The analisys of optimisation effIciEncy of centrifugal pumping equipment operating models in reservoir pressure maintenance systems

Full Text

Одним из перспективных методов повышения энергетической эффективности технологических установок является совершенствование режимов работы электроприводов насосных установок [1]. В работе [2] рассмотрена постановка и методика решения комбинаторной оптимизационной задачи выбора включаемых насосных агрегатов станций систем поддержания пластового давления (ППД), работающих в условиях переменной подачи, по критерию минимума расхода электроэнергии с учетом технологических ограничений по требуемому расходу и напору. Методика базируется на аппроксимации реального суточного графика требуемого расхода Qz(t) ступенчатым, состоящим из l интервалов длительностью Ti c постоянными значениями Qzi, . При этом i-му интервалу для j-го альтернативного варианта включения насосных агрегатов соответствуют потери мощности из-за превышения напора , а потери электроэнергии за сутки определяются суммированием потерь на отдельных интервалах Ti : . Задача оптимизации сводится к выбору из множества допустимых альтернатив для каждого i-го временного интервала варианта включения насосных агрегатов, обеспечивающего минимум потерь электроэнергии: . Представляет интерес дополнительно учесть потери энергии ∆W2ij, возникающие при переходе от i-го интервала к (i+1)-му, обусловленные пуском двигателей насосов, которые будут поддерживать (i+1)-й режим, и оценить их влияние на выбор оптимального режима, что особенно актуально для насосных, работающих с частыми переключениями режимов подачи жидкости. Потери энергии при пуске двигателей под нагрузкой могут быть оценены по выражению [3] , (1) где – потери энергии в статоре и в роторе асинхронного двигателя. Указанные величины определяются следующим образом: (2) (3) где– потери энергии в двигателе при пуске без нагрузки, Дж; R1, R2’– параметры Г-образной схемы замещения асинхронного двигателя, Ом;– средний, неизменный за время переходного процесса, момент двигателя, Н·м; Мс – момент сопротивления нагрузки, Н·м; J – момент инерции, приведенный к валу двигателя, кгм2; – скорость холостого хода, рад/с. Средний, неизменный за время переходного процесса, момент двигателя определяется на основании паспортных характеристик [3]: . С учетом выражений (1) – (3) потери электроэнергии при переходе от i-го интервала к (i+1)-му для j-го альтернативного варианта включения насосных агрегатов равны , кВт·ч, где ∆Aijg – потери энергии при пуске двигателей, Дж; – количество двигателей, включаемых для достижения требуемого режима; m2 – количество двигателей насосной станции. Таким образом, суммарные потери электроэнергии с учетом переходных режимов будут . Проведена оценка влияния потерь электроэнергии при пуске двигателей на выбор оптимальных режимов работы электроприводов на примере типовой насосной станции II водоподъема. Суточный график нагрузки (рис. 1) состоит из 4 режимов, первый и третий повторяются. Результаты решения задачи оптимизации в соответствии с предложенной методикой для рассматриваемого примера представлены в таблице. Как следует из приведенных результатов, итоговая доля потерь электрической энергии при переходных процессах в суммарных годовых потерях составляет порядка 0,1 % и может не учитываться при проведении оптимизации режимов работы электроприводов насосных станций систем ППД. Необходимость учета потерь при пуске может возникать лишь в случаях, характеризующихся низкими (сопоставимыми с потерями при переходных процессах) величинами потерь электроэнергии из-за превышения напора ∆W1ij одновременно в нескольких альтернативных вариантах включения насосов. Qz, м3/ч Реж. 1 Реж. 2 Реж. 3 Реж. 1 Реж. 3 Реж. 4 Рис. 1. Суточный график нагрузки Оптимальные варианты достижения требуемой производительности Показатель Режим №1 Режим №2 Режим №3 Режим №4 Итого Требуемый расход жидкости Q, м3/ч 1253 2068 1556 1977 – Минимально необходимый напор Н, м 75,2 104,4 84,4 100,4 – Оптимальный вариант включения насосов Совместная работа насосов №1 и №4 Совместная работа насосов №2 и №3 Работа насоса №2 Работа насоса №3 – Превышение напора ∆Н, м 26 2,8 1,1 1,2 – Годовые потери электроэнергии из-за превышения напора ∆W1, тыс. кВт·ч 351,53 20,29 13,72 0,55 386,1 Годовые потери электроэнергии при переходных процессах ∆W2, тыс. кВт·ч 0,07 0,12 0,13 0,06 0,39 Суммарные годовые потери электроэнергии ∆W, тыс. кВт·ч 351,6 20,41 13,85 0,61 386,49 Для оценки эффективности использования оптимизированных режимов работы насосных агрегатов проведено сравнение потребления электроэнергии для варианта включения насосных агрегатов, фактически применяемого оператором насосной станции повседневно, с потреблением электроэнергии при использовании оптимизированных режимов. Данные по фактическому годовому потреблению электрической энергии (рис. 2) получены на основании показаний, снятых при помощи измерителя параметров качества электрической энергии (ПКЭ) Ресурс-UF2MВ-3П15-5 [4]. Применяемый измеритель ПКЭ в комплексе с расходомерами и датчиками давления станции позволяет параллельно получить необходимые исходные данные для расчета потерь электроэнергии при пуске двигателей. Электропотребление для оптимизированного варианта включения насосных агрегатов вычислено в соответствии с приведенной методикой. Результаты замеров пересчитаны на годовой интервал с допущением о неизменности суточного графика подачи жидкости. Как показывают полученные результаты, использование оптимизированных режимов на рассмотренном объекте позволит сэкономить до 5 % от суммарного годового потребления электроэнергии, что составляет 309 тыс. кВт·ч в год, или при тарифах на электроэнергию 2012 г. – 584 тыс. рублей. При этом наибольший эффект достигается за счет самого длительного режима №1 – 10 часов в сутки, а фактический вариант включения агрегатов в режимах №3 и №4 совпадает с оптимальным. W,тыс. кВтч Рис. 2. Расход электроэнергии до и после проведения оптимизации Таким образом, полученные результаты позволяют оценить влияние потерь электроэнергии в переходных процессах на выбор оптимальных режимов работы электроприводов насосов систем поддержания пластового давления при дискретном регулировании, а также оценить эффективность использования оптимизированных режимов работы электроприводов насосных агрегатов.

About the authors

Alexander M Abakumov

Samara State Technical University

(Dr. Sci. (Techn.)), Professor 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100

Ivan S Mukhortov

Samara State Technical University

Postgraduate student 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100

References

Supplementary files