Меню

Benning системы оперативного постоянного тока

Benning системы оперативного постоянного тока

ТИРОСОТ

C истемы оперативного постоянного тока

Общие положения

В связи со значительным расширением области применения контрольно — информационных систем и средств автоматизации производственных процессов многократно возрастают и требования к надежности элек­троснабжения этих систем. Как один из вариантов решения данной задачи, Российское дочернее предприятие немецкой компании разработало систему оперативного постоянного тока серии Тиросот, которая производится на основе серийно выпускаемых узлов и укомплектовывается аккумуляторными батареями концерна Exide.

Системы оперативного постоянного тока серии Тиросот позволяют получать на выходе практически любое напряжение (т.е. работать с любым количеством элементов аккумуляторной батареи) и соответствующую мощность, обеспечивая надежным питанием устройства контроля и технологическое оборудование производственных процессов таких предприятий, как:

• электростанции и трансформаторные подстанции

• объекты железнодорожного транспорта

• станции нефте — и газопроводов

Назначение, общее устройство и работа

Тиристорные системы оперативного тока серии Тиросот предназначены для обеспечения гарантированным постоянным током ответственных потребителей промышленных предприятий.

При исправной внешней питающей сети выпрямительное устройство обеспечивает электропитание нагрузки, а также подзаряд включенных параллельно аккумуляторных батарей. Режим подзаряда аккумуляторных батарей компенсирует саморазряд батареи и обеспечивает поддержание её полной емкости. При повреждениях внешней питающей сети, электропитание всех потребителей осуществляется безобрывно от аккумуляторной батареи. После восстановления внешней питающей сети, выпрямительное устройство обеспечивает электропитание всех потребителей и заряд аккумуляторной батареи в режиме стабилизации тока. При повышении напряжения на батарее до величины запрограммированного в системе управления значения, выпрямительное устройство переключается в режим стабилизации напряжения и продолжает заряд аккумуляторной батареи до ее полного заряда, после чего ток заряда батареи устанавливается на уровне тока постоянного подзаряда, который составляет от 0,3 до 1 мА на 1 Ач номинальной емкости батареи. Система Тиросот по желанию Заказчика может быть

Блок-схема системы Тиросот с АВР оборудована двухвходовым устройством автоматического ввода резерва (АВР), которое обеспечивает, в случае нарушения внешнего электроснабжения системы по основному вводу, переключение на резервный ввод и обратно.

Тиристорная система оперативного тока Тиросот управляется и контролируется регулятором типа Тисат, представляющим собой микропроцессорное устройство с программным управлением.

Система оперативного постоянного тока типа Тиросот

Конструктивное исполнение

Выпрямительная система представляет собой шкаф с силовой и управляющей электронной аппаратурой в комплекте с батарейным шкафом. Органы управления системой расположены на лицевой панели выпрямительного шкафа. Ввод кабелей возможен как снизу, так и сверху. Напряжение электросети через двухвходовой АВР (в случае заказа АВР) подается на силовой трансформатор через контактор. На трансформаторе происходит согласование напряжения сети с напряжением выпрямительной системы, а также гальваническое разделение между входом и выходом системы.

В трехфазной тиристорной мостовой схеме переменное напряжение преобразуется в постоянное. Управление тиристорами происходит посредством микропроцессорного регулятора Тисат. Сглаживание постоянного тока осуществляется фильтрующей цепочкой, которая состоит из находящихся в цепи постоянного тока дросселя и параллельно включенных электролитических конденсаторов. Выходное напряжение прибора поддерживается на установленном уровне с допустимым отклонением не превышающем ± 1% в диапазонах нагрузок от 0 до 100% номинального тока нагрузки (в системе) при отклонениях напряжения питающей сети в диапазоне ± 10%, а частоты в диапазоне ± 5% о номинального значения. К регулятору через цепи считывания величин напряжении силы тока, передаются действительные значения напряжения и силы тока. В регуляторе они сравниваются с заданным значением результирующая подаётся на импульсный генератор качестве управляющего напряжения.

С помощью ручного переключения, либо автоматически, можно перевести выпрямительную систему с режима, при котором на аккумуляторных батареях обеспечивается напряжение поддерживающего заряда, в режим ускоренного заряда. Установка необходимых значений напряжений осуществляется на заводе-изготовителе, и не требует, как правило, вмешательства на месте эксплуатации.

При необходимости, можно настроить выпрямитель на другие напряжения с помощью клавиш управления лицевой панели системы.

Аккумуляторные батареи располагаются в рядом стоящем батарейном шкафу.

Емкость аккумуляторной батареи определяется нагрузкой и заданной продолжительностью разряда в аварийном режиме. Продолжительность разряда определяется категорией нагрузки и надежностью питающей сети (временем необходимым для ее восстановления). Для коррекции величины зарядного напряжения в зависимости от температуры Тиросот может комплектоваться температурным датчиком.

Подключение нагрузки осуществляется через встроенные 2-х полюсные автоматы постоянного тока различного номинала.

Микропроцессорный регулятор Тисан

Система контроля и управления

Система контроля и управления обеспечивает:

• Контроль напряжения внешней сети

При отключении сети происходит электронная блокировка регулятора и отключение входного контактора. Активируется светодиод и реле сигнализации неисправности сети. После восстановления сети прибор включается автоматически.

• Контроль выходных параметров прибора

При снижении выходного напряжения выпрямительного прибора до 2,1 В/эл и увеличении выходного тока до 90% от номинального значения, срабатывает реле сигнализации и подается сообщение «Неисправность прибора» на устройство контроля. При этом активируется соответствующий светодиод и реле групповых сообщений неисправности.

При включенной функции токоограничения (для защиты от бросков тока при подключении дополнительной нагрузки) обеспечивается 30 с выдержка времени перед началом процесса заряда.

• Индикацию режимов работы

Для наглядного отображения режимов работы системы предусмотрена панель управления с 18 светодиодами и жидкокристаллическим дисплеем.

• Контроль замыкания на землю

Устройство контроля замыкания на землю проверяет сопротивление изоляции на выходных клеммах относительно земли. Плюс и минус контролируются поочередно. При чрезмерном снижении сопротивления изоляции (номинал: 100 кОм…1 МОм) подается сообщение о неисправности с помощью светодиодов и реле сообщений групповой неисправности.

Лицевая панель системы типа Тиросот

• Контроль повышенного напряжения

При возникновении под воздействием внешних или внутренних причин повышения выходного напряжения (величина срабатывания настраивается) происходит блокировка управляющих импульсов и отключение выпрямителя. При снижении напряжения выпрямитель автоматически включается и сигнал сбрасывается. Если фиксируется 4 повышения напряжения в течение 30 секунд, то блокировка управляющих импульсов в дальнейшем не снимается и остается засвеченным сигнал «Выходное напряжение высокое».

• Контроль снижения напряжения батарее на аккумуляторной

При снижении напряжения батареи в процессе разряда до 1,8 В/эл (настраиваемая величина), подается сообщение «Напряжение батареи слишком низкое». Светодиод и реле групповой неисправности активируются. Срабатывает контактор защиты батареи от глубокого разряда.

• Программируемую автоматику заряда

При снижении напряжения батареи до уровня, при котором после начала заряда выпрямитель работает в течение 30 с в режиме ограничения тока, производится автоматическое переключение на характеристику ускоренного заряда. После окончания заданного времени (от 0 до 6 ч) производится автоматическое переключение на поддерживающий заряд. Переключение на поддерживающий заряд может производится как автоматически, так и вручную.

Автоматика заряда может быть отключена с помощью сенсорной клавиши на лицевой панели. С помощью внешнего контакта или постоянной перемычки на регуляторе может быть блокировано переключение на ускоренный заряд.

• Регулировку напряжения поддерживающего заряда в зависимости от температуры (требуется датчик температуры)

Для увеличения продолжительности срока службы аккумуляторных батарей выпрямительная система обеспечивает коррекцию напряжения заряда в зависимости от температуры батареи.

• I·R компенсацию падения напряжения на проводах батареи

С помощью I·R компенсации может быть компенсировано падение напряжения на линии между потребителем и батареей путем задания длины соединительного кабеля и его сечения.

• Периодическую проверку цепи батареи

Цепь батареи системы электропитания проверяется периодически один раз каждые 24 часа (период настраивается). Для этого на 5 секунд выходное напряжение выпрямителя снижается до 1,9 В/эл и таким образом вызывается разряд батареи. Одновременно контролируется напряжение батареи. Если оно остается выше 1,9 В/эл, то цепь батареи в порядке. При снижении ниже порогового значения подается сообщение «Неисправность цепи батареи» и активируется светодиод и реле групповой неисправности.

При тесте батареи происходит, также как и при контроле цепи батареи, снижение выходного напряжения выпрямителя и разряд батареи. Разряд батареи, в данном случае, производится в течение устанавливаемого времени до заданного нижнего предела напряжения. Пороговые значения могут быть взяты с кривых разряда подключенной батареи, в зависимости от её процентной емкости. Если результаты теста готовности батареи окажутся ниже установленных пороговых величин, то с помощью соответствующего светодиода и реле сообщения групповой неисправности подается сообщение «Тест батареи отрицательный».

Читайте также:  Закон прохождения электрического тока в полупроводниках

После окончания теста выпрямитель автоматически включает ускоренный или поддерживающий заряд.

• Возможность параллельного включения без диодов развязки

Если при параллельном режиме работы двух выпрямителей в случае неисправности одного из них нет необходимости в быстром отключении другого, то диоды развязки не требуются. Благодаря внутренней шине RS485 возможно одновременное активное распределение нагрузки.

• Подключение к компьютеру

Система Тиросот подключается к компьютеру через интерфейс RS232 для программирования регулятора и получения протокола состояний системы.

• Подключение внешних контрольных устройств (6 цифровых входов)

Для осуществления управления регулятором по внешним управляющим сигналам система имеет 6 цифровых входов.

• Возможность подключения SNMP-адаптера

Для дистанционного управления тиристорной выпрямительной

системой предусмотрена возможность подключения SNMP-адаптера.

• Система контроля и управления обеспечивает световую сигнализацию следующих режимов и состояний:

• напряжение питающей сети в норме

• повреждение питающей сети

• выходное напряжение высокое

• напряжение аккумуляторной батареи низкое

• режим поддерживающего заряда

• режим ускоренного заряда

• режим уравнительного заряда

Основные технические характеристики

Зарядная характеристика IU/I согласно DIN 41773

Выходное напряжение прибора поддерживается при этом на установленном уровне с допустимым отклонением не превышающем ± 1% в диапазонах нагрузок от 0 до 100% номинального тока нагрузки.

Отклонения параметров питающей сети:

Отклонения параметров питающей сети:

Ускоренный заряд, не более 2,4 В/эл

Поддерживающий заряд 2,25 В/эл

Непосредственное питание 2,0 В/эл

Тест аккумуляторной батареи 1,8 В/эл

Остаточная пульсация: 5% эффективного значения (без батареи)

Электромагнитная совместимость: EN 50081 -1, EN 50082-2

Способ охлаждения: самоохлаждение

Дистанционная сигнализация обеспечивается тремя парами беспотенциальных контактов:

Расшифровка типового обозначения системы

Источник

ЭНЕРГЕТИКА И НЕФТЕГАЗОХИМИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ТАТАРСТАНА В НАЧАЛЕ XXI ВЕКА

логотип компании Беннинг, адрес.

Системы оперативного постоянного тока ТИРОСОТ

Системы оперативного постоянного тока ТИРОСОТ выпускаются на основе тиристорных выпрямителей Thyrotronic, а в модификации ТИРОСОТ М на основе импульсных модульных выпрямителей Tebechop 3000 HDi с принудительным охлаждением и Tebechop 4000 с естественным охлаждением.

Входное напряжение: 3×400В ± 10% 3-фазное или 230В ± 10% 1-фазное.

Выходное напряжение: 24В, 48В, 60В, 110В, 220В.

Выходной ток: от 5А до 1200А (возможно изготовление систем с Iвых > 1200А).

Система контроля и управления обеспечивает:

контроль напряжения внешней сети; контроль выходных параметров прибора; контроль повышенного напряжения; контроль снижения напряжения на АБ; токоограничение (опция); индикацию режимов работы; контроль замыкания на землю; программируемую автоматику заряда; регулировку напряжения поддерживающего заряда в зависимости от температуры; IR компенсацию падения напряжения в проводах АБ; периодическую проверку цепи батареи; тест батареи; возможность параллельного включения без диодов развязки; подключение к компьютеру; подключение внешних контрольных устройств (6 вх.); адаптеры TCP/IP, SNMP, MODBUS и др.; световая сигнализация основных режимов и состояний; беспотенциальные контакты (стандартно 3, опционально более).

Установка бесперебойного питания серии BL

Установка бесперебойного питания серии BL на выпрямительных модулях Tebechop 3000HDi и инверторных модулях Invertronic compact с временем батарейного резерва до 72 часов. При использовании дополнительной системы обогрева, температура эксплуатации до -40°С.

Данные системы широко распространены на объектах Газпрома в составе блочно-комплектных устройств электроснабжения (БКЭС). Система электропитания с выходным напряжением переменного и постоянного тока имеет модульную конструкцию. В процессе работы в любое время без прекращения питания нагрузки мощность системы можно увеличить с помощью дополнительных инверторных и выпрямительных модулей, подключаемых в режиме hot-plug. Резервирование модулей по схеме n+1 существенно повышает надежность системы, при этом стоимость устройства увеличивается незначительно.

Входное напряжение: 230В ± 10% 1-фазное или 3×400В ± 10% 3-фазное.

Выходное напряжение постоянного тока: 110В или 220В.

Выходное напряжение переменного тока: 220В 1ф, N, PE.

Выходной ток: до 156А.

Источник бесперебойного питания ENERTRONIC modular

Источник бесперебойного питания ENERTRONIC modular Трехфазная модульная система

Входное напряжение: 3×400В ± 15 %, +N

Выходное напряжение: 3 x 400 +N (± 5 % программируемое)

Выходная мощность: 10-480кВА

Линейка ИБП ENERTRONIC modular состоит из силовых модулей номинальной мощностью 10 кВА, 20 кВА и 40 кВА. На основе данных модулей производятся системы ИБП с номинальной выходной мощностью от 10 кВА до 480 кВА. Каждый силовой модуль представляет собой независимую систему ИБП с двойным преобразованием энергии, трехфазным входом, выпрямителем, инвертором, статическим байпасом, регулируемым процессором DSP и трехфазным выходом.

Силовые модули hot plug устанавливаются в конструктив системы ИБП и могут быть заменены в любой момент, нагрузка в это время будет продолжать получать надежное электропитание от ИБП. Максимальная надежность системы достигается благодаря комбинации параллельной работы модулей и резервирования n+1.

Преимущества ИБП ENERTRONIC modular:

  • Гибкое изменение выходной мощности системы с помощью hot-plug модулей
  • Схема резервирования N+1 обеспечивает максимальную надежность
  • Усовершенствованная конструкция ИБП с полупроводниками типа IGBT и MOSFET, а также процессором DSP
  • Классификация ИБП VFI-SS-111 в соответствии со стандартом EN/IEC 62040-3
  • Высокий КПД даже при неполной нагрузке приводит к уменьшению потерь энергии
  • Синусоидальный входной ток (коэффициент мощности 0,99)
  • Входной ток с низкими гармоническими искажениями (THDi 2 , а общая площадь — 1,1 га, провел для гостей ведущий инженер «Беннинг Пауэр Электроникс» Александр Филиппов. В сущности, завод состоит из огромного сборочного цеха, оснащенного современным оборудованием, примерно такого же по размерам склада и лаборатории для тестирования готовой продукции. Здесь есть также тренинг-центр, позволяющий непрерывно обучать большие группы специалистов, а также сервисный центр, на базе которого будет создана круглосуточная служба поддержки заказчиков.

А. Филиппов отметил, что спрос на продукцию компании BENNING в мире очень высок, поэтому предприятия фирмы размещены в разных странах Европы, а также в Китае и США. Основные модули и металлические детали производятся на головном предприятии компании в г. Бохольт, расположенном в Германии недалеко от границы с Голландией. Готовые блоки доставляются на заводы BENNING, максимально приближенные к потребителю, где в сборочных цехах выпускается конечная продукция.

На российском производстве трудятся только высококвалифицированные специалисты, способные работать предельно точно и качественно. Многие из них прошли обучение в Германии. Теперь руководство компании ставит цель увеличить уровень локализации производства, расширив долю комплектующих и материалов от российских производителей.

— Среди преимуществ продукции BENNING — надежность, которая обусловлена высокой квалификацией персонала фирмы и многолетним опытом работы с поставщиками, отметил А. Филиппов. — Из основных комплектных узлов и блоков мы ничего не покупаем — производим их сами, а комплектующие закупаем только у проверенных поставщиков. Надеюсь, и российские производители займут достойное место в этом списке.

С учетом того, что спрос на изделия BENNING в России растет с каждым годом, численность сотрудников завода планируется довести до 100 человек за счет квалифицированных кадров Московской области. В связи с этим планируется развивать партнерские программы с высшими учебными заведениями. Такой опыт уже есть: «Беннинг Пауэр Электроникс» в сотрудничестве с НИУ «МЭИ» решает задачу подготовки кадров, а также ведет совместную разработку новых продуктов.

Созданию инновационных продуктов компания BENNING уделяет особое внимание. Как рассказал директор завода Юрий Большаков, в России уже представлены новые модульные ИБП постоянного и переменного тока. Системы ИБП большой мощности — эффективное и экономичное решение для защиты от нестабильности и неисправности электрической сети. Они обеспечивают высокую надежность работы и имеют низкую стоимость эксплуатации. Высокочастотные технологии, примененные в конструкции данного продукта, позволяют решать множество задач, связанных с резервированием. В зависимости от требуемой мощности и времени работы от батареи системы могут индивидуально адаптироваться к нагрузке. На российском рынке есть похожие продукты, но они уступают изделиям BENNING по уровню надежности, качеству и новизне решений.

— В ближайшее время планируем начать сборку еще одного инновационного изделия — зарядных систем для литий-ионных батарей, сообщил Ю. Большаков. Эти системы используются в электромобилях, погрузчиках и другом транспорте на электрической тяге.

Отличительной чертой предприятия является то, что оно не выпускает типовые изделия, а работает только под заказ с учетом параметров объекта и условий эксплуатации. К слову, индивидуальный подход нисколько не удорожает продукцию. Умение работать с заказчиком — одна из сильных сторон компании. Бывает, что заказчик не сразу определяется с тем, какая именно система ему нужна, бывает, что много раз корректирует техническое задание. Но еще ни разу не случалось такого, чтобы заказчик и изготовитель не нашли общий язык.

Собственная производственная площадка позволила компании BENNING предложить российским потребителям весь комплекс услуг в сфере бесперебойного электропитания: от разработки, проектирования, производства и поставки оборудования до его ввода в эксплуатацию, обслуживания, а также обучения персонала заказчика.

— Надеюсь, что наша деятельность в России будет продолжаться и расширяться, — подчеркнул владелец компании Тео Беннинг. — Для этого у нас есть не только технические возможности, но и доверие клиентов, которым мы готовы предложить только самые эффективные решения и на самых лучших условиях.

Источник

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ BENNING

Тиристорные выпрямители серии Тиротроник Rectifier D 400 G216 BWrug-TDG с электронным регулятором Тисат для систем энергоснабжения со стационарными аккумуляторными батареями.

Системы оперативного постоянного тока серии Тиросот на базе стационарных тиристорных выпрямителей Thyrotronic c электронным регулятором Тисат.

230 В (220 В).
Выходное напряжение = 24 В, 48 В, 60 В, 110 В, 220 В.

400 В (380 В).
Выходное напряжение = 48 В, 110 В, 220 В, 336 В.

230 В (220 В).
Выходное напряжение = 24 В, 48 В, 60 В, 110 В, 220 В.

200 В — 264 В
Выходное напряжение:
= 48 В — для модулей 800 SE и 2000 SE;
= 60 В — для модулей 2000 SE.

93 В — 264 В.
Выходное напряжение = 12 В, 24 В, 48 В, 60 В, 108 В, 216 В.

Электронный регулятор Тисат — микропроцессорное устройство с программным управлением.
Осуществляет управление тиристорной системой оперативного тока Тиросот.

Инверторные системы

230 В однофазное,

400 В трехфазное.
Диапазон мощности от 10 кВА до 200 кВА.

220 В/230 В/240 В однофазное.
Мощность модулей: 24 В — 1,1 кВА;
48 В/60 В – 2,5 кВА; 110 В/220 В — 1,5 кВА.

400 В/230 В трехфазное.
Мощность модулей: 48 В — 10 кВА;
110В/220 В — 15 кВА.
Диапазон мощности системы от 10 кВА до 180 кВА.

400 В ± 15%, трехфазное.
Выходное напряжение:

220 В/ 230 В/ 240В однофазное,

380 В/400 В/415 В трехфазное.
Диапазон мощности от 10 кВА до 240 кВА.

Источник



О надежности систем постоянного тока как гарантии устойчивой работы энергоснабжения нефтегазовых объектов

В статье на примере продукции компании БЕННИНГ рассматриваются неотъемлемые части организации надежного электропитания в современных системах оперативного постоянного тока.

ООО «Беннинг Пауэр Электроникс», г. Домодедово, МО

Уже на протяжении многих лет системы постоянного тока (СПТ) являются одним из важнейших элементов различных технологических объектов (компрессорный цех, дожимная компрессорная станция, газораспределительная станция, понизительная подстанция и пр.), так как качество и надежность питания всего комплекса их защит и управления определяют способность объекта выполнять свои функции. Развитие техники и технологий современных устройств автоматизации и защиты выдвигает новые требования как к самим объектам, так и к системам постоянного тока, что влечет за собой изменение их конструктивных и функциональных особенностей. В статье рассматриваются неотъемлемые части организации надежного электропитания в современных системах оперативного постоянного тока: выпрямительные устройства разных поколений и их влияние на надежность системы в целом.

Системы постоянного тока технологических объектов

Требования, предъявляемые к системам постоянного тока

Существующие тенденции в развитии энергетики транспорта, хранения и переработки газа и нефтепродуктов, такие как изменение количества и мощности потребителей (включая средства контроля и автоматизации), подключаемых к энергосетям и системам постоянного тока, начинают формировать требования к следующему этапу развития, на котором СПТ должна быстро и эффективно реагировать на любые внешние и внутренние технологические возмущения. При этом для общества безусловно актуальными остаются удобство эксплуатации, экологичность и безопасность.

Современные технологические объекты уже отличаются высоким уровнем автоматизации всех своих узлов. Совокупность элементов, объединенных информационно-управляющей системой в составе объекта, обеспечивает надежное энергоснабжение и полностью автоматизированную работу даже в условиях отсутствия штатного обслуживающего персонала за счет связи с единой информационной диспетчерской сетью.

Высокая степень автоматизации таких объектов и их автономность порождают повышенные требования как к надежности всего объекта в целом, так и к устойчивости всех составляющих узлов и элементов в отдельности. Данные требования выполняются, во‑первых, на конструктивном уровне за счет архитектуры, а во‑вторых, за счет установки на объекте наиболее надежных устройств. Следствием высокой степени автоматизации является также наличие большого числа микропроцессорных устройств защит и телеметрии, нуждающихся в хорошем качестве и надежности питания, что в свою очередь формирует особые требования к оперативному току в их составе. В контексте оборудования для таких объектов систему оперативного постоянного тока следует рассматривать как элементарную базовую ячейку, оборудование которой должно позволять встраивать СПТ в общую систему защит.

Перечислим требования, предъявляемые к СПТ со стороны наиболее важных потребителей (например, электроприемников особой группы первой категории):

— высокая надежность;
— высокий КПД;
— точность стабилизации выходного напряжения в режиме поддерживающего заряда не хуже ±1 %;
— пульсации напряжения при работе зарядного устройства (ЗУ) на полную нагрузку комплекта СПТ при отключенной батарее не должны превышать 5 % Uном;
— отсутствие необходимости в частом техническом обслуживании, настройке, регулировке;
— поддержка протоколов МЭК 61850, МЭК 870-5-104, Modbus RTU;
— дистанционный контроль и уп­равление системой.

Основные эксплуатационные характеристики СПТ определяются входящими в их состав зарядно-выпрямительными устройствами, к которым предъявляются высокие требования. В настоящее время существует три основных вида выпрямителей:

— тиристорные выпрямители;
— импульсные выпрямители с высокочастотным преобразованием;
— выпрямители на базе IGBT.

При этом тиристорная технология считается классической, а импульсные и IGBT-выпрямители – инновационными.

Тиристорные выпрямители

Сегодня наиболее широкое распространение получили тиристорные выпрямительные системы (рис. 1), которые зарекомендовали себя как надежные и простые в эксплуатации устройства. Данный тип выпрямителей характеризуется следующими преимуществами:

— высокая устойчивость к перенапряжениям на входе и перегрузкам на выходе;
— наличие гальванической развязки между звеньями постоянного и переменного тока;
— высокая устойчивость к внешним воздействиям;
— простота в обслуживании;
— естественное охлаждение.

Ris_1.png

Рис. 1. Структурная схема тиристорного выпрямителя

Резервирование выпрямительного устройства осуществляется путем установки такого же устройства, соответственно стоимость и занимаемая площадь увеличиваются вдвое. Следует отметить, что современные системы управления тиристорными выпрямителями не уступают аналогичным системам выпрямителей нового поколения и обеспечивают наивысшее качество управления, которое возможно при использовании данной технологии.

Тиристорная технология имеет следующие недостатки:
— большие габариты;
— большой вес;
— высокое искажение синусоидальности питающей сети (до 27 % у 6-пульсных выпрямителей);
— высокие пульсации выходного напряжения постоянного тока (около 5 % среднеквадратического значения без подключенной батареи);
— низкие динамические характеристики;
— коэффициент мощности 0,7–0,86.

Данные обстоятельства необходимо учитывать при построении объектов с особыми требованиями устройств автоматизации к СПТ, для которых указанные недостатки могут иметь значение. Вместе с тем перечисленные выше преимущества тиристорных систем позволяют выпрямителям на тиристорах сохранять конкурентоспособность и занимать важнейшее место на рынке зарядных устройств.

Выпрямители с импульсным преобразованием

Импульсные выпрямители выполняются, как правило, по MOSFET-технологии и представляют собой двухступенчатое преобразовательное устройство. Напряжение сети с частотой 50 Гц (рис. 2) поступает на двухполупериодный мост, на выходе которого образуется напряжение 220 В частотой 100 Гц. Далее это напряжение подается на бустер на MOSFET-транзисторах, в котором происходит преобразование выпрямленного напряжения в импульсное 400 В с частотой 33 кГц и более. После понижающего трансформатора импульсное напряжение выпрямляется и сглаживается с помощью LC-фильтра, что уменьшает гармоники на выходе выпрямителя. Обратная связь реализована на операционном усилителе, сигнал обеспечен гальванической развязкой с помощью оптоэлектронной пары и поступает на контроллер широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который управляет бустером и автоматически регулирует выходные параметры выпрямителя. Плюсом схемы является высокая стабилизация выходных параметров и их независимость от нагрузки, а также высокая скорость реагирования на изменение нагрузки.

Ris_2.png

Рис. 2. Блок-схема выпрямителя с импульсным преобразованием

Преимущества импульсной технологии:
— компактные габариты;
— небольшой вес;
— небольшое искажение синусоидальности питающей сети (около 7 %);
— низкие пульсации по выходу (менее 0,1 % без дополнительного фильтра);
— высокие динамические характеристики;
— коэффициент мощности 0,99;
— легкая замена модулей (технология «горячего включения» – hot plug);
— легкая расширяемость системы с помощью установки дополнительных модулей.

Применение современных выпрямителей позволяет выполнить требования к системам оперативного постоянного тока на интеллектуальных подстанциях. Модульная конструкция таких систем, как TEBECHOP 3000HDi Домодедовского завода «Беннинг», показанная на рис. 3, позволяет легко увеличивать выходную мощность и устанавливать резервные модули (обеспечить, например, резерв N+1, N+2 и т. д.) на уже введенной в эксплуатацию установке, в том числе без отключения оборудования (исполнение hot-plug и plug-and-play). Отличительной чертой модулей является их полная независимость от других модулей и от системы мониторинга и контроля. Так, при выходе из строя любого элемента системы оставшиеся модули продолжают в нормальном режиме питать нагрузку.

Ris_3.png

Рис. 3. Резервирование модулей в составе выпрямительной установки

Импульсные выпрямители с естественным охлаждением

К сожалению, основной особенностью условий работы систем оперативного тока в российских условиях является широкий диапазон температурных перепадов и высокая степень запыленности. Из-за данных факторов при проектировании предъявляются особые требования к оборудованию, в том числе такие, как отсутствие движущихся частей, например вентиляторов. При этом устройства поздних поколений, выполненные на основе полупроводников IGBT или MOSFET, имеют более высокие термонагруженные узлы и, как правило, оснащаются вентиляторами для обеспечения достаточного теплоотвода. Кроме того, устройства модульного типа имеют конструктивное исполнение, затрудняющее применение безвентиляторных устройств.

Специально для использования в таких условиях завод «Беннинг» разработал новую серию модульных выпрямительных систем TEBECHOP 4000, которые выполнены на современной элементной базе, но при этом отличаются от многих существующих на рынке модульных устройств тем, что охлаждаются с помощью естественной конвекции, в их составе нет вентиляторов.

Поскольку посторонние вещества не могут активно проникать внутрь прибора (как у устройств с принудительной вентиляцией), данные выпрямительные системы пригодны для применения в критических условиях окружающей среды. Снижаются расходы на эксплуатацию, техническое обслуживание и регулярную замену вентиляторов. КПД модулей TEBECHOP 4000 достигает значения ≥93 % в широком диапазоне нагрузок. Высокий показатель КПД в широком диапазоне нагрузок позволяет сократить потери электроэнергии в штатных режимах работы. Благодаря высокой энергоэффективности серии TEBECHOP 4000 существенно снижается потребление электроэнергии и сокращаются эксплуатационные расходы, из-за чего уменьшается и общая стоимость владения.

IGBT-выпрямители

Другая инновационная технология выпрямителей – их построение на основе так называемых биполярных транзисторов с изолированным затвором, то есть IGBT-транзисторов (рис. 4). При всей схожести IGBT- и MOSFET-технологий области их применения различаются: так, MOSFET целесообразно применять при мощностях единичного преобразователя до 5 кВт, то есть в типоразмерах модульных преобразователей. IGBT-технология более востребована при больших мощностях. Помимо того, за счет более линейной, чем у MOSFET, характеристики переключения транзистора происходит уменьшение образования гармоник как на входе, так и на выходе выпрямителя. На входе выпрямителя тиристорный ключ служит для защиты от коротких замыканий и ограничивает величину броска тока на трансформатор. После трансформатора напряжение подается на IGBT-бустер – выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное. Бустер, как и тиристорные ключи, управляется с помощью микроконтроллера, который в реальном времени отслеживает изменение выходного напряжения выпрямителя и состояние нагрузки (величину выходного тока) и с помощью ШИМ-преобразования воздействует на бустер.

Ris_4.png

Рис. 4. Блок-схема IGBT-выпрямителя

Резервирование таких выпрямителей возможно обеспечить с помощью установки двух систем, которые будут работать в режиме деления нагрузки.

Преимущества IGBT-технологии:
— низкие пульсации (менее 1 % без дополнительного фильтра);
— прекрасные динамические характеристики;
— коэффициент мощности 0,99 при нагрузке от 25 до 100 %;
— небольшое искажение синусоидальности питающей сети (менее 5 при 100 % нагрузке);
— компактная конструкция, небольшой объем.

К недостаткам IGBT-технологии следует отнести прежде всего высокую термонагруженность отдельных узлов и элементов установки, что ужесточает требования к системе охлаждения.

Система мониторинга и контроля СПТ

Одним из основных условий эффективного функционирования подстанций является наличие надежных средств, обеспечивающих управление и контроль, защиту и автоматизацию всей системы, в частности – на уровне СПТ. Решение этой проблемы принципиально разделяется на две основные задачи.

Первая – использование системы мониторинга и контроля, в которой собирается информация с первичных датчиков, установленных на оборудовании, осуществляется мониторинг состояния элементов системы, оценивается механический и коммутационный ресурсы аппаратов и готовность оперативных цепей, производится управление коммутационными аппаратами. Анализ входной информации и выполнение операций аппаратами осуществляется по алгоритмам, учитывающим процессы в оборудовании и внешнее влияние. Алгоритмы должны учитывать принципиальные особенности и конструктивное исполнение оборудования СПТ. В системе мониторинга предусматривается ведение журнала с сохранением в памяти событий, происходящих в системе. Основные значения параметров системы выводятся на дисплей, установленный на передней дверце шкафа, расположенные там же светодиоды сигнализируют об аварийных ситуациях и других событиях.

В функциях управления шкафа должна обеспечиваться возможность ручного и дистанционного изменения параметров системы. Также в системе мониторинга и управления СПТ предусмотрены связи для передачи информации соответствующим подстанционным системам.

Другая задача при создании надежной интеллектуальной СПТ – ее оснащение современными датчиками. Для выполнения системой мониторинга своих функций необходимо использовать современные приборы, наиболее оправдавшие себя на практике.

Примером такой системы является контроллер MCU 2500 Домодедовского завода «Беннинг», который обеспечивает местный мониторинг, контроль систем электропитания и ведение журнала неисправностей. Гибкая конфигурация, обширные возможности и ультрасовременная конструкция, разработанная с учетом всемирного опыта, позволяют назвать данное устройство интеллектуальным и удовлетворяющим все требования, предъявляемые к оборудованию интеллектуальных объектов. Система MCU 2500 имеет модульную конструкцию. Базовый модуль (центр системы MCU) соединяется с электропитающим оборудованием (выпрямителями, инверторами, конверторами, панелями распределения нагрузки), измерительными модулями, панелью управления и светодиодной картой мониторинга. Интерфейсные компоненты для дистанционного управления, такие как TCP/IP-адаптер, модем или персональный компьютер, также подсоединяются к базовому модулю. Благодаря такой конструкции система конфигурируется исходя непосредственно из выдвигаемых к ней требований, что позволяет производить контроль всех важных параметров и не удорожать ее за счет ненужных функций.

Система оперативного постоянного тока является одним из важных элементов современного технологического объекта нефтегазового предприятия, поэтому к ней предъявляются высокие требования. Для обеспечения бесперебойной и качественной работы систем управления объекта необходимо ответственно подойти к выбору СПТ, основываясь на преимуществах и недостатках представленных выше систем, учитывая как характеристики систем, так и надежность оборудования, принимая во внимание опыт использования, наличие необходимых сертификатов и репутацию производителя.

1. Стандарт ОАО «ГАЗПРОМ». Положение о построении и организации эксплуатации систем постоянного тока на объектах ОАО «Газпром». 2005.

2. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.120.40.041-2010 «Системы оперативного постоянного тока подстанций. Технические требования».

3. Стандарт организации СТО Газпром 2-1.11-081-2006. Технические требования к системам электроснабжения ГРС.

4. Отраслевые требования ОТТ‑29.100.00-КТН‑065-13 «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и неф­тепродуктов. Устройства гарантированного питания вспомогательных систем и систем автоматизации НПС. Общие технические требования» от 01.06.2013.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 3(63)_2016

Источник