 1250-400 (3000 обмин)
НМ 1250-260 (3000 обмин)
НМ 1250-400 (2660 обмин)
Дипломник АЭ-03-01 О.Г. Тимофеева
Руководитель канд.техн.наук
Нормоконтролер Р.А. Башаров
ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ ТРАССЫ 2
Если не регулируем при Q2
Приложение Б (обязательное) Продольный профиль трассы 2
Приложение А (обязательное) Продольный профиль трассы 1
ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ ТРАССЫ 1

6Обзор патентов и публикаций.docx

6 Патентные исследования и обзор публикаций.
1 Патентная проработка
В дипломном проекте поставлена задача регулирования режимов работы магистрального насоса типа НМ – 1250-400 с помощью регулируемого электропривода.
При проведении патентных исследований основное внимание было уделено поиску частотно-регулируемого синхронного электропривода.
1.1 Результаты патентного поиска.
Патентный поиск проводился с использованием фонда ГОУ ВПО «УГНТУ» и ФГУ ФИПС (РОСПАТЕНТ) по источникам патентной документации России. В связи с тем что научные разработки в области ЧРЭП развиваются быстрыми темпами глубина поиска составила восемь лет с 2000 по 2008 гг.
Результаты поиска сведены в таблицу 11
Таблица 11 – Результаты патентного поиска
Номера авторских свидетельств и патентов
Электропривод с синхронным двигателем
Способ стабилизации частоты вращения электродвигателей переменного тока
управления синхронным
Способ определения ЭДС ротора синхронных и тока асинхронных электродвигателей
Продолжение таблицы 11
Электропривод синхронного двигателя с коммутацией за счет нагрузки
Способ управления током возбуждения синхронного двигателя
Частотно-регулируемый электропривод
Устройство для регулирования частоты вращения синхронного двигателя
Способ управления режимом работы электродвигателей магистральных насосов нефтеперекачивающей станции магистрального нефтепровода
Станция автоматического управления частотно – регулируемого электропривода
Электропривод переменного тока
Устройство управления синхронным двигателем
Способ синхронизации синхронного двигателя и устройство для его реализации
Устройство прямого управления скоростью двигателя переменного тока
1.2 Анализ результатов патентного поиска.
Патентный поиск показал что на сегодняшний день имеется множество работ посвященных частотно – регулируемому электроприводу. По результатам поиска наиболее близкими к дипломному проекту являются - патент №2006106477 «Устройство прямого управления скоростью двигателя переменного тока» и прототип – патент № 2274943 «Способ управления режимом работы электродвигателей магистральных насосов нефтеперекачивающей станции магистрального нефтепровода». Особый интерес представляет патент № 2274943 основные положения которого могут быть использованы в дипломной работе.
В патенте № 2274943 от 18.08.2004 года описывается изобретение которое 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=1МВ-А В=2МВ-А С=4МВ-А D=8MB-A E=16MB-A М=2n МВ-А где n=1 2 3 к оставляя частотно-регулируемыми с помощью преобразователя частоты только два элемента мощностью 1 и 2МВ-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.
В патенте № 2006106447 от 27.09.2007 года описывается устройство управления которое содержит преобразователь частоты напряжения с двумя независимыми входами обеспечивающими независимое управление частоты и напряжения и двигатель переменного тока (который при больших частотах питающего напряжения становится колебательным звеном) на выходном валу двигателя установлен датчик скорости и датчик механического момента отличающийся тем что формируется вектор обратной связи который представляет собой сумму сигналов скорости двигателя и механического момента с коэффициентами подобранными так что передаточная функция вектора обратной связи на всех частотах питающего напряжения и скорости двигателя не содержит колебательных звеньев который подается на инвертирующий вход регулятора скорости с большим коэффициентом на другой вход которого подается сигнал задания скорости а выход регулятора соединен с первым входом преобразователя частоты напряжения управляющим амплитудой выходного напряжения преобразователя частоты на второй вход которого подается сигнал управляющий частотой выходного напряжения преобразователя частоты соединенный с выходом блока задания скорости который формирует необходимый "прямой" закон изменения скорости двигателя переменного тока.
Литературный обзор посвящен анализу публикаций по вопросам частотно-регулируемого электропривода. Поиск и анализ проведен по материалам журналов:
- «Электричество» за 2000-2008 года;
- «Электротехника» за 2000-2008 года;
Найдено пятнадцать статей близких к теме дипломного проекта названия которых приведены в таблице 12.
Таблица 12 –Литературный обзор
Наименование источника
Лоханин Е.К. Мамиконянц Л.Г.
Еще раз о математическом моделировании синхронных и асинхронизированных машин при анализе процессов в энергосистемах.
Электричество. 2000 № 2.
Голубев А.Н. Субботин М.В.
Математическая модель синхронного двигателя с m-фазной обмоткой для стационарных режимов
Электротехника. 2002 № 1
Перспективы развития регулируемого электропривода.
Электричество.2003 № 2.
Сокол Е.И. Бару А.Ю. Лукпанов Ш.К.
Опыт разработки и внедрения преобразователей частоты для регулируемого электропривода насосных агрегатов МН
Электротехника. 2004 № 7
Голубев А.Н. Лапин А.А.
Многофазный синхронный электропривод
Электричество. 2005 № 2.
Потапенко Е.М. Потапенко Е.Е.
Динамические характеристики автоматизированного электропривода с векторным управлением
Электротехника. 2005 № 1
Вайнер Г.А. Строганов Б.Г.
Регулируемый синхронный двигатель в системе с частотной и фазовой обратными связями
Электротехника. 2005 № 6
Исследование динамических процессов в электроприводе с синхронным двигателем при векторном управлении
Электротехника. 2005 № 11
Боченков Б.М. Филюшов Ю.П.
Алгоритм управления обеспечивающий желаемое сочетание энергетических и динамических свойств электропривода переменного тока
Электротехника. 2006 №11
Донской Н.В. Чубуков К.А.
Влияние постоянных составляющих в токе статора на характер переходных процессов в электроприводе переменного тока
Электротехника. 2006 №2
Шепелин В.Ф. Донской Н.В. Федоров Б.С.
Пусковые режимы синхронных двигателей с тяжелыми условиями пуска
Электротехника. 2006 № 2
Шрейнер Р.Т. Кривовяз В.К. Калыгин А.И. Шилин С.И.
Энергосберегающий промышленный регулируемый электропривод нового поколения
Электротехника. 2007 № 11
Фазовый принцип векторного управления динамикой асинхронного электропривода
Электротехника. 2008 № 1.
Из проведенного анализа можно сделать вывод что в настоящее время в периодической печати уделяется достаточно большое внимание вопросу частотного регулирования электроприводов. Особенно следует отметить статьи:
- регулируемый синхронный двигатель в системе с частотной и фазовой обратными связями в которой рассматривается построение системы частотного регулирования синхронного двигателя с принципами частотной и фазовой автоподстройки применяемой в радиоэлектронике. Такие системы успешно решают проблемы автоматического ввода в синхронизм и динамической устойчивости двигателя. На основе разработанной авторами математической модели и реализованной с помощью системы S
- исследование динамических процессов в электроприводе с синхронным двигателем при векторном управлении в которой исследуются динамические процессы в приводе с синхронным двигателем с постоянными магнитами при наличии датчика угла поворота ротора с использованием традиционных непрерывных регуляторов обеспечивающих высокое качество регулирования. Определена нелинейная зависимость коэффициента демпфирования контуров управления от угловой скорости и даны рекомендации по настройке регуляторов для высокоскоростных приводов. Приведены решения по построению регуляторов для торможения привода без рекуперации энергии в сеть под действием статического момента;
- Опыт разработки и внедрения преобразователей частоты для регулируемого электропривода насосных агрегатов магистральных нефтепроводов в которой анализируется опыт разработки и первого в СНГ внедрения специализированного частотно-регулируемого электропривода насосных агрегатов магистральных нефтепроводов. Рассмотрены вопросы качества выходного напряжения разработанных преобразователей и электромагнитной совместимости их с асинхронным двигателем.

3 Электропривод магистральных насосных агрегатов.docx

3 Электропривод магистральных насосных агрегатов
В дипломном проекте приводом насосного агрегата типа НМ 1250-400 является управляемый синхронный двигатель серии СТД 1600 2.
Технические данные двигателя серии СТД 16002 приведены в таблице 10 [9]:
Таблица 10 – Технические данные двигателя СТД 16002
Синхронная скорость 3000 мин-1
Синхронные электрические машины характерны тем что у них ротор в установившемся режиме вращается с угловой скоростью вращающегося магнитного поля создаваемого токами в фазных обмотках статора подобного статору асинхронной машины. Это достигается тем что ротор синхронной машины представляет собой обычно электромагнит или реже постоянный магнит с числом пар полюсов равным числу пар полюсов вращающегося магнитного поля. Взаимодействие полюсов вращающего магнитного поля и полюсов ротора обеспечивает постоянную угловую скорость последнего независимого момента на валу. Это свойство синхронных машин позволяет использовать их в качестве двигателей для привода механизмов с постоянной угловой скоростью.
1 Регулирование скорости вращения синхронных электродвигателей
Важнейшая задача современного электропривода – экономичное и плавное регулирование скорости вращения в требуемых пределах с высокой надежностью.
Частотное регулирование скорости вращения синхронных двигателей (СД) характеризуется в основном такими же показателями что и частотное регулирование асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Регулирование скорости вращения СД должно проводится с высокими энергетическими показателями: по гармоническому составу коэффициенту мощности и т.д. Также должны быть высокими плавность и стабильность регулирования при этом не нужно забывать что регулирование должно проводится при постоянном моменте для этого при законе регулирования соответствующего Uномfном=const необходимо регулировать ток возбуждения при изменении момента на валу двигателя по закону .
2 Регулирование тока возбуждения СД
2.1 Показатели работы СД.
Проведена значительная работа по созданию исследованию и внедрению различных систем возбуждения и регулирования СД. Однако в течении длительного времени имелись совершенно различные точки зрения в выборе законов автоматического регулирования и типов систем возбуждения.
В последние годы в связи с развитием полупроводниковой техники и созданием специальных роторных кремниевых диодов и тиристоров началось интенсивное внедрение в промышленность синхронных электродвигателей с новыми системами возбуждения.
СД обладают рядом преимуществ к ним относятся:
-способность СД отдавать в сеть реактивную мощность что является наиболее простым и эффективным способом повышения коэффициента мощности. В этих условиях электрические сети разгружаются от реактивных токов потребляемых асинхронными электродвигателями трансформаторами и другими устройствами в результате чего уменьшаются потери в сетях;
-статическая перегрузочная способность синхронных электродвигателей без учета явнополюсности зависит от сетевого напряжения линейно а не квадратично как у АД.;
-форсировка возбуждения при снижениях напряжения ниже 08 номинального. Следовательно при больших снижениях напряжения сети работа нагруженного синхронного электродвигателя устойчивее чем асинхронного;
-возможность применения систем возбуждения с АРВ обеспечивающими постоянство статической и динамической перегружаемой при изменяющихся режимах работы.
СД находят широкое применение для электропривода всевозможных механизмов. При этих условиях является особенно важным рациональное использование важнейшей особенности синхронного электродвигателя возможность изменения величины и напряжения реактивной мощности и тем самым осуществления регулирования напряжения в узлах нагрузки. Форсирования возбуждения при снижениях напряжения до определенной величины значительно повышает устойчивость работы синхронных электродвигателей.
В связи с тем что применение новых типов систем возбуждения и АРВ позволяет существенно повысить статическую и динамическую устойчивость работы машин» проектирование синхронных электродвигателей следует производить с пониженными воздушными зазорами и уменьшенными запасами статической перегруженности. Такое комплексное проектирование синхронного электродвигателя вместе с системой возбуждения и автоматическим регулированием возбуждения дает возможность уменьшить вес габариты и стоимость электродвигателя.
2.2 Тиристорный возбудитель серии ВТЕ-315-11.
К системам возбуждения предъявляются следующие основные требования: 1) высокая надежность в работе и 2) возможно большая простота и малая стоимость. Кроме того необходимость регулирования напряжения и обеспечения устойчивой работы синхронных машин налагает на системы возбуждения ряд дополнительных требований.
Возбудитель предназначен для питания обмотки возбуждения управления и регулирования тока возбуждения при прямом и реакторном пуске синхронной работе и аварийных режимах синхронных двигателей типа СТД мощностью до 12500 кВт с токами возбуждения до 320 А и напряжением возбуждения до 230 В.
Тиристорное возбуждение и управление осуществляет следующие функции:
- возбуждение электродвигателя во всех нормальных режимах работы с ручным и автоматическим регулированием тока возбуждения. Устройство обеспечивает переход с автоматического регулирования на ручное в пределах 03-141;
-автоматический пуск СД с подачей возбуждения в функции ЭДС (напряжения) в обмотке возбуждения ;
-ограничение угла зажигания силовых тиристоров по минимуму и по максимуму ограничение тока возбуждения до номинального с выдержкой времени а также ограничение тока форсировки до 14 Тн без выдержки времени;
-автоматический регулятор возбуждения обеспечивает регулирование тока возбуждения при поддержании напряжения сети со статизмом ±10% или уголом ;
Также в возбудителе ВТЕ-315 - 11 предусмотрено:
- автоматическое переключение с выдержкой времени на аварийный
режим при потере возбуждения;
- автоматическое резервирование оперативного напряжения;
- сигнализация замыкания на "землю" роторной цепи возбудителя;
- сигнализация включения схемы автоматического переключения на
аварийный режим при потере возбуждения.
В возбудителе установлены также приборы для измерения параметров системы управления.
Применение управляемых вентилей - тиристоров позволяет выполнять быстродействующие и надежные системы с высокими технико-экономическими показателями. Регулирование мощности в десятки и сотни киловатт может быть осуществлено управляющей мощностью в ватты и доли ватта что делает возможным снизить вес и габариты устройства управления тиристорного возбудительного устройства (ТВУ) синхронного двигателя СД содержащая элементы питания управления регулирования и их функциональные связи.
На современных нефтеперекачивающих насосных станциях для управления основными («магистральными») насосными агрегатами предусмотрены: пуск и остановка в автоматическом режиме по заданной программе при закрытой напорной задвижке при получении команды с местного диспетчерского пункта МДП (операторной) или районного диспетчерского пункта (РДП); раздельное дистанционное управление отдельными элементами агрегата с МДП; местное управление отдельными элементами агрегата вручную непосредственно на месте их установки.
3 Возможность работы СТД – 1600 в составе частотно-регулируемого электропривода
-рабочий диапазон регулирования частоты вращения синхронных турбодвигателей с вентиляторной нагрузкой (квадратичной зависимостью момента сопротивления приводимого механизма от частоты вращения) при совместной работе с преобразователем частоты в большинстве случаев составляет 50(60) - 100% номинальной частоты вращения;
-на рисунке 3.1 приведены результаты расчётной оценки допустимой мощности на валу электродвигателя типа СТД - 1250 - 2 в указанном рабочем диапазоне частот вращения при совместной работе с преобразователем частоты. Оценка проводилась по условию допустимого нагрева обмоток статора и ротора электродвигателя с учётом ухудшения условий охлаждения электродвигателя при снижении частоты вращения а также дополнительных потерь в электродвигателе от высших гармоник несинусоидального тока на выходе преобразователя частоты. Учёт влияния дополнительных потерь обусловленных совместной работой с преобразователем частоты очевиден для номинальной частоты вращения электродвигателя для которой допустимая длительная мощность на валу электродвигателя составляет порядка 70-80 % номинальной мощности. Такие же ограничения по мощности будут иметь место и для электродвигателя типа СТД- 1600- 2;
-критические частоты вращения электродвигателей составляют: 265 и294 радс - для ЭД типа СТД - 1250; 250 и 275 радс - для ЭД типа СТД - 1600.Длительная работа электродвигателей вблизи указанных частот вращения (в пределах ±50 мин-1) недопустима;
-управление установкой тока возбуждения электродвигателей в режимах частотного пуска и регулирования частоты вращения должен осуществлять преобразователь частоты для чего требуется доработка существующих базовых статических тиристорных возбудителей типа ВТЕ - 315(ВТЕ - 320) в части корректировки их АРВ.
Рисунок 3.1 – Зависимость мощности на валу серийного электродвигателя СТД – 1600 – 2 от частоты вращения:
-кривая ограничения мощности на валу электродвигателя при вентиляторной нагрузке (при квадратичной зависимости момента сопротивления приводимогомеханизма от частоты вращения);
-кривая ограничения мощности на валу электродвигателя при совместной работе с преобразователем частоты по условию допустимого нагрева обмоток статора и ротора электродвигателя в диапазоне частот вращения (05 - 10) Мд.ном.
С учётом того что электродвигатель типа СТД - 1600 - 2 загружен не полностью а именно на 75% при максимальной производительности насоса можно сделать вывод о возможности работы его в составе частотно-регулируемого электропривода.
Для лучшего использования электродвигателя и получения высоких энергетических показателей его работы – коэффициентов мощности полезного действия перегрузочной способности – одновременно с частотой необходимо изменять и подводимое к двигателю напряжение.
В дипломном проекте в качестве возможного варианта регулирования частоты СД магистрального насоса рассматриваются:
- высоковольтный тиристорный преобразователь частоты ПЧСВ.
Преобразователи частоты на тиристорах в настоящее время занимают доминирующее положение в высоковольтном приводе в диапазоне мощностей от сотен киловатт и до десятков мегаватт с выходным напряжением 3 - 10 кВ и выше. Однако их цена на один кВт выходной мощности самая большая в классе высоковольтных преобразователей.
До недавнего прошлого преобразователи частоты на GTO составляли основную долю и в низковольтном частотно регулируемом приводе. Но с появлением IGBT транзисторов произошел «естественный отбор» и сегодня преобразователи на их базе общепризнанные лидеры в области низковольтного частотно регулируемого привода.
Тиристор является полууправляемым прибором: для его включения достаточно подать короткий импульс на управляющий вывод но для выключения необходимо либо приложить к нему обратное напряжение либо снизить коммутируемый ток до нуля. Для этого в тиристорном преобразователе частоты требуется сложная и громоздкая система управления.
Биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT отличают от тиристоров полная управляемость простая неэнергоемкая система управления самая высокая рабочая частота
Вследствие этого преобразователи частоты на IGBT позволяют расширить диапазон управления скорости вращения двигателя повысить быстродействие привода в целом.
Применение IGBT с более высокой частотой переключения в совокупности с микропроцессорной системой управления в преобразователях частоты снижает уровень высших гармоник характерных для тиристорных преобразователей. Как следствие меньшие добавочные потери в обмотках и магнитопроводе электродвигателя уменьшение нагрева электрической машины снижение пульсаций момента и исключение так называемого «шагания» ротора в области малых частот. Снижаются потери в трансформаторах конденсаторных батареях увеличивается их срок службы и изоляции проводов уменьшаются количество ложных срабатываний устройств защиты и погрешности индукционных измерительных приборов.
Преобразователи на транзисторах IGBT по сравнению с тиристорными преобразователями при одинаковой выходной мощности отличаются меньшими габаритами массой повышенной надежностью в силу модульного исполнения электронных ключей лучшего теплоотвода с поверхности модуля и меньшего количества конструктивных элементов.
Они позволяют реализовать более полную защиту от бросков тока и от перенапряжения что существенно снижает вероятность отказов и повреждений электропривода.
Главным препятствием на пути их использования в высоковольтном приводе с прямым преобразованием частоты при мощностях выше 1 – 2 МВт на настоящий момент являются технологические ограничения. Увеличение коммутируемого напряжения и рабочего тока приводит к увеличению размеров транзисторного модуля а также требует более эффективного отвода тепла от кремниевого кристалла.
Новые технологии производства биполярных транзисторов направлены на преодоление этих ограничений и перспективность применения IGBT очень высока также и в высоковольтном приводе. В настоящее время IGBT транзисторы применяются в высоковольтных преобразователях в виде
последовательно соединенных нескольких единичных модулей.
В связи с вышесказанным предпочтение отдается преобразователю частоты типа EK-AV6 который обеспечит:
- плавное регулирование скорости в широком диапазоне;
- плавный пуск и плавный останов двигателя;
- высокую точность поддержания технологического параметра;
- легкость перенастройки параметров под конкретные условия эксплуатации;
- значительное снижение шума и вибрации двигателя;
- возможность работы под управлением АСУТП верхнего уровня при использовании протоколов ModBus RTU Profibus DP.
При использовании преобразователя частоты EK-AV6-1.6-SF-УХЛ4:
- отсутствуют значительные гармонические помехи в питающей сети;
- не нужны силовые фильтры в цепи ПЧ
- длина кабелей от ПЧ к двигателю может достигать 2 км;
- коэффициент полезного действия составляет не менее 097 при частоте вращения близкой к номинальной;
- возможно динамическое торможение двигателя (подача постоянного тока в статор) и выбегом;
- не требуется подбор специальных двигателей с повышенным классом изоляции нагрев двигателя не выходит за рамки обычного;
- возможно восстановление работоспособности ПЧ в короткий срок без использования специального инструмента (замена ячейки возможна менее чем за 30 минут).
Для улучшения качества выходного напряжения ПЧ EK-AV6 содержит ряд широтно-импульсных преобразователей (ячеек) малой мощности. Каждая силовая ячейка имеет собственный трехфазный выпрямитель присоединенный к вторичной обмотке входного трансформатора с напряжением 690 В. В 6 кВ ПЧ используется 15 ячеек по 690 В соединенных по пять в фазе последовательно фазы соединяются в звезду. Каждая ячейка рассчитана на полный выходной ток но работает только на 15 выходного напряжения. Преобразователи частоты на 3 и 10 кВ содержат соответственно три и восемь ячеек в фазе.
Конструктивно EK-AV6-1.6-SF- УХЛ4 состоит из отдельных шкафов каждый из которых включает в себя пять силовых ячеек охлаждение воздушное принудительное либо водяное. Система управления ПЧ установлена в отдельном шкафу управления и связана с ячейками по волоконно-оптическому каналу.
Рисунок 3.2 - Структурная схема преобразователя частоты серии EK-AV6
Преобразователь частоты EK-AV6-1.6-SF-УХЛ4 обладает полностью модульной структурой. Поврежденный модуль может быть легко и быстро заменен. Вышедшая из строя ячейка автоматически отключается без вмешательства оператора при этом отдаваемая мощность привода падает на 10% (для ПЧ на 6 кВ).
Силовые модули имеют повышенную надежность так как в цепи постоянного тока используются полипропиленовые конденсаторы которые имеют 100000 часов наработку на отказ (10-12 лет при этом электролитические конденсаторы рассчитаны на 5-7 лет работы). Каждая силовая ячейка имеет три датчика температуры которые выводят информацию о температуре всех модулей в реальном масштабе времени и отключают любой из них при превышении рабочей температуры выше установленной а также оптимизируют работу системы охлаждения тем самым продлевая ресурс вентиляторов. Таким образом любой из модулей может быть исключен из общего ряда формирования фазного напряжения с понижением нагрузки привода не более 10%. Информация о токах напряжениях формируемой мощности ячейки и данные о температуре передаются контроллером управления модуля по оптоволоконному кабелю в шкаф управления. В каждом силовом модуле имеется все необходимые защиты функционирующие независимо от основной системы управления ЧРЭП даже при обрыве оптоволоконной связи.
Система управления EK-AV6 размещается в отдельном шкафу и на основании сигналов получаемых от силовых ячеек реализует алгоритм управления двигателем алгоритм управления силовыми ячейками (включая равномерное распределение мощности) и необходимые защиты силового трансформатора и ЧРП в целом. В шкафу управления одновременно формируются управляющие сигналы на все IGBT-ключи всех 15 силовых модулей и обрабатывается информация от каждой ячейки в объеме более 120 сигналов одновременно. Вся информация подробно выводится на сенсорную панель при этом в системе управления полностью отсутствуют подстроечные резисторы и конденсаторы что повышает ее надежность.
Применение сенсорной панели позволяет существенно уменьшить количество органов управления на шкафу управления и сделать работу с изделием удобной и доступной. Сенсорная панель позволяет осуществлять многоуровневый доступ для оперативных служб и инженерного состава таким образом обеспечивается надежность в работе и удобство в обслуживании ЧРП что существенно снижает требования к квалификации обсуживающего персонала.
Применение микропроцессорной системы управления с сенсорной панелью и оптоволоконной связью а так же применение силовых модулей низкого напряжения позволяет изготовить ЧРП соответствующее высокому техническому уровню обеспечить повышенную надежность и удобное обслуживание.

Заключение.docx

В дипломном проекте рассмотрена возможность замены нерегулируемого привода центробежного насоса - частотно – регулируемым.
Произведен анализ способов регулирования режимов работы МНПП [1] и выделены недостатки и достоинства тех или иных способов регулирования.
Произведен гидравлический расчет [10] и определены нефтеперекачивающие станции наиболее подходящие для установки ЧРЭП.
Выполнен обзор патентов и публикаций. Результат поиска показал что развитие частотно-регулируемого электропривода является важной и актуальной задачей.
Для регулирования частоты вращения рассмотрены различные преобразователи частоты проанализированы их достоинства и недостатки и выбран наиболее оптимальный.
Рассчитаны и построены механические и динамические характеристики электропривода.
Произведен расчет электромагнитной совместимости преобразователя частоты с сетью.
Также произведен расчет экономической эффективности использования ЧРЭП. Полученный экономический эффект от внедрения составляет 3698810 рублей за расчетный период времени – 10 лет. Срок окупаемости составил 32 года.
Рассмотрены вопросы по обеспечению безопасности и экологичности работы электрозала НПС.

Уфа-Западное направление (№35 от 19.04.06).doc

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА
Техническая характеристика МНПП Насосное оборудование ЛПДС
- Диаметр: Д = 5308; 9 мм. ЛПДС «Черкассы» - подпорные: 14НДсН №1 №2.
-Протяженность: L = 5802 км. - основные: НМ1250-260 №1 №2; НМ1250-400 №3 №4.
-Проектная мощность Q = 805 млн.тгод ЛПДС «Языково» - основные: НМ1250-260 №1 №2 №3.
- По МНПП предусмотрена последовательная перекачка автобензина ЛПДС «Субханкулово» - основные: НМ1250-260 №1 №2 №3; НМ1250-400 №4.
и дизельного топлива при скорости течения не менее 10 мс. ЛПДС «Тюрино» - основные: НМ1250-260 №1 №2 №3; НМ1250-400 №4.
ЛПДС «Георгиевка» - основные: НМ1250-260 №1 №2; НМ1250-400 №3 №4.
Схема и технология перекачки нефтепродуктов по МНПП
Рекомендуемый режим перекачки дизельного топлива Л02-62ВС с производительностью 250 тыс.тсутки
ЛПДС «Черкассы» ЛПДС «Языково» ЛПДС «Субханкулово» ЛПДС «Тюрино» ЛПДС «Георгиевка» ЛПДС «Прибой»
км 0км 111км 1743км 306км 450км 5802
отм. 214 м отм. 238 м отм. 1264 м отм. 893 м отм. 44 м отм. 462 м
(r=0847 тм3; t=+60C) (r=0843 тм3; t=+100C) (r=08475 тм3; t=+140C) (r=0852 тм3; t=+90C) (r=08425 тм3; t=+100C)
Рекомендуемый режим перекачки дизельного топлива Л02-62ВС с производительностью 220 тыс.тсутки
км 0 км 111 км 1743 км 306 км 450 км 5802
отм. 214 м отм. 238 м отм. 1264 м отм.893 м отм. 44 м отм. 462 м
(r=0844 тм3; t=+120C) (r=0841 тм3; t=+100C) (r=0852 тм3; t=+100C) (r=08465 тм3; t=+100C) (r=08485 тм3; t=+100C)
3 Рекомендуемый режим последовательной перекачки дизельного топлива Л02-62ВС и автобензина А-76 с производительностью (АБ) 218 тыс.тнсутки
км0 км111 км1743 км306 км450 км5802
отм.214м отм.238м отм.1264м отм.893м отм.44м отм.462м
(r=07295тнм3; t=+10C) (r=0845тнм3; t=+100C) (r=0858тнм3; t=+100C) (r=0851тнм3; t=+90C) (r=0853тнм3; t=+100C)
4 Рекомендуемый режим перекачки дизельного топлива Л02-62ВС с производительностью 196 тыс.тнсутки
(r=08455тнм3; t=+160C) (r=0848тнм3; t=+140C) (r=08545тнм3; t=+120C) (r=0833тнм3; t=+120C) (r=0854тнм3; t=+130C)
5 Рекомендуемый режим перекачки дизельного топлива Л02-62ВС с производительностью 180 тыс.тнсутки
(r=08515тнм3; t=+60C) (r=0853тнм3; t=+100C) (r=0847тнм3; t=+90C) (r=0850тнм3; t=+80C) (r=08515тнм3; t=+80C)
6 Рекомендуемый режим перекачки дизельного топлива Л02-62ВС с производительностью 158 тыс.тнсутки
(r=0851тнм3; t=+250C) (r=08575тнм3; t=+150C) (r=08405тнм3; t=+140C)
7 Рекомендуемый режим перекачки дизельного топлива Л02-62ВС с производительностью 143 тыс.тнсутки
(r=08395тнм3; t=+270C) (r=0848тнм3; t=+160C) (r=08565тнм3; t=+140C)
8 Рекомендуемый режим перекачки дизельного топлива Л02-62ВС с производительностью 116 тыс.тнсутки
(r=0857тнм3; t=+160C) (r=08525тнм3; t=+80C)
9 Рекомендуемый режим перекачки дизельного топлива Л02-62ВС с производительностью 96 тыс.тнсутки
(r=0839тнм3; t=+220C) (r=08342тнм3; t=+150C)
10 Рекомендуемый режим перекачки дизельного топлива Л02-62ВС с производительностью 280 тыс.тсутки с вводом противотурбулентной присадки «Necadd 447»
на ЛПДС «Черкассы» ЛПДС «Субханкулово» ЛПДС «Тюрино» ЛПДС «Георгиевка»
На ЛПДС «Языково» - в работе два МНА.
Концентрация ввода присадки (в граммах на тонну перекачиваемого нефтепродукта):
- ЛПДС «Черкассы» - 35 гт;
- ЛПДС «Субханкулово» - 5 гт;
- ЛПДС «Тюрино» - 33 гт;
- ЛПДС «Георгиевка» - 35 гт.
r=08342тм3; t=+2350C r=0834тм3; t=+1930C r=08445тм3; t=+180C r=0835тм3; t=+170C r=08392тм3; t=+1760C
- общий объем ввода присадки – 153 гт; - расход за сутки: 153гт х 28000т = 4284 кг.
11 Рекомендуемый режим перекачки дизельного топлива Л02-62ВС с производительностью 300 тыс.тсутки с вводом противотурбулентной присадки «Necadd 447»
- ЛПДС «Черкассы» - 10 гт;
- ЛПДС «Субханкулово» - 10 гт;
- ЛПДС «Тюрино» - 9 гт;
- ЛПДС «Георгиевка» - 95 гт.
r=08283тм3 r=0838тм3 r=08377тм3 r=0835тм3
- общий объем ввода присадки – 385 гт; - расход за сутки: 385гт х 30000т = 11550 кг.
Допустимые значения давлений при перекачке нефтепродуктов по МНПП и параметры насосных агрегатов ЛПДС
Наименование перекачивающей станции
Место расположения станции по трассе МНПП км
Наименьшая и наибольшая вязкость нефте продукта закачиваемого в трубопровод сСт
Минимальная и максимальная
допустимая температура закачиваемых нефтепродуктов в МНПП
и в приемной линии насосов 0С
Предел изменения температуры закачиваемого нефтепродукта из резервуаров в МНПП 0С
Параметры насосных агрегатов
Уставки технологической защиты осн. насосов
Максимальное допустимое рабочее давление на нагнетании насосов (на коллекторе до регулирующих устройств)
Максимальное допустимое рабочее давление на нагнетании станции (после регулирующих устройств)
Минимальное и максимальное допустимое рабочее давление на приеме насосов
Основные подпорные наливные насосы
Минимальное давление на приеме станции
Максимальное давление в МНПП на выкиде станции
Диаметр рабочего колеса мм
Номинальная нагрузка
ЧЕРКАССЫ (насосная № 2)
от -10 0С до +30 0С
НМ1250-260 №1 основной
НМ1250-260 №2 основной
НМ1250-400 №3 основной
НМ1250-400 №4 основной
НДсН №3 внутрибазовая перекачка
– при работе 2-х НА
НМ1250-260 №3 основной
Примечание: Приведенные в п.3 режимы перекачки нефтепродуктов являются ориентировочными. Параметры режимов перекачки нефтепродуктов (производительность давление и др.) могут изменяться
в зависимости от изменения физических свойств нефтепродуктов и условий транспортировки (плотности вязкости температуры уровня взлива нпр в резервуарах последовательности
перекачки нпр и т.д.). Значения давлений (на приеме насосов на выходе перекачивающих станций проходящее давление) указаны в кгссм2. На значках насосов в скобках указан номер
включенного в работу агрегата. «АБ» - автобензин; «ДТ» – дизельное топливо.
Приложение: Таблица максимальных допустимых рабочих давлений на подводных переходах – на 1 листе.
Максимальные допустимые рабочие давления на подводных переходах
МНПП «Уфа – Западное направление»
Подводные переходы магистрального нефтепродуктопровода
Место расположения по трассе км
Испытательное давление
Максимальное допустимое давление кгссм2

7 БЖД.docx

8 Безопасность и экологичность проекта
Темой дипломного проекта является рассмотрение частотно-регулируемого электропривода магистрального насоса головной НПС «Черкассы».
С целью обеспечения безопасности производства при эксплуатации
и ремонте электрооборудования зала электродвигателей (рисунок 7.1) в данном разделе необходимо дать характеристику производственной среды а именно среды зала электродвигателей и провести анализ производственных опасностей
Безопасность производства и экологическая безопасность должна соблюдаться при всех видах работ связанных с монтажом эксплуатацией
и ремонтом электрооборудования. Несоблюдение требований безопасности производства может привести к производственным травмам а экологической безопасности – к загрязнению окружающей среды.
Несоблюдение требований безопасности производства при монтаже ремонте и эксплуатации преобразователя частоты в электрозале может привести к производственным травмам а экологической безопасности – загрязнению окружающей среды.
1 Характеристика производственной среды и анализ опасностей и
производственных вредностей
Объекты НПС как носители опасных и вредных факторов относятся к объектам повышенной опасности. При монтаже эксплуатации и ремонте преобразователя частоты на НПС «Черкассы» может возникнуть целый ряд опасных факторов (поражение электрическим током взрывы пожары загрязнение окружающей среды).
С целью обеспечения безопасных условий труда при эксплуатации электропривода приведем описание вредных веществ имеющих место на НПС согласно ГОСТ 12.1.007-99 ССБТ «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности».
Таблица 14 – Вредные и взрывопожароопасные свойства сырья и используемых продуктов
Класс опасности по ГОСТ 12.1.007-99
Пределы воспламенения
ПДК в воздухе рабочей зоны мгм3
Дизельное топливо ДТ-Л
Дизельное топливо ДТ-З
Рассматриваемое помещение электрозала «Черкассы» нефтепровода «УЗН» отделяется от насосного зала негорючей перегородкой (брандмауэр) схема помещения приведена на рисунке 1. В разделительной стене в месте соединения электродвигателей и насосов устанавливаются специальные устройства обеспечивающие герметичность разделительной стенки (диафрагмы с камерами беспромвальных соединений).
В электрозале обеспечиваться избыточное давление воздуха 04 - 067 кПа [8]. Под действием избыточного давления поток воздуха из электрозала направлен в машинный зал через технологические отверстия соединяющего устройства электродвигателя с насосом.
Наличие избыточного давления в электрозале исключает проникновение газов из насосного зала поэтому в зале электродвигателей устанавливаются электродвигатели в нормальном исполнении.
Насосная служит для перекачки нефтепродуктов поэтому возникает опасность связанная с воздействием на человека паров нефтепродуктов.
Наличие паров нефтепродуктов в воздухе может привести к отравлению.
Рисунок 8.1 – Схема типичного расположения ЭД в электрозале НПС
– первый электродвигатель; 2 – первый насос; 3 – брандмауэр;
– вал соединяющий электродвигатель с насосом; 5 – двери
Наличие в производственной среде взрывопожароопасных газов паров жидкостей и веществ также представляет опасность. Согласно ГОСТ 12.1.011-91 взрывоопасные смеси в насосном зале относятся к категории IIA и группе T3.
В таблице 15 приведена характеристика помещений НПС «Черкассы» по их взрывопожароопасности.
Таблица 15 – Классификация помещений по взрывопожароопасности
Наименование производств и сооружений
Категория производства (НПБ 105-03)
Класс взрывопожароопасности (ПУЭ)
По степени опасности поражения людей электрическим током согласно ГОСТ 12.1.019-96 зал электродвигателей относится к помещениям с повышенной опасностью.
Рассмотрим опасности а также вредные факторы которые оказывают неблагоприятное влияние на здоровье людей которые могут появиться при монтаже обслуживании и ремонте электродвигателей и другого электрооборудования установленных в отдельном помещении – электрозале. Воздействие этих факторов может привести к травмам понижению работоспособности и профзаболеваниям. Рассмотрим возможные опасные и вредные факторы:
- воздействие электрического тока при попадании под напряжение свыше 1000 В возможно при обслуживании основных электродвигателей и других электроустановок в следствии нарушения изоляции высоковольтных кабелей также в случае ошибочной подачи напряжения при проведении ремонтных работ на электродвигателе в случае пробоя изоляции кабеля;
- воздействие электрического тока при попадании под напряжение до 1000 В при обслуживании электрооборудования напряжением до 1000 В (например тиристорного возбудительного устройства) без снятия напряжения из-за случайного прикосновения к токоведущим частям а также в случае нарушения изоляции кабелей проводов;
- пожароопасность системы смазки подшипников скольжения СД;
- опасность получения механических травм электротехнического персонала например вследствие прикосновения к вращающимся частям двигателей;
- опасность пожара из-за короткого замыкания в электродвигателях и другом электрооборудовании;
- большими физическими усилиями и нервными напряжениями при ликвидации аварийных ситуаций перемещении тяжестей в электрозале;
- воздействие шума и вибрации от работы основных электродвигателей шум воздействует на центральную нервную систему и утомляет притупляя органы слуха длительное воздействие вибраций на организм человека может вызвать вибрационную болезнь с потерей трудоспособности;
- недостаточная освещенность электрозала (СНИП 23-05-95) при работе в темное время суток вызывающая повышенную утомляемость замедляющая реакцию что может явиться причиной травм. Неправильная эксплуатация осветительных установок может привести к пожару несчастным случаям.
- Метеоусловия на рабочем месте на НПС определяются температурой воздуха относительной влажностью скоростью движения воздуха барометрическим давлением и интенсивностью теплового излучения от нагретых поверхностей. Все эти параметры и каждый из них в отдельности оказывает влияние на функциональную деятельность персонала его самочувствия и здоровье.
Из выше сказанного вытекает необходимость принятия ряда мер по обеспечению безопасных и безвредных условий труда.
Кроме того персонал обслуживающий электроустановки сталкивается с трудностями и опасностями а также вредными факторами которые оказывают неблагоприятное влияние на здоровье людей что приводит к понижению работоспособности и профзаболеваниям:
- наличие масляных насосов и маслобаков в электрозале что может привести к возникновению пожара (характеристика масла приведена в таблице 3);
- вероятность проникновения в электрозал в случае аварии газообразных продуктов нефти которые действуют отравляюще на организм (характеристика продуктов и нефти приведена в таблице 17)
Таблица 16 – Характеристики взрывоопасных смесей
Наименование веществ
ПДК в рабочей зоне мгм3
Действие на организм
В больших количествах обладает наркотическим действием
Обладает наркотическим действием
Температура вспышки °С
Температура самовоспламенения °С
Продолжение таблицы 16
Концентрационный предел взрываемости%
2 Мероприятия по обеспечению безопасных и безвредных условий
2.1 Мероприятия по технике безопасности.
Со всеми поступающими на работу независимо от их образования и квалификации по данной профессии или должности проводится вводный инструктаж и инструктаж на рабочем месте. По окончании инструктажа направляемые на работу сдают экзамен по технике безопасности в соответствии с ПУЭ ПБ 08-62403 ПТЭЭП МПОТ РМ-016-2001 ТОИ Р-45-011-94 «Типовая инструкция по охране труда электромонтера по обслуживанию «электроутановок» и получают удостоверение с присвоенной квалификационной группы дающее им право работать по обслуживанию действующих электроустановок.
Для обеспечения безопасности работ в электрозале НПС при монтаже обслуживании и ремонте электродвигателей проводят следующие мероприятия:
- работы должны выполняться по наряду-допуску оформленному на специальном бланке установленной формы и определяющему содержание место работы время начала и окончания условия безопасного проведения состав бригады и работников ответственных за безопасное выполнение работы в соответствии с требованиями [5 6 7 ];
- перед началом работ персоналу организации проводящей работы по техническому обслуживанию или наладке электрооборудования проводится целевой инструктаж инструктаж должен включать указания по безопасному выполнению работ на энергоустановке;
- на период проведения работ специализированной организацией по обслуживанию электрооборудования НПС МН приказом по НПС назначается лицо из числа административно-технического персонала ответственного за организацию работ на объекте;
- при технических работах связанных с прикосновениями к токоведущим или вращающимся частям электродвигателя и приводимого им в движение механизма необходимо остановить электродвигатель и на его пусковом устройстве или ключе управления повесить плакат «Не включать. Работают люди»;
- при диагностировании технического состояния трансформаторов тока или их вторичных цепей необходимо соблюдать следующие меры безопасности:
а) шины первичных цепей не использовать в качестве вспомогательных токопроводов;
б) цепи измерений и защиты присоединять к зажимам указанных трансформаторов тока после полной сборки схем;
в) при проверке полярности приборы которыми она производится должны быть надежно присоединены к зажимам вторичной обмотки до подачи импульса тока в первичную обмотку;
- перед допуском к работе на коммутационных аппаратах (выключателях выключателях нагрузки отделителях короткозамыкателях разъединителях) с дистанционным управлением во избежание включения должны быть:
а) отключены силовые цепи привода цепи оперативного тока и цепи подогрева;
б) исключена возможность подачи воздуха в бак выключателей или на пневматические приводы и выпущен в атмосферу имеющийся в них воздух при этом спускные пробки (клапаны) оставляют открытом положении;
в) приведены в нерабочее положение включающий груз или включающие пружины;
г) вывешены плакаты «Не включать. Работают люди» - на ключах дистанционного управления;
- электротехнический персонал должен быть обеспечен электрозащитными средствами типовой набор электрозащитных средств для электротехнического персонала НПС при работе с напряжением выше 1000 В приведен и для напряжения ниже 1000 В типовой набор электрозащитных средств приведен в таблице 18.
Таблица 17– Типовой набор электрозащитных средств при работе с напряжением выше 1000 В и до 1000 В
Основные электрозащитные средства для ЭУ выше 1000 В
Основные электрозащитные средства для ЭУ до1000 В
изолирующие штанги всех видов
указатели напряжения
устройства и приспособления для обеспечения безопасности работ при измерениях и испытаниях в электроустановках(указатели напряжения для проверки совпадения фаз клещи электроизмерительные устройства для прокола кабеля и т.п.);
электроизмерительные клещи
диэлектрические перчатки
специальные средства защиты устройства и приспособления изолирующие для работ под напряжением в электроустановках напряжением 110 кВ и выше (кроме штанг для переноса и выравнивания потенциала).
ручной изолирующий инструмент
2.2 Мероприятия по промышленной санитарии.
Для предупреждения от загрязнения кожи персонал обслуживающий электродвигатели должен быть обеспечен соответствующей спецодеждой (ГОСТ 12.4.011-96 ).
На каждом рабочем месте находятся в необходимом количестве дежурные противогазы диэлектрические перчатки резиновые коврики и медицинская аптечка. Требования к организации и оборудованию рабочего места нормируются следующими стандартами:
- ГОСТ 12.1.005-99 ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования;
- ГОСТ 12.1.003-91 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности;
- ГОСТ 12.1.012-96 ССБТ. Вибрация. Общие требования безопасности;
Для ограничения воздействия шума и вибрации от основных электродвигателей на персонал при монтаже эксплуатации ремонте электрооборудования применяются дополнительные средства по звукоизоляции аппаратов и оборудования электрозала. Также для ограничения воздействия шума на обслуживающий персонал предусмотрено применение звукоизолирующих наушников.
Предусмотрено рабочее и аварийное освещение в соответствии со СНиП 23-05-95. Естественное освещение предусмотрено через оконные панели. Для повышения освещенности оборудование и стены окрашены в светлые тона.
Крупные электродвигатели нагреваются и становятся источником тепла. С целью создания нормальных условий для работников установлены нормы производственного микроклимата (СанПиН 2.2.4.548-96). Эти нормы устанавливают оптимальные и допустимые значения температуры относительной влажности электрозала где находятся электротехнический персонал.
2.3 Пожарная безопасность.
Пожарная безопасность в зале электродвигателей НПС соблюдается
в соответствии с требованиями "Правил пожарной безопасности в Российской Федерации " (ППБ-01-03).
Предусмотрены следующие основные противопожарные мероприятия: здания и сооружения размещены с учетом противопожарных разрывов; зал электродвигателей отделен от насосного зала газонепроницаемой (брандмауэрной) стеной; к зданию насосной по всей длине обеспечен подъезд пожарных автомобилей; количество эвакуационных выходов из здания - не менее двух; для наружного пожаротушения предусмотрен кольцевой водовод
с установкой пожарных гидрантов через 150 м для внутреннего пожаротушения предусмотрены пожарные краны на главном щите и у каждого пожарного крана имеются кнопки включения и выключения пожарных насосов; аварийная вентиляция включается автоматически от газоанализаторов.
Для защиты от атмосферного электричества применяют молниеотводы выполненные согласно СО 153-34.21.122-2003. Инструкция по устройству молниеотводов зданий сооружений и промышленных коммуникаций.
Зал электродвигателей оборудован системой автоматического пожаротушения и пожарной сигнализации. При возникновении пожара
в отсеках двигателя сигнал от пожарных датчиков приводит в действие систему пожаротушения. Электрический импульс поступает к пиропатронам клапанов соответствующих распределительных устройств и одновременно
к пиропатронам головок баллонов с огнегасящим веществом открывая их. Углекислый газ из баллонов выходит в коллектор далее по трубопроводу поступает в помещение и распределяется насадками установленными над оборудованием.
Запрещается вводить в работу электроустановку с нарушенным заземлением неисправной системой коммутации и защиты применять режим работы не предусмотренный техническими данными оборудования.
Системой средств измерения и автоматики производится постоянный контроль температуры электродвигателей а также за системой смазки подшипников.
Зал электродвигателей обеспечены первичными средствами пожаротушения и пожарным инвентарём в соответствии с действующими нормами. В качестве средств пожаротушения предусмотрены огнетушители марок ОПУ-5 ОПУ-10 а также асбестовые полотна грубошёрстные волокна (войлок кошма) песок. Также имеется пожарный щит с комплектом пожарных инструментов и первичных средств пожаротушения. Огнетушители ящики для песка ведра бочки щиты ручки для лопат и топоров футляры для кошмы должны быть окрашены в соответствии с требованиями государственного стандарта.
2.4 Экологичность проекта.
Необходимо рассмотреть вредное воздействие оказываемое на экологию при обслуживании электрооборудования установленного в зале электродвигателей рассматриваемой НПС.
В электрозале установлены крупные двигатели подшипники которых охлаждаются и смазываются маслом. Поэтому должны быть разработаны мероприятия по предотвращению аварийных выбросов его в окружающую среду. Масло подлежит периодической замене следовательно существует проблема утилизации масла при этом складирование и захоронение его
на территории предприятия не допускается. Необходимо масло отправлять
в специализированные маслоприемочные пункты для дальнейшей утилизации.
Для очистки электрооборудования от смазки пыли и грязи при текущем обслуживании используется ветошь. Чтобы не допустить загрязнения окружающей среды необходимо устанавливать специальные контейнеры
для сбора использованной ветоши и далее отправлять ее в мусоросборник или на утилизацию в специализированные пункты.
При монтаже электрооборудования могут оставаться обрывки проводов кабелей их также необходимо собирать и отправлять в мусоросборник.
Для освещения помещения зала электродвигателей используют лампы накаливания и люминесцентные лампы. Практически каждая люминесцентная лампа содержит пары ртути. Ртуть - основа для люминофора которым обработаны лампы дневного света. Избавляться от отработанных люминесцентных ламп нужно иным способом нежели чем от других отходов чтобы не нанести вред экологии. Необходимо утилизировать их
в специализированных учреждениях.
В целом же мероприятия по уменьшению вреда экологии от работы электрозала сводятся к правильной утилизации вышеперечисленных отходов.
3 Расчет освещенности в зале электродвигателей
Поскольку обслуживающему персоналу приходится проводить работы по техническому обслуживанию или наладке электрооборудования необходимо оценить освещенность на рабочем месте.
Основным методом расчёта общего равномерного освещения в электрозале при горизонтальной рабочей поверхности является метод коэффициента использования светового потока. Схема электрозала приведена на рисунке 8.1.
Сущность метода заключается в следующем: определяется световой поток одной лампы исходя из условия создания нормируемой освещённости. Затем по подсчитанному световому потоку определяется стандартная мощность ламп с помощью приведённых в справочниках ламп.
Расчёт светового потока производится по следующей формуле:
где Ф – световой поток лм;
– значение нормируемой освещённости лк;
– площадь помещения м2;
k – коэффициент запаса;
Z – коэффициент минимальной освещённости;
n – количество ламп;
– коэффициент использования светового потока.
По рассчитанному световому потоку Ф выбирается ближайшая стандартная лампа. При невозможности выбора стандартных ламп по световому потоку корректируется количество ламп.
Расчёт освещения производится для зала электродвигателей имеющего следующие размеры : длина A = 24 м; ширина В =8 м; высота H= 8 м;
=400 лк; k=13; Z =115; =052 .
Площадь помещения определяется по формуле:
S =A=24·8=192 м2. (8.2а)
Расчётная высота подвеса над уровнем рабочей поверхности h определяется по формуле:
h =H - hc - hр =8 - 08 - 08 = 6.4 м (8.2б)
где h р – высота рабочей поверхности;
h c – высота свеса светильника.
Индекс помещения определяется по формуле:
I=S((B+A)·h)=192 ((24+8)64)=093 (8.3)
Световой поток определяется по формуле (8.1):
Ф = (400 ·192 · 13· 115) 052 =220800 лм.
Выбираются светильники типа ЛХБ 65-4 со световым потоком Фсв = 3760 лм. Количество светильников определяется по формуле:
n = Ф. Фсв = 220800 3760 = 58 (8.4)
Таким образом для обеспечения нормальной работы рекомендуется искусственное освещение лампами накаливания мощностью 65 Вт в количестве 58 штук . Желательно так же наличие естественного освещения из-за лучшего восприятия и влияния на самочувствие.

6 Экономическая эффективность от внедрения частотно.docx

В восточном направлении транспортируются нефтепродукты предназначенные для потребителей Свердловской Курганской Тюменской и Омской областей а также на экспорт в Казахстан.
Информация об основных результатах деятельности общества в части приоритетных направлений.
Таблица 13 - Финансовые результаты общества за 2006 год в сопоставлении с итогами 2005 года. (тыс. руб.)
Выручка (нетто) от продажи (без НДС)
Себестоимость продаж
Управленческие расходы
По сравнению с 2005 годом выручка от продажи товаров продукции работ услуг в 2006 году увеличилась на 16 919 тыс. руб. При исключении из выручки 2005 года (для сопоставления идентичных показателей) выручки полученной от реализация труб приобретенных у Челябинского трубопрокатного завода прирост данного показателя в 2006 году составит 316 821 тыс. руб. из которых 310 747 тыс. руб. приходиться на увеличение выручки полученной от оказания услуг транспортировки нефтепродуктов.
Основной причиной такого превышения являются:
- увеличение объемов транспортировки нефтепродуктов;
- рост тарифов на транспортировку (как внутреннего расчетного так и адресных тарифов).
2 Оценка экономической эффективности от внедрения
преобразователей частоты
Анализ работы магистральных нефтепроводов показывает что основной причиной приводящей к нерациональному расходу электроэнергии является неправильный выбор режимов работы насосных.
Решить эту проблему можно с помощью применения тиристорного преобразователя частоты для регулирования скорости вращения двигателя типа СТД – 16002 обладающего следующими преимуществами:
- значительное повышение КПД насосной установки;
- вследствие уменьшения потребления мощности синхронными двигателями снижается передаваемая мощность вследствие чего снижаются потери электрической энергии в сети НПС;
- введение регулируемого электропривода позволяет избежать частого пуска синхронных двигателей который приводит к выходу СД из строя;
- пуск СД – технологически не простой процесс и частый запуск синхронных двигателей приводит к понижению надежности работы насосных агрегатов. Применение регулируемого привода обеспечит плавный пуск СД без скачков тока и ударных волн давления.
Цель расчета – определить экономический эффект от внедрения преобразователя частоты для регулирования скорости вращения синхронного привода насоса НПС и обеспечения устойчивой работы силового двигателя насосного агрегата в условиях пуска под нагрузкой.
2.1 Методика расчета экономической эффективности.
Инвестиции – средства (денежные средства ценные бумаги иное имущество в том числе имущественные права имеющие денежную оценку) вкладываемые в объекты предпринимательской и (или) иной деятельности с целью получения прибыли и (или) достижения иного полезного эффекта.
Под экономическим эффектом в общем случае понимается величина экономии затрат в рублях в результате осуществления какого – либо мероприятия или их совокупности. В традиционных технико–экономических расчетах чаще всего используется величина годового экономического эффекта то есть экономии средств за год. Под экономической эффективностью понимается относительная величина получаемая в результате сопоставления экономического эффекта с затратами вызвавшими этот эффект. Приток денежных средств равен величине денежных поступлений (результатов в стоимостном выражении) на соответствующем шаге. Отток равен платежам (затратам) на этом шаге.
Срок жизни проекта (расчетный период) должен охватывать весь жизненный цикл разработки и реализации проекта вплоть до его прекращения. Срок жизни проекта включат в себя следующие основные стадии (этапы):
Для оценки экономической эффективности инвестиционных проектов могут использоваться следующие критерии:
- чистый дисконтированный доход (ЧДД);
- индекс доходности (ИД);
- внутренняя норма доходности (ВНД);
- срок окупаемости с учетом фактора времени (дисконтирования).
Чистый дисконтированный доход определяется как сумма следующего
где Pt – стоимостная оценка результатов осуществления проекта или внедрения новой техники за год t включая амортизационные отчисления на реновацию;
Зt – стоимостная оценка полных затрат на осуществление проекта за год t включая все налоговые выплаты;
Е – норма приведения (ставка дисконта в зарубежной практике - RD);
Т – период службы проекта;
- поток реальных денег для проекта в целом или отдельного его участника.
Расчетный период разбивается на шаги в пределах которых производится агрегирование данных используемых для оценки финансовых показателей. Шаги расчета определяются номерами (01 ). Время в расчетном периоде измеряется в годах или долях года и отсчитывается от фиксированного момента принимаемого за базовый (обычно в качестве базового принимается момент начала или конца нулевого шага).
Норма дисконта (приведения) отражает возможную стоимость капитала соответствующую возможной прибыли инвестора которую он мог бы получить на ту же сумму капитала вкладывая его в другом месте при допущении что финансовые риски одинаковы для обоих вариантов инвестирования. Другими словами норма дисконта должна являться минимальной нормой прибыли ниже которой предприниматель счел бы инвестиции невыгодными для себя.
Для инвестиционного проекта в качестве нормы дисконта иногда используется ставка процента по долгосрочным ссудам на рынке капитала или ставка процента которая уплачивается получателем ссуды.
Если из состава затрат Зt исключить капитальные вложения (инвестиции) Kt то формула (1.1) приобретает следующий вид:
где К – дисконтированные капитальные вложения определяемые по формуле:
Если рассчитанный ЧДД положителен то прибыльность инвестиций выше нормы дисконта и проект следует принять. Если ЧДД равен нулю то прибыльность равна норме дисконта и от этого проекта следует отказаться.
При сравнении альтернативных проектов предпочтение должно отдаваться проекту с большим значением ЧДД.
Индекс доходности (ИД) определяется как отношение суммы дисконтированных эффектов к сумме дисконтированных капитальных вложений:
где - затраты на t-м году без учета капитальных вложений.
Индекс доходности тесно связан с ЧДД. Если ЧДД положителен то ИД>1. Если ЧДД отрицателен то ИД1. Если ИД>1 то проект эффективен; если ИД1 – не эффективен.
Внутренней нормой доходности (ВНД) называется такое положительное число Ени. что при норме дисконта Е=Евн. чистый дисконтированный доход проекта обращается в 0 при всех больших значениях Е – отрицателен при всех меньших значениях Е – положителен. Если не выполнено хотя бы одно из этих условий считается что ВНД не существует.
Экономический смысл показателя ВНД состоит в том что он показывает максимальную ставку платы за инвестиции при которой они остаются безубыточными. Таким образом ВНД может трактоваться как нижний гарантированный уровень прибыльности инвестиционных затрат.
Следовательно ВНД может быть определена из условия:
Для оценки эффективности ИП значение ВНД необходимо сопоставлять с нормой дисконта Е. Инвестиционные проекты у которых ВНД>Е имеют положительный ЧДД и поэтому эффективны. Проекты у которых ВНДЕ имеют отрицательный ЧДД и поэтому не эффективны.
Сроком окупаемости с учетом дисконтирования (Ток.) называется продолжительность периода от начального момента до момента окупаемости. Моментом окупаемости с учетом дисконтирования называется тот наиболее ранний момент времени в расчетном периоде после которого текущий ЧДД становится и в дальнейшем остается неотрицательным (иными словами результаты реализации проекта превышают первоначальные капитальные вложения и другие затраты).
Следовательно срок окупаемости инвестиций с учетом фактора времени может быть определен по формуле:
где Дt – чистые доходы от реализации проекта в t-м временном интервале включая амортизационные отчисления на реновацию.
Расчет срока окупаемости можно проводить графически.
Любой инвестиционный проект должен оцениваться не изолированно а рассматриваться с учетом его связей с другими проектами и текущей деятельностью предприятия. В простейшем случае когда предприятие пытается реализовать только один новый инвестиционный проект необходимо рассмотреть по меньшей мере две альтернативные возможности:
- реализация проекта (ситуация «с проектом»);
- отказ от реализации проекта (ситуация «без проекта»).
Приближенным методом оценки ИП на действующем предприятии является так называемый приростной метод. В этом случае в качестве выручки от реализации продукции себестоимости и других показателей проекта принимается изменение соответствующих показателей по предприятию в целом обусловленное реализацией проекта.
2.2 Расчет экономической эффективности проекта.
Расчет экономической эффективности ведем по методике изложенной в [15].
Расчетный период Т складывается из времени внедрения объекта в производство который принимается равным одному году и времени эксплуатации объекта которое составляет десять лет. Расчет состоит из следующих этапов:
- определение выгод проекта;
- определение капитальных вложений;
- определение эксплуатационных затрат;
- определение общих затрат;
- определение дохода;
- определение коэффициента дисконтирования;
- определение дисконтированного дохода;
- определение накопленного дохода;
- определение чистого дисконтированного дохода;
- определение индекса доходности;
- определение внутренней нормы доходности (рисунок 7.1);
- определение срока окупаемости (рисунок 7.2).
Подсчитаем экономический эффект для преобразователя частоты ПЧСВ.
Внедрение частотно - регулируемого ЭП в транспорт нефти позволяет значительно сократить потребление электроэнергии. Для определения экономии электроэнергии воспользуемся данными из отчета начальника ЛПДС «Черкассы» за 2007г:
Наработка агрегатов ч
Потреблённая на перекачку электроэнергия кВт·ч
За год принято и откачено нефтепродуктов тн :
Необходимую на годовую перекачку электроэнергию для данного насосного агрегата можно найти по формуле:
где М – количество перекаченного нефтепродукта тн;
Ти – время работы насоса ч;
п – КПД преобразователя.
Учёт потерь электроэнергии при пуске ЭД а также прочих потерь достигается введением поправочного коэффициента kп. Пуск ЭД производиться в начале периода эксплуатации а также после плановых осмотров ЭД (2 раза в год) таким образом необходимое количество пусков – 3 раза в год. Учитывая также частотно-регулируемый пуск ЭД при котором потери снижаются в несколько раз принимаем kп=101.
Экономия электроэнергии составит:
Выгода от снижения потерь электроэнергии составит:
где СЭ – стоимость 1 кВт·ч электроэнергии. .
Ежегодно фонд предприятия на устранение аварий в системе трубопровода составляет 1 млн. руб. внедрение частотно регулируемого ЭП позволяет выровнять давление в трубопроводе и снизить аварийность на 20-40% что позволит экономить не менее 200 тыс. руб. Таким образом:
Определение капитальных вложений:
где Цт.=5600400 р.– цена с НДС высоковольтного ПЧ;
Тр=5% – транспортные расходы (от стоимости оборудования);
ПН=10% – пуско-наладочные расходы (от стоимости оборудования);
М=8% – расходы на монтажные работы (от стоимости оборудования).
Общие затраты (Зt) проекта складываются из капитальных вложений (КВ) и эксплуатационных затрат (Зэк):
К капитальным вложениям относятся затраты на приобретение оборудования транспортные монтажные пуско-наладочные расходы которые определяются в процентах от стоимости приборов и средств автоматизации.
Годовые эксплуатационные затраты связанные с обслуживанием и эксплуатацией приборов средств или систем автоматизации рассчитываются по следующей формуле:
где Звсп. – затраты на вспомогательные материалы;
Зрем. – затраты на ремонт;
Зобор. – затраты на обслуживание оборудования т.е. на заработную плату работника (работников) занимающегося обслуживанием;
Зам. – амортизационные отчисления по внедряемому оборудованию;
Зпр. – прочие затраты.
Затраты на вспомогательные материалы составляют 10% от стоимости капитальных вложений:
Затраты на ремонт оборудования составляют 15% от капитальных вложений:
Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования составляют 15% от капитальных вложений:
Затраты на амортизацию составляют 10% от КВ т.к. эксплуатационный срок оборудования 10 лет:
где HA – норма амортизации.
Величина прочих затрат принимается равной 5% от суммы других затрат:
Также в расчете учитываем остаточную стоимость имущества на начало и конец года.
Результаты расчета представлены в таблице 14.
Определение ВНД и Срока Окупаемости графическим путем.
Внутреннюю норму доходности определим по рисунку 7.1 которая равняется коэффициенту дисконтирования при котором ЧДД равен нулю.
Рисунок 7.1 - Определение внутренней нормы доходности
Из данного графика мы видим значение ВНД =36%что больше ставки рефинансирования (24%) и больше ставки дисконтирования Е = 10% для нефтяной и газовой промышленности а в свою очередь нам известно что критерием абсолютной эффективности инвестиций в сооружение проектируемого объекта служит условие превышения ВНД над значением ставки дисконтирования .
Далее определяем срок окупаемости по рисунку 7.2
Моментом окупаемости с учетом дисконтирования называется тот наиболее ранний момент времени в расчетном периоде после которого текущий ЧДД становится и в дальнейшем остается неотрицательным и глядя на наш график мы видим что срок окупаемости составляет 33 года. И это является еще одним положительным показателем экономической эффективности от внедрения преобразователя частоты.
Рисунок 7.2 - Поток денежных средств
Выводы. В этом разделе произведены экономическое обоснование и непосредственно сам расчет согласно стандартизированной методике разработанной для условий современного российского рынка. Наиболее точно просчитанной частью расчета должна являться часть связанная с непосредственным технологическим процессом. В результате была достигнута поставленная цель а именно обоснование и расчет экономической эффективности внедрения частотного преобразователя.
Таблица 14 - Расчет экономической эффективности проектаруб
Капитальные вложения
Эксплуатационные затраты
1. затраты на вспомогательные материалы
2 затраты на ремонт оборудования
3 затраты на содержание и эксплуатацию оборудования
Коэффициент дисконтирования
Продолжение таблицы 14
Внутренняя норма доходности